放療計(jì)劃參數(shù)對劑量驗(yàn)證計(jì)劃γ通過率的相關(guān)性研究

游鴻強(qiáng)

隨著放療技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今放療技術(shù)能夠精確定位、精確計(jì)劃、精確治療。調(diào)強(qiáng)放療（intensity-modulated radio therapy，IMRT）和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）技術(shù)普遍用于腫瘤患者的治療中[1-2]。IMRT 能更好保護(hù)關(guān)鍵器官、鄰近器官受照劑量小、可調(diào)整射束強(qiáng)度、子野序列等，使靶區(qū)劑量分布均勻；VMAT 兼具IMRT 的優(yōu)勢，在多數(shù)腫瘤中可體現(xiàn)靶區(qū)均勻劑量與高度合適的形度，具有高效快捷優(yōu)勢，更好保護(hù)危及器官并縮短治療時(shí)間[3]。由于在治療計(jì)劃中，涉及較多的動態(tài)變化參數(shù)，增加了整個(gè)計(jì)劃的不確定性，如射束調(diào)制程度越高，射野越復(fù)雜，子野形狀越不規(guī)則，會導(dǎo)致治療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證結(jié)果越差[4-5]。因此需要通過計(jì)算并調(diào)整計(jì)劃參數(shù)，提高放療計(jì)劃的安全性和可靠性[2]。本研究通過探索射野復(fù)雜性的差異，比較IMRT 和VMAT 2 種技術(shù)與γ 通過率的相關(guān)性，為臨床治療計(jì)劃設(shè)計(jì)提供參考，以期為以后放療技術(shù)在實(shí)施過程中的射野參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)制定提供借鑒。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年11月—2021年9月福建腫瘤醫(yī)院放療中心收治的184 例放射治療的頭頸部腫瘤患者（甲狀腺癌63 例、鼻咽癌42 例、舌癌31 例、上頜竇癌48 例）。納入標(biāo)準(zhǔn)：接受了放療的頭頸部腫瘤患者，且放療計(jì)劃信息完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：放療計(jì)劃信息不完整，且圖像序列不完整，存在偽影。其中85 例采用IMRT 計(jì)劃，男性40 例，女性45 例，平均年齡（45.00±12.82）歲；99 例采用VMAT 計(jì)劃，男性52 例，女性47 例，平均年齡（48.00±13.43）歲。2 種放療計(jì)劃患者的一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 儀器設(shè)備

直線加速器為VersaHD 加速器（Eleta，Sweden），配備AgilityTM 多葉準(zhǔn)直器（Eleta，Sweden），射線能量為6 MV。計(jì)劃系統(tǒng)選用Monaco 5.10。驗(yàn)證設(shè)備為ArcCHECK（Sun Nuclear 公司，USA），半導(dǎo)體探頭數(shù)量1 386 個(gè)，矩陣直徑21 cm，矩陣長度21 cm，測量范圍20 cm×20 cm，探頭最小間距1.0 cm。

1.2.2 劑量驗(yàn)證方法

通過使用VersaHD 加速器上的電子射野影像裝置分別對IMRT 和VMAT 計(jì)劃進(jìn)行計(jì)量驗(yàn)證，得到每個(gè)計(jì)劃的γ通過率。采用絕對劑量模式，分析標(biāo)準(zhǔn)選取1%/1 mm，2%/2 mm 和3%/3 mm 進(jìn)行比較，閾值設(shè)定為10%。

1.3 觀察指標(biāo)

分別將85 例采用IMRT 計(jì)劃、99 例采用VMAT 計(jì)劃的資料按醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信文件格式導(dǎo)出，并使用基于python，自主編寫的的程序讀取相關(guān)的射野復(fù)雜度指標(biāo)進(jìn)行射野復(fù)雜度指標(biāo)計(jì)算?；诙嗳~準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）分別計(jì)算計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)跳數(shù)（plan normalized MU，PMU）、平均調(diào)制復(fù)雜度分?jǐn)?shù)（modulation complexity score，MCS）、計(jì)劃平均射野面積（plan averaged beam area，PA）、計(jì)劃平均射野不規(guī)則性（plan averaged beam irregularity，PI）、計(jì)劃平均射野調(diào)制（plan averaged beam modulation，PM）。MCS 的值域?yàn)? ～1，MCS 值越大射野復(fù)雜度越低，反之越小表明射野中子野形狀不規(guī)則程度越高，子野面積變異程度越大，射野越復(fù)雜。PA 值越小，射野越復(fù)雜。PI 值能反映射野的狹窄程度，PI 值越大，射野越狹窄形狀越不規(guī)則，射野越復(fù)雜。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本均數(shù)t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以n（%）表示，采用χ2檢驗(yàn)。對所有射野復(fù)雜度指標(biāo)和計(jì)劃γ 通過率進(jìn)行Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)，相關(guān)性系數(shù)的絕對值|r|越大表明兩變量之間的相關(guān)性越強(qiáng)。|r|＜0.4 為弱相關(guān)，|r|在0.4～0.7為中度相關(guān)，|r|＞0.7為強(qiáng)相關(guān)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α＝0.05。

2 結(jié)果

2.1 IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃在不同γ 分析標(biāo)準(zhǔn)下的γ 通過率

85 例患者采用IMRT 計(jì)劃，99 例患者采用VMAT 計(jì)劃，分別驗(yàn)證γ 通過率，VMAT 計(jì)劃在1%/1 mm 標(biāo)準(zhǔn)下γ通過率低于IMRT 計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；2 種計(jì)劃在2%/2 mm、3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下γ 通過率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。2 種計(jì)劃在1%/1 mm 標(biāo)準(zhǔn)下γ 通過率較低，在3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下γ 通過率較高。見表1。

表1 IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃在不同γ 分析標(biāo)準(zhǔn)下的γ 通過率（%，±s）

表1 IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃在不同γ 分析標(biāo)準(zhǔn)下的γ 通過率（%，±s）

計(jì)劃1%/1 mm2%/2 mm3%/3 mm IMRT（n ＝85）58.88±7.9090.59±5.1998.64±1.00 VMAT（n ＝99）54.71±4.6190.72±2.8497.02±1.71 t 值4.0213.9272.832 P 值0.0050.1720.211

2.2 IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃的不同射野復(fù)雜度指標(biāo)比較

IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃的不同射野復(fù)雜度指標(biāo)中，VMAT 計(jì)劃的PMU、PI、PM 均大于IMRT 計(jì)劃；VMAT計(jì)劃的MCS、PA 小于IMRT 計(jì)劃，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表2。

表2 IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃的不同射野復(fù)雜度指標(biāo)比較（±s）

表2 IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃的不同射野復(fù)雜度指標(biāo)比較（±s）

計(jì)劃PMUMCSPAPIPM IMRT（n ＝85）707.04±259.410.26±0.1660.74±13.8015.45±1.540.73±0.17 VMAT（n ＝99）882.21±123.430.16±0.0553.79±8.4732.54±4.560.82±0.05 t 值1.2214.8215.3822.9122.933 P 值0.0210.0050.028＜0.0010.031

2.3 IMRT 和VMAT 計(jì)劃基于射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率不同標(biāo)準(zhǔn)下的相關(guān)性

Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，85 例患者IMRT 計(jì)劃中，射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率呈不同程度的相關(guān)性。在1%/1 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PM 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r| ≤0.7，P＜0.05）；在2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，MCS、PM 和γ 通過率呈弱相關(guān)性（|r|＜0.4，P＜0.05），PMU 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05）；在3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PM 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05）。3 種γ 分析標(biāo)準(zhǔn)下，PA、PI 與γ 通過率均無相關(guān)性（P＞0.05）。見表3。

表3 85 例患者IMRT 計(jì)劃基于射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率不同標(biāo)準(zhǔn)下的相關(guān)性

Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，99 例患者VMAT 計(jì)劃中，射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率呈不同程度的相關(guān)性。在1%/1 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、PI 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05），MCS、PM 和γ 通過率呈強(qiáng)相關(guān)性（|r|＞0.7，P＜0.05）；在2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PI、PM 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05）；在3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PM、PI 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05）。3 種γ 分析標(biāo)準(zhǔn)下，PA 與γ 通過率均無相關(guān)性（P＞0.05）。見表4。

表4 99 例患者VMAT 計(jì)劃基于射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率不同標(biāo)準(zhǔn)下的相關(guān)性

3 討論

由于IMRT 和VMAT 包含不同強(qiáng)度的復(fù)雜射野，參數(shù)多且容易變化，計(jì)劃復(fù)雜度高，容易發(fā)生錯誤導(dǎo)致劑量的不準(zhǔn)確。有研究表明，射野復(fù)雜度與計(jì)劃質(zhì)量和執(zhí)行精度有著密切的關(guān)系，過高的射野復(fù)雜度會增加多葉光柵（multileaf collimator，MLC）漏射和散射劑量，延長治療時(shí)間和降低計(jì)劃通過率；而射野通量調(diào)制不足則影響靶區(qū)和危及器官劑量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[6-7]。治療計(jì)劃的射束調(diào)制程度越高，射野越復(fù)雜，子野形狀越不規(guī)則，小面積子野越多，治療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證結(jié)果越差[8]。多種情況下，均表明在治療前，需對治療計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證，以保證為保障患者的生命安全，并保證劑量傳遞的準(zhǔn)確性。

γ 分析方法是一種定量比較的常用方法，是用于治療前計(jì)劃質(zhì)量檢查常用的比較指標(biāo)[9]。本研究在通用劑量閾值10% 的條件下，采用3 種劑量偏差/ 一致性距離（dose deviation/ distance to agreement，DD/DTA）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)組合（3%/3 mm、2%/2 mm、1%/1 mm）進(jìn)行了基于相對劑量模式下的全局劑量歸一的γ 指數(shù)分析，γ 通過率最好≥95% 或最低≥90%[10-11]。本研究通過IMRT 和VMAT 2 種計(jì)劃分別通過ArcCHECK 進(jìn)行劑量驗(yàn)證，結(jié)果表明，閾值選擇10%，2 種計(jì)劃在3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)下平均γ 通過率較高，在2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，通過率雖有所下降，但平均γ 通過率均＞90%。

在射野復(fù)雜度指標(biāo)的應(yīng)用中，需在計(jì)劃設(shè)計(jì)的過程中，根據(jù)射野復(fù)雜度指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，用于減少復(fù)雜子野[12-14]。而射野復(fù)雜度指標(biāo)可以作為減少劑量驗(yàn)證工作量的輔助工具，如對于實(shí)際劑量驗(yàn)證來說，低復(fù)雜性的計(jì)劃可能更需要較少的驗(yàn)證，通過復(fù)雜度指標(biāo)可提前關(guān)注到有較大可能性無法通過劑量驗(yàn)證的計(jì)劃，以及時(shí)采取干預(yù)措施[15]。本研究分析了在IMRT 計(jì)劃和VMAT 計(jì)劃中的不同射野復(fù)雜度指標(biāo)，結(jié)果表明，VMAT 計(jì)劃的PMU、PI、PM 均大于IMRT 計(jì)劃，說明VMAT 計(jì)劃中跳數(shù)多，射野越狹窄形狀較不規(guī)則；VMAT 計(jì)劃的MCS、PA 小于IMRT 計(jì)劃，說明VMAT 計(jì)劃中射野中子野形狀不規(guī)則程度較高，子野面積變異程度較大。2 種計(jì)劃的不同射野復(fù)雜度指標(biāo)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。因此從不同射野復(fù)雜度指標(biāo)中的比較結(jié)果分析，VMAT 計(jì)劃中射野較復(fù)雜。

有研究表明，若IMRT 計(jì)劃越復(fù)雜，其組成射野的子野形狀越不規(guī)則，子野形狀的變異越大，小面積子野越多，狹長野、孤島野越多，機(jī)器跳數(shù)越高[16-17]。因此本研究又對2 種計(jì)劃中的射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率進(jìn)行相關(guān)性分析。在IMRT 計(jì)劃中Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率呈不同程度的相關(guān)性。在2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，MCS、PM 和γ 通過率呈弱相關(guān)性（|r| ＜0.4，P＜0.05），PMU 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r| ≤0.7，P＜0.05）；在3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PM和γ通過率呈中度相關(guān)性（0.4≤|r|≤0.7，P＜0.05）。PA、PI 與γ 通過率均無相關(guān)性（P＞0.05）。在VMAT 計(jì)劃中Spearman 相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ 通過率呈現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性。在2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PI、PM 和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05）；在3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，PMU、MCS、PM、PI和γ 通過率呈中度相關(guān)性（0.4 ≤|r|≤0.7，P＜0.05）。PA 與γ 通過率均無相關(guān)性（P＞0.05）。

綜上所述，采用ArcCHECK 驗(yàn)證IMRT 計(jì)劃和VMAT計(jì)劃，通過電子射野影像裝置，得出射野復(fù)雜度指標(biāo)與γ通過率具有不同程度的相關(guān)性，因此推薦臨床可在劑量驗(yàn)證前調(diào)整射野指標(biāo)來輔助設(shè)計(jì)放療計(jì)劃。