Delta4高分辨率模式在VMAT剂量验证中的应用

李金凯，王沛沛，李彩虹，孙新臣

(南京医科大学第一附属医院放疗中心，江苏南京 210029)

·论 著·

Delta4高分辨率模式在VMAT剂量验证中的应用

李金凯，王沛沛，李彩虹，孙新臣

(南京医科大学第一附属医院放疗中心，江苏南京 210029)

目的：通过Delta4高分辨率模式研究空间分辨率变化对剂量验证γ通过率的影响。方法：随机选取11例鼻咽癌制定VMAT治疗计划，利用Delta4自带的Merge功能获取3组不同分辨率的实测剂量分布，分别为原始分辨率组和高分辨率组(offset=2.5 mm和offset=5 mm)，利用SPSS软件对3组实测数据进行统计学分析。结果：2种高分辨率组的剂量测量点较原始分辨率组均有不同程度的增加；高分辨率组offset为5 mm的γ分析通过率较offest为2.5 mm的稍低，但两者均低于原始分辨率组，差异无统计学意义。结论：利用Delta4的Merge功能可以获取更多的剂量测量点参与剂量比较，验证结果更加真实可靠，一般情况下可替代传统胶片验证。

容积旋转调强； 质量保证； 剂量验证； Delta4； 三维剂量验证

随着放疗技术的发展，容积旋转调强(volume modulated arc therapy，VMAT)等快速治疗手段广泛应用于临床，其对放疗精度的要求更加严格，剂量验证成为放疗中一个必须重视的环节[1-2]。由于剂量分布在三维空间中并不均匀，存在很大的剂量梯度，二维剂量分布验证成为评价治疗计划通过与否的必要条件之一。目前二维剂量分布验证主要有胶片剂量仪和二维实时探测阵列剂量计法两种方法[3-4]，前者空间分辨率高，但测量步骤复杂，获取速度慢，后者可用来快速获取照射野的二维剂量分布，但空间分辨率较低，存在遗漏某些细节造成评价结果不准确的可能性。Delta4半导体探测器阵列[5]具备点剂量和二维剂量分布实时在线测量的能力，测量效率高，但考虑到探测器阵列本身探头间隔会影响采样的空间分辨率，作者通过Delta4高分辨率模式增加验证测量点，研究空间分辨率变化对治疗计划剂量验证通过率的影响。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

西门子Sensation Open大孔径CT，Lap激光定位系统，医科达Axesse电子直线加速器，配Agility160片多叶光栅，等中心投影5 mm，Monaco(V3.3)治疗计划系统，MosaiQ放疗专用网络，PTW 30013 0.65 cm3指型电离室(经国家剂量科学研究院标定)，PTW UNIDOS Webline绝对剂量仪，配标准水箱，ScanDidos AB公司的Delta4三维剂量验证系统。

1.2 Delta4的校准

Delta4三维剂量验证系统由放置在22 cm×40 cm圆柱形模体中两个正交的二维半导体探测器阵列组成，共有1 069个敏感面积为0.78 mm2的P型圆柱型半导体探头，(有效)探测面积为20 cm×20 cm，中心6 cm×6 cm区域探头间隔为5 mm，周围探头间隔为1 cm，可实现所有入射角度射线束截面的剂量测量。Delta4的校准分为4个部分，即参考点的测量、相对剂量的校准、方向性的校准和绝对剂量的校准，按照软件提示的步骤执行，先后顺序不可以改变。

1.3 治疗计划的选择和验证计划的生成及导出

随机选取11例鼻咽癌制定VMAT治疗计划。最小子野边长为10 mm，控制点小于300。在治疗计划系统Monaco上将治疗计划移植到Delta4 QA验证模体上，照射野中心置于模体的摆位中心点，计算治疗计划在验证模体上的剂量分布(蒙卡算法，计算网格2 mm)。利用Dicom RT模块将治疗计划和三维剂量分布导出至Delta4软件数据库。

1.4 不同分辨率模式剂量分布的测量

实施验证前模体做好预热准备，并对Delta4绝对剂量因子进行校准。原始组(origin group，OG)：通过MosaiQ网络QA模式将治疗计划在Axesse直线加速器对验证模体实施模拟照射，结束后对实测剂量分布与治疗计划系统计算所得剂量分布进行比较。高分辨率组(high resolution group，HRG)：选择Delta4高分辨率测量模式，等中心Y轴方向的offset值分别取2.5 mm和5 mm，移动加速器治疗床改变投照中心，二次测量后利用Delta4自带的Merge功能合成得到相对高分辨率的实测剂量分布，与治疗计划系统计算所得剂量分布进行分析比较。其中offset为2.5 mm获得中心6 cm×6 cm区域探头间隔为2.5 mm的实测数据，如图1a所示；offset为5 mm获得整个20 cm×20 cm探测区域探头间隔为5 mm的实测数据，如图1b所示。

a中offset=2.5 mm； b中offset=5 mm

图1 高分辨率模式实测剂量分布示意图

Fig 1 The sketch map of measured dose distribution with high-resolution mode

1.5 实测剂量分布与计算剂量分布的统计学分析

分别通过γ分析法对实测剂量分布与计算剂量分布进行比较。其中，位移偏差(Δdm)和剂量偏差(ΔDm)通过标准分别取3 mm、3%，范围取10%等剂量曲线(最大剂量点为100%)所包含的区域，γ(rm)≤1为通过。

利用软件SPSS 18.0对3组实测数据进行统计学分析，计量资料以均数±标准差表示，两组高分辨率数据的γ通过率分别与原始测量数据的γ通过率行配对样本的t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 离轴剂量曲线的比较

随机取主探测器阵列长轴不同测量方法同一坐标值的离轴剂量曲线。某例患者3种不同测量方式获得的剂量分布如图2所示，其中实线为治疗计划系统计算所得，每个小圆点对应每个实测点。未做任何处理的原始离轴剂量曲线如图2a所示；offset 2.5 mm合并后的离轴剂量曲线如图2b所示；offset 5 mm合并后的离轴剂量曲线如图2c所示。

课程对指标点达成度=权重系数×样本中与该毕业要求指标点对应课程的相关试题平均分/样本中与该毕业要求指标点对应课程的相关试题满分。

a

b

c

a.原始分辨率组； b.高分辨率组，其中offset=2.5 mm； c.高分辨率组，其中offset=5 mm

图2 某例患者3种不同测量方式获得的剂量分布图

Fig 2 The diagram of a patient’s dose distribution in three different measurements

图2a为OG，没有对实测剂量分布做任何处理，由图可见，中间6 cm的区域测量点较密集，间隔5 mm，并且左侧的边缘仍处于高剂量测量区，说明探测器阵列并没有完全涵盖计划的整个投照区域，存在一部分计划没有获得实测剂量；图2b为高分辨HRG，由offset为2.5 mm组和OG利用Merge功能合成得到，由图可见，中间6 cm区域测量点非常密集，间隔2.5 mm，其余部分间隔为2.5 mm和7.5 mm交替，测量点较OG增多1倍；图2c为HRG，由offset为5 mm组和OG利用Merge功能合成得到，由图可见，整个测量区域测量点间距相等均为5 mm，外周(除中心6 cm×6 cm区域)区域测量点增加1倍。

2.2 剂量验证γ分析法通过率的统计学分析结果

剂量学验证统计结果(表1)发现，11例患者的治疗计划剂量验证γ通过率均大于98%，远优于临床治疗要求的标准90%。OGγ分析方法的通过率均值99.518%高于两个HRG的均值99.446%(HRG:2.5 mm)和均值99.409%(HRG:5 mm)，其中，HRG offset为5 mm的通过率较2.5 mm的稍低。将HRG与OG的剂量验证通过率行配对样本的t检验，由表1可见，两组统计学分析的P值均大于0.05，差异无统计学意义。当把γ分析法的Δdm和ΔDm通过标准分别取2 mm、2%时，3组的通过率均有不同程度下降，均值分别为OG为94.804%，offset为2.5 mm的HRG为95.116%，offset为5 mm的HRG为95.488%。其中OG下降最大，为4.714%，offset为5 mm的HRG最小，为3.921%。3组行单因素方差分析，P=0.883。

表1 剂量验证γ分析法的通过率(%)

Tab 1 The passing-rate of dose verification by γ -analysis(%)

a HRG(2.5 mm)vsOG； b HRG(5 mm)vsOG

3 讨 论

VMAT作为目前最先进的放射治疗技术有着肿瘤靶区剂量分布高度适形、治疗速度快等特点，在放射治疗中的应用越来越广泛[6-8]。VMAT治疗计划多叶光栅控制点数量多，子野间切换速度快，得到的剂量分布复杂，剂量变化梯度大，对加速器照射剂量的准确性要求较高，考虑到还存在如治疗计划系统剂量计算精度等许多影响因素，治疗前的剂量验证是确保放射治疗准确实施的关键步骤。只有实测的剂量分布与计划系统计算的剂量分布符合临床要求标准，才可以对患者进行实际的治疗。VMAT放疗过程中直线加速器机架处于不同角度，重力会对多叶准直器的叶片到位精度产生影响，地磁场会对加速器剂量系统产生影响，在Delta4剂量验证测量过程中这些都会得到体现。有研究[9]证明,Delta4三维剂量验证系统能满足VMAT放射治疗的剂量验证，是理想的三维验证工具。

本研究选取鼻咽癌[10]VMAT计划验证Delta4分辨率模式对通过率的影响有两点考虑：首先，鼻咽癌靶区长度一般在20 cm左右，能够对Delta4探测器阵列进行比较好的覆盖照射；其次，鼻咽部的马蹄形靶区与脊髓、脑干、腮腺之间的剂量下降梯度幅度较大，可以很好地代表VMAT计划的剂量分布特点。本研究利用Delta4的Merge功能对11例鼻咽癌患者的VMAT计划进行了3种不同分辨率模式下的剂量验证，实测结果与治疗计划系统计算结果显示出较好的一致性，平均γ通过率均大于98%。两组高分辨率模式的γ通过率较OG略有下降，但差异无统计学意义。分析原因可能为3%/3 mm的剂量验证通过标准设定过于宽松，导致过高的γ分析通过率所致，但当把剂量验证通过标准更改为2%/2 mm时，OG和HRG通过率均有不同程度下降，差异亦无统计学意义。其中HRG offset为5 mm的γ通过率较offset为2.5 mm的稍低，分析原因可能为前者的整个测量区域测量点间距相等且均为5 mm，使剂量验证的大部分范围的测量分辨率较后者高所致。

Robar等[11]一致认为进行二维剂量验证的探测器需要较高的空间分辨率，以保证数据采样的准确性。根据采样定理[12]，当采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs≥2 fmax)，则采样之后的数字信号能够完整地保留原始信号中的信息。即如果给定了采样频率fs，那么能够保证采样不发生畸变的最大频率fmax是确定的。加速器实际投照剂量分布的最大频率与治疗计划设计中最小子野边长和控制点数量相关，最小子野边长越小，控制点数量越多，最大频率越高。本研究最小子野边长为10 mm，控制点小于300，最大频率取值被相对固定在一个区间内。鉴于Delta4探测器阵列空间分辨率理论上无法达到胶片精度，为确保在剂量梯度较大区域γ值计算的精确性，对高剂量梯度区域剂量分布验证需要给予进一步分析。利用Delta4高分辨率模式的Merge功能可以获取更多的剂量测量点参与剂量比较，如offset为2.5 mm，剂量测量点可以增加1倍，达到2 138个测量点，中间分辨率高达2.5 mm，使验证结果更加真实可靠。胶片常被用作调强剂量验证的金标准，胶片法可快速获得二维黑度分布，根据光学密度-剂量(OD)曲线进一步转化成剂量分布，具有分辨率高、二维成像的特点，但在具体工作中存在处理和数据读取工作费时费力，不能进行实时验证，且易受各种因素的影响，使验证结果的准确性有所折扣等缺点。有鉴于此，Delta4高分辨率模式通过增加测量点，提高测量分辨率，可以在一般情况下替代传统胶片验证。需要强调的是，可以利用Delta4高分辨率模式将测量范围得到拓展，如位移值取90 mm可使测量长度增加到29 cm，使测量范围增加近50%，这一功能是胶片所不具备的。

[1] BORTFELD T,BOYER A L,SCHLEGEL W,et al.Realization and verification of three dimensional conformal radiotherapy with modulated fields[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1994,30(4):899-908．

[2] TSAI J S,WAZER D E,LING M N,et al.Dosimetric verification of the dynamic intensity modulated radiation therapy of 92 patients[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,1998,40(5):1213-1230．

[3] CHILDRESS N L,SALEHPOUR M,DONG L,et al.Dosimetric accuracy of Kodak EDR2 film for IMRT verifications[J].Med Phys,2005,32(2):539-548．

[4] POPPE B,BLECHSCHMIDT A,DIOUGUELA A,et al.Two-dimensional ionization chamber arrays for IMRT plan verification[J].Med Phys,2006,33(4):1005-1015．

[5] 林珠,吴丽丽,陆佳扬.Delta4三维剂量验证系统的原理及应用[J].医疗装备,2013,7:14-16．

[6] PALMA D,VOLLANS E,JAMES K,et al.Volumetric modulated are therapy for delivery of prostate radiotherapy:comparison with intensity-modulated radiotherapy and three-dimensional conformal radiotherapy[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008,72(4):996-1001．

[7] SHAFFER R,NICHOL A M,VOLLANS E,et al.A comparison of volumetric modulated arc therapy and conventional intensity modulated radiotherapy for frontal and temporal high-grade gliomas[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2010,76(4):1177-1184．

[8] VERBAKEL W F,CUIJPERS J P,HOFFMANS D,et al.Volumetric intensity-modulated are therapy vs.conventional IMRT in headand-neck cancer:a comparative planning and dosimetric study[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2009,74(1):252-259．

[9] 张伟,马照,邵鹏,等.Delta4的临床应用研究[J].中华放射肿瘤学杂志,2010,19(1):48-51．

[10] 唐媛媛,裴忠玲.鼻饲对鼻咽癌患者放疗期间营养状态及放疗毒副反应的影响[J].现代医学,2014,42(8):939-942．

[11] ROBAR J L,CLARK B G.A practical technique for verifica-

tion of three-dimensional conformal dose distributions in stereotactic radiosurgery [J].Med Phys,2000,27(5):978-987．

[12] NYQUIST H.Certain topics in telegraph transmission theory [J].TransA IEE,1928,47(1):617-644.

Application of Delta4 with high resolution mode in VMAT dose verification

LI Jin-kai，WANG Pei-pei，LI Cai-hong，SUN Xin-chen

(DepartmentofRadiationOncology，theFirstAffiliatedHospital，NanjingMedicalUniversity,Nanjing210029，China)

Objective: To study the impact of spatial resolution of measurement on Gamma rate in the dose verification through the Delta4 high resolution mode. Methods: 11 volume modulated arc therapy (VMAT)treatment plans of nasopharyngeal carcinoma were randomly chosen， and 3 groups of measured dose distribution with different resolution for each patient， including a original resolution group and two high resolution groups (offset=2.5 mm and offset=5 mm)， were obtained by Delta4 using the Merge function. In addition， the pairedt-test with SPSS software was applied for the three groups of data. Results: The number of measured dose points of the two high resolution groups increased in different degrees， compared with the original resolution group; the Gamma rate of the high resolution group with 5 mm offset was slightly lower than that of the group with 2.5 mm offset， besides， the Gamma rates of both high resoulution groups were lower than that of the original resolution group， which had no significant difference. Conclusion: More measured dose points can be accessed by the Merge function of Delta4 to obtain more reliable dose verification results， furthermore， the traditional film can be replaced in dose verification under general conditions．

volume modulated arc therapy; quality assurance; dose verification; Delta4; three-dimensional dosimetry verification

2014-12-26

2015-03-18

李金凯(1983-)，男，山东临沂人，主管技师，主要从事肿瘤放射物理学的研究。E-mail:lijinkai1028@163.com

孙新臣 E-mail:13770662828@163.com

李金凯,王沛沛,李彩虹,等.Delta4高分辨率模式在VMAT剂量验证中的应用[J].东南大学学报:医学版,2015,34(4):593-597.

R739.63; R815

A

1671-6264(2015)04-0593-05

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.04．020