次要联锁对头部肿瘤容积调强治疗中剂量验证的影响

孟慧鹏董化江孙小喆郑爱青梁克明

1（天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072）2（武警后勤学院附属医院放疗中心 天津 300162）3（武警后勤学院人体解剖与组织胚胎学教研室 天津 300309）



次要联锁对头部肿瘤容积调强治疗中剂量验证的影响

孟慧鹏1,2董化江1,3孙小喆2郑爱青2梁克明2

1（天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072）
2（武警后勤学院附属医院放疗中心 天津 300162）3（武警后勤学院人体解剖与组织胚胎学教研室 天津 300309）

摘要随机选取50例头部肿瘤患者的验证计划，采用PTW电离室矩阵进行验证，以1% / 1 mm、2% / 2 mm 和3% / 3 mm 3种标准进行g通过率分析。3种标准各5组验证结果的g通过率（验证时人为随机中断1次、2次、3次、4次、5次）与正常验证的结果行配对T检验分析。分析发现3种标准各5组配对检验结果的g通过率均有统计学差异(t值12.647～62.911, p<0.001)。结果提示，次要联锁发生时继续进行剂量验证对g通过率有明显影响，建议头部肿瘤放疗中次要联锁频繁发生时应停机排除故障后再治疗。

关键词次要联锁，头部肿瘤，容积调强，通过率

基金资助：武警后勤学院科研创新团队项目(WHTD201308-2)资助

第一作者：孟慧鹏，男，1981年10月出生，2011年于南开大学获得硕士学位，目前为天津大学博士研究生，主要从事肿瘤放射治疗物理学及网络相关的研究工作，物理师、高级工程师，E-mail: hongyi1218@163.com

Supported by Project of Scientific Research Innovation Team of Logistics University of CAPF (WHTD201308-2)

First author: MENG Huipeng (male) was born in October 1981 and received his master degree from Nankai University in 2011. Now he is a doctoral candidate at Tianjin University, majoring in radiotherapy physics for tumor and network-related research; physicist and senior engineer. E-mail: hongyi1218@163.com

次要联锁是直线加速器治疗时较常见的联锁，这类联锁通常可以清掉后继续治疗。基于容积调强(Volumetric modulated arc therapy, VMAT)的快速旋转调强(RapidArc)放疗新技术推向临床后，它高效、快捷的特点在保证靶区和危及器官剂量要求情况下极大缩短了治疗时间，提高了治疗效率，改善了相对生物效应，被广泛应用于肿瘤的放射治疗中，包括头部肿瘤[1-4]。剂量验证是调强放疗前不可缺少的一部分，通常包括绝对剂量和相对剂量的验证，相对剂量验证最常见的标准为g通过率[5-8]。本研究随机选取50例头部肿瘤患者的验证计划，用PTW电离室矩阵进行验证，验证过程中人为的随机中断1～5次出束，用于模拟治疗过程中出现次要联锁的情况，将这5组g通过率与正常验证的g通过率进行比较分析，分析次要联锁对头部肿瘤剂量验证g通过率的影响。

1 材料和方法

1.1 材料

验证计划使用Varian公司Eclipse 10.0版本的计划系统生成；设备采用Varian公司的Clinac IX直线加速器，能量选择6 MV X-射线，剂量率为600 MU/min；测量工具采用PTW公司的八角模体和OCTAVIUS Detector 729矩阵；g指数分析软件为PTW公司的 5.1版本Verisoft软件；随机选取50例头部肿瘤患者的验证计划，这些病例均在中心接受过RapidArc治疗，起止日期为2012年12月至2015年10月。

1.2 方法

1.2.1 计划生成及验证

将50例头部肿瘤病例通过Eclipse系统生成PTW电离室矩阵验证计划并导出对应的通量图。为保证验证的准确性，测量前对加速器及验证设备进行相应的校准，同时测量前检测校准机器机械参数、剂量输出特性等，确保机器性能稳定。将电离室矩阵置于PTW八角模体中，在加速器SAD=100 cm处，按照常规流程对50例RapidArc计划进行验证，将结果保存为后缀名为mcc的文件供后续评估。

1.2.2 实验的设计与评估方法

每一个病例进行6次数据采集，按照常规流程采集1次，其余5次为采集过程中随机中断出束一定次数得到，且每次中断暂停10 s后继续出束。分别中断1次、2次、3次、4次、5次记录5组数据，用于模拟治疗过程中出现对应次数的次要联锁，中断暂停10 s后继续采集，以模拟常规清除次要联锁的操作时间。用标准为1% / 1 mm、2% / 2 mm、3%/ 3 mm的3种标准对采集结果进行g指数分析。为确保验证的准确性，最终给出结果前均通过软件进行必要的修正，得到两种标准各6组g通过率数据。

1.2.3 统计学方法

用SPSS19.0软件计算得到均值、标准差等统计学参数。非正常采集得到的5组验证结果分别与正常采集的验证结果行配对T检验分析，当p<0.05时认为差异有统计学意义。

2 结果

50例病例3种比对标准得到的各6组数据列于表1中。由表1可知，常规标准3% / 3 mm通过率均在95%以上，满足临床要求；更严格的2% / 2 mm标准的通过率均在90%以下；1% / 1 mm标准的通过率均在50%以下。3种方法的验证结果示例如图1所示。由图1可见，3种标准的通过率随着中断次数的增加呈递减趋势，中断次数越多通过率越低，且部分正常验证时不通过的点，在出现中断时变成了通过的点；出现1次中断后通过率即明显下降，在2% / 2 mm的标准下表现得的更直观。T检验结果见表2。由表2可知，5组配对T检验的结果均有统计学差异，t值最小为12.647，最大为62.911，p值均小于0.001。

表1　三种标准的g通过率Table 1　Gamma pass rates of three kinds of standard

表2　T检验结果Table 2　Results of T-test

3 讨论

次要联锁是直线加速器治疗时较常见的联锁，如MOTN、MLC、DS12、DPSN、ISPN等。这类联锁通常可以通过10 s内的简单操作清掉后继续治疗（除非设备出现真正的硬件故障）；而MLC电机发生故障时同样会报MLC联锁，这种联锁并不能直接清除，本研究讨论的范围仅限于能够直接清掉继续治疗的次要联锁。快速旋转调强放疗技术广泛应用于放射治疗后，由于其高精度使得非常规剂量的大分割、超大分割照射成为可能，给放射治疗带来了更高的治疗增益比，包括头部肿瘤[1-4]。头部肿瘤的放疗，由于其内部敏感器官众多，如腮腺、脊髓、脑干、晶体、视神经、视交叉、泪腺等，还有一些耐受量非常低的敏感器官像晶体，因此要求治疗时的精度更高。精度通常包括位置精度和剂量精度。为保证剂量精度通常会在治疗前进行剂量验证，包括绝对剂量和相对剂量的验证，本研究主要探讨相对剂量验证。相对剂量验证最常见的标准为g通过率[5-8]，通常认为3% / 3 mm标准的g通过率在90%以上即满足临床需求，通常三甲医院放疗科根据所在单位的设备和人员实际情况，会提高该通过率标准。g通过率的高低直接体现出治疗计划与实际治疗间的差异，因此，一旦某种因素的介入引起了通过率的变化，尤其是引起通过率降低的情况，则患者接受到的是欠剂量的治疗，将引发后续的潜在负面影响。

本研究结果显示，当出现次要联锁后，清掉联锁继续治疗导致g通过率降低，次数越多降低越多，尤其出现第1次中断时更为明显。用于本研究的验证设备的有效探测面积为27 cm × 27 cm，分辨率为10 mm，通过特殊的4步合成测量可以达到5 mm的分辨率，实际应用中，这种验证方法也有许多缺点[9]。但是由于电离室矩阵和半导体矩阵方便快捷、设备可重复利用、数字化程度高等特点，仍然是近年来调强放疗剂量验证的主流方法[10-12]，本研究发现，当治疗中出现次要联锁时虽然按照常规的3% / 3 mm标准，验证结果仍然满足临床要求，但是与正常验证的结果比较其平均通过率随着出现次要联锁次数的增加降低比例为1.7%～2.9%，当标准为2% /2 mm和1% / 1 mm时降低的比例更大，达到了3.7%～7.9%和5.2%～16.1%，仅此一项就给治疗引入较大的不确定度，实际应用中应当引起重视。

出现这种现象的原因是多方面的，从实际应用的角度分析，发生次要联锁时应该是以下两个主要因素在起作用：第一，加速器从开始出束到出束稳定需要一个过程，这个阶段的剂量和实际需要的剂量会有很大偏差，而次要联锁多次出现则使连贯的治疗增加了数次这样的不确定因素；第二，VMAT治疗时，MLC是实时动态变化的，尽管Varian公司Millennium_120 MLC控制的叶片到位精度非常精准，但是当次要联锁突然出现时，还是对MLC的实际到位时间和停留时间造成了一定程度的影响。像头部肿瘤这种要求精度非常高的病种，此影响应引起重视。同时笔者也注意到Varian公司的Clinac IX加速器，本身可以执行在一个弧内产生两段大于15°的BEAM OFF 区域，即机架旋转，但是不出射线，也相当于引入了1次或者2次机器出束从无到有，从有到无的过程。但这种情况并没有明显影响g通过率：第一，这种情况治疗中断过程中MLC是实时运动的，上述提到的第2个因素可以忽略；第二，前馈性的、可预见性的BEAM OFF，在输出控制文件时已经做了一定的处理。这种情况显然和发生次要联锁引起的突发性BEAM OFF有本质的区别。

本研究中增加的不通过点，未发现有任何规律性，有些在正常验证时未通过的点，有中断出现时反而变成了通过的点，甚至有些病例在中断一次后，靶区内原本是通过或者剂量偏高的点变成了欠剂量点。事实上当VMAT治疗时，某一个角度出现的剂量减少或者增加可以理解为该角度的剂量权重发生了变化，必将影响最终的剂量分布，这种变化不仅会影响靶区剂量分布，也会影响敏感器官的剂量分布，在头部肿瘤的VMAT治疗中应引起重视。另外还发现，随着次要联锁发生（中断治疗）次数的增加，γ通过率的减少量越来越低，其原因应是中断次数越多，二维电离室矩阵放置于采集环境中的时间就越长，采集过程中二维电离室矩阵接收到的机房散射线就越多，对验证结果造成了干扰。去除这些干扰，γ通过率实际降低的比例应该比本研究的结果更高。

综上所述，发生次要联锁后清除联锁继续治疗对头部肿瘤剂量验证有较明显影响，提示次要联锁发生较频繁时应停机排除故障后再行治疗。

参考文献

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Effects of secondary interlocking on the dose verification of head tumor in the treatment of volumetric modulated arc therapy

MENG Huipeng1,2DONG Huajiang1,3SUN Xiaozhe2ZHENG Aiqing2LIANG Keming21(School of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)2(Radiotherapy Center, the Affiliated Hospital of Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300162, China)
3(Department of Anthropotomy and Histoembryology, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300309, China)

ABSTRACTThe data of dose verification for head tumor in the treatment of volumetric modulated arc therapy (VMAT) were compared to analyze whether or not the statistics difference of gamma passing rates exists when the secondary interlocking occurs. The verification planned for head tumor of 50 patients was used for testing and verifying with the chamber array detector from PTW(PTW Detector 729). Five comparative experiments were performed for each pair of the three standards. The gamma passing rate of 1% / 1 mm, 2% / 2 mm, 3% / 3 mm and T-test were used in the quantitative analysis. Statistical differences were found for all measurements of the three standards paired groups (t value range: 12.647～62.911, p<0.001). The comparative analysis showed that the gamma passing rates were affected significantly when the secondary interlocking occurred. It is suggested that the treatmentbook=42,ebook=11should be stopped until troubleshooting when the secondary interlocking occurred frequently in the radiotherapy.

KEYWORDSSecondary interlocking, Head tumor, Volumetric modulated arc therapy(VMAT), Pass rate CLC TL72

收稿日期：初稿2015-10-22，修回2015-12-14

DOI:10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.020202

中图分类号TL72