多叶准直器叶片位置校准对胸部肿瘤IMRT计划验证的影响

张惠玲，许会军，吴小良，李静，陈晓芳，赵鹏，刘朝兴，李鹏

石家庄市第一医院 放疗科，河北 石家庄 050011

引言

调强放射治疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）目的是实现靶区高度适形，降低危及器官受量。IMRT 的实施是利用多叶准直器（Multi-Leaf Collimator，MLC）的运动将大照射野分割成多个子野，对每个子野给予不同的剂量权重，实现临床需求的剂量分布。为了确保IMRT 剂量的准确性，需要日常检测加速器MLC 的到位精度，多叶准直器的位置偏差是影响剂量验证通过率的重要因素。Yan 等[1]报道MLC 2 mm 的系统误差可以明显降低IMRT 计划的验证通过率。王清鑫等[2]报道对于MLC 1 mm 以内的位置误差，容积旋转调强（Volume Rotation Intensity Modulated Arc Therapy Technique，VMAT）计划验证对其不敏感，但2 mm 的位置误差影响验证通过率。Mu等[3]在头颈部IMRT 计划中分别引入MLC 随机误差和系统误差，发现MLC 的随机误差高达2 mm 时，对计划的剂量影响不明显，而MLC 的系统误差对于简单和复杂的IMRT 剂量影响较明显，尤其对复杂IMRT 计划更明显。因此，减小MLC 系统误差非常必要，有必要对MLC 的到位精度开展严格的质量保证工作。本文研究了MLC 的系统偏差对胸部IMRT 计划验证结果的影响，试图通过三维半导体阵列Delta4 的验证结果来分析MLC 的叶片到位情况。

1 材料与方法

1.1 材料

飞利浦Pinnacle39.10 治疗计划系统，Elekta Synergy 直线加速器，40 对内置多叶准直器（MLC），Elekta-iViewGT（EPID）、Auto Cal 软件系统，瑞典ScandiDos Delta4 三维半导体剂量验证系统。

1.2 计划设计

本研究选取了9 例胸部肿瘤患者，其中肺癌5 例，胸腺瘤4 例IMRT 计划。肺癌病例根据具体情况设计3～5 个射野，胸腺瘤病例均设计5 野计划，所有计划单个射野平均子野数小于10 个，最小子野面积为7～10 cm2，最小子野机器跳数为8 MU（表1）。

表1 9例胸部患者治疗计划信息

1.3 MLC位置误差检测

利用Elekta 的EPID 配合AutoCAL 软件自动校准MLC的位置偏差，Shameem[4]发现AutoCAL 能够快捷、准确地用于MLC 的日常QA，且检测精度高于胶片。EPID 的探测器尺寸为0.4 mm，检测时，辐射源到探测器的距离为160 cm（SSD=160 cm），AutoCAL 软件将测到的图像自动缩为SSD=100 cm 时的比例分析，且此时探测精度达到0.25 mm。检测内容主要包括：射束辐射中心、机械中心、光射野重合性、MLC 叶片的高度、叶片侧向平行度以及叶片的整体到位精度等。按照软件的检测提示发现A、B 方向叶片的整体偏差分别为-1.26 mm 和-1.42 mm。

1.4 剂量验证

Delta4 采用了2 块交叉的半导体探测器阵列，共含有1069 个敏感面积为0.78 mm2的P 型圆柱型半导体探测器，每块探测板的面积为20 cm×20 cm，位于直径为22 cm，长度为40 cm 的圆柱形有机玻璃体模中，中心6 cm×6 cm范围内，探头间隔5 mm，其他范围的探头间距10 mm。使用Delta4 之前，在加速器上对其进行参考剂量、相对剂量、绝对剂量和方向性刻度。

1.4.1 开野验证

加速器机架0°，10 cm×10 cm 开野，应用Delta4 模体对比分析调整MLC 前、后的结果。

1.4.2 计划验证

将9 例患者的治疗计划移植到Delta4 模体上，再次计算模体上计划的剂量分布，通过网络传至Delta4 剂量验证系统。

1.4.3 数据采集

应用Delta4 Gamma 通过率分析软件，比较Delta4 的测量和计算的结果，Gamma 分析法分别选择剂量差别（Dose deviation，DD）、距 离 符 合 度（Distance to agreement，DTA）及Gamma 通过率2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm的标准，对比分析MLC 校准前、后的剂量验证结果。

1.5 统计学分析

采用SPSS 17.0 软件对IMRT 剂量验证结果行单样本t检验，对MLC 校准前、后的结果进行配对t 检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 开野测量结果

图1 中，MLC 校准前，加速器机架0°，10 cm×10 cm开野通量图1a 上显示，B 方向存在剂量较低区域（蓝色点示），统计图上该区域分布在-10%以外（图1b 黄色柱状示）；MLC 校准后，从通量图1c 和统计图1d 上明显没有剂量较低区域。

图1 MLC校准前、后10 cm×10 cm开野比较

2.2 计划测量结果

9 例胸部患者IMRT 计划MLC 校准前和校准后的2%、3%、4%DD 分别为（39.08±14.13）%和（58.37±10.55）%、（55.18±14.5）%和（77.17±10.62）%、（69.46±11.45）%和（86.73±7.74）%（表2）；2、3、4 mm DTA 分 别 为（65.53±12.64）%和（88.39±6.94）%、（86.72±6.41）%和（97.07±2.47）%、（96.00±2.89）%和（99.48±0.89）%（表3）；2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm Gamma 通过率分别为（62.89±14.33）%和（82.42±9.38）%、（84.49±11.61）%和（95.07±5.6）%、（95.53±4.49）%和（98.39±2.59）%（表4）。

表2 MLC调整前、后剂量差别（DD，%）

表3 MLC调整前、后距离符合度（DTA，%）

表4 MLC调整前、后Gamma通过率（%）

2.3 校准前、后平均通过率的变化

DD、DTA、Gamma 通过率三种方法对于MLC 校准前、后的平均通过率变化如下：应用DD2%、3%、4%标准时，校准前、后平均通过率分别增加了19.29%、21.99%、17.27%；DTA 2 mm、3 mm、4 mm 标 准 时，分别增加了22.86%、10.35%、3.48%；Gamma 通过率为2%/2 mm、3%/3 mm、4%/4 mm 标准时，分别增加了19.53%、10.58%、2.86%。三种标准中，随着评价指标的增大，平均通过率的变化减小，从中可以发现2%/2 mm评价指标比4%/4 mm 评价指标平均通过率变化更大，即对MLC 的校准更敏感，更容易发现MLC 的位置误差。

3 讨论

IMRT 技术要求MLC 叶片具有到位精确、长期的运动重复性良好，一旦MLC 有了到位误差，直接影响患者吸收剂量的准确性。MLC 到位偏差的测量依赖于调强的模式、射野的机架角度以及直线加速器的特性等[5]，因此加速器质控时，应对MLC 的到位精度进行严格的质量保证工作[6-8]。笔者有一段时间在使用Delta4 对治疗计划剂量验证时发现验证结果普遍较低，10 cm×10 cm 的开野提示加速器B 方向剂量偏低，于是又使用加速器自带的EPID 和AutoCAL 软件检测MLC 的到位精度，发现B 方向的偏差达到1.42 mm。

Mu 等[3]在文章中指出MLC 位置偏差有随机偏差和系统偏差两种，随机偏差源于机械的不确定性、马达动力不足[6]、重力对部分角度叶片的影响；系统偏差是由叶片序列校准偏差、光射野不一致性、半影等因素[9-11]引起。游涛等[12]在文章中人为设计MLC 的系统偏差将其引入到前列腺癌IMRT 计划中，发现其剂量分布与原计划相比会产生明显的剂量偏差，并且偏差随着MLC 系统偏差的增大而增大，从而导致肿瘤靶区剂量的严重偏差。王猛[13]将MLC 的偏差引入到鼻咽癌IMRT 计划中，发现Octavius4D三维验证系统对MLC 误差较敏感。分析原因是由于，三维剂量验证系统的测量方式在剂量验证时，机架采用实际角度，测量结果考虑了重力因素对MLC 的影响，充分暴露了MLC 的位置偏差，而二维验证系统机架角度归零，测量结果隐藏了重力对MLC 的影响。因此，同样的病例、同样的评价标准三维验证系统的测量结果往往低于二维验证设备的结果[14-15]。

本文针对MLC 的位置误差，对比分析了校准MLC 前、后的10 cm×10 cm 开野和9 例胸部IMRT 剂量验证结果。校准前10 cm×10 cm 开野的数据统计图1b 上黄色柱状显示有一部分数据分布在-10%以外，剂量偏低较多，此数据对应通量图1a 的蓝色点状区域，分析得出加速器B 方向的测量数据较计划数据偏低较大，而校准后的开野中此现象明显消失，因此，开野的验证结果提示加速器B 方向的MLC 叶片有位置偏差。为了进一步验证此结论，笔者选择了9 例胸部计划进行剂量验证分析。计划（表1）采用3～5野静态调强，子野个数不多，计划较简单，但是未校准MLC 时的3%/3 mm Gamma 通过率普遍低于90%，结合前面开野结果的分析，笔者分别采用了DD、DTA、Gamma通过率三种方法对比分析了MLC 校准前、后的验证结果，表2 和表3 的DD 和DTA 结果显示，校准前、后对比差异具有统计学意义，而在表4 中2%/2 mm Gamma 评价标准时校准前、后P=0.005，3%/3 mm 和4%/4 mm 标准时，P值均大于0.05，差异不具有统计学意义，即当Gamma 分析方法选择2%/2 mm 时可以发现MLC 位置误差，当放宽分析标准后，3%/3 mm 和4%/4 mm 均不能够发现此误差。笔者还对比了MLC 校准前、后平均通过率的变化，明显发现当评价标准放宽后，通过率差异变小，即对于MLC 的位置偏差更不敏感。

综上所述，MLC 的系统偏差明显影响Delta4 IMRT 验证结果，调强放疗MLC 的叶片位置精度直接影响计划验证的Gamma 通过率，IMRT 计划验证通过率下降时应考虑检测MLC 的叶片位置精度。