3DVH 联合ArcCheck 在前列腺癌容积旋转调强计划剂量验证中的应用

廖志春，胡项英，贺亚迪，罗翼

广西壮族自治区柳州市中医医院肿瘤科放疗中心 （广西柳州 545000）

近年来，前列腺癌的发病率不断增长，成为一种常见的恶性肿瘤。临床上，放射治疗是当前治疗前列腺癌患者的一种主要手段。随着放射治疗技术的飞速发展，容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）逐步成为一种主流的放射治疗技术，被广泛应用于前列腺癌患者的临床放射治疗中。VMAT 作为一种最新的调强技术，在照射过程中机架以非匀速旋转，形成一个或多个弧，同时多叶准直器（multileaf collimator，MLC）和剂量率不断变化，可以极大地提高照射效率，更高效地满足靶区剂量要求[1-2]。但是，VMAT 在治疗过程中，加速器MLC 子野的形状、剂量率、机架旋转速度等多参数均在变化，所以对质量保证（quality assurance，QA）和质量控制（quality control，QC）提出了更高的要求。根据已有的研究报道，目前用于VMAT 计划剂量验证的设备主 要 有ArcCheck[3]、Delta-4[4]和COMPASS[5]等。Delta-4、COMPASS 只能提供单个点和平面的剂量信息。ArcCheck 虽然是一种三维剂量验证系统，但只能得到γ 通过率，某些情况下即使γ 通过率＞95%，未通过的点落在重要器官上也会造成较大的剂量误差，这对于VMAT 剂量验证而言不够精确；相反，在γ 通过率＜95%时，只要剂量热点和冷点分别在靶区和危及器官，这样的计划在一定程度上也是可以通过的。因此，本研究探讨3DVH 联合ArcCheck[6]在前列腺癌容积旋转调强计划剂量验证中的应用价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 CT 图像资料

随机选取2017年8月至2018年8月于我院行VMAT 治疗的前列腺癌患者18例，均取仰卧位，憋尿使膀胱充盈以减少正常器官小肠照射量，使用科莱瑞迪热塑体膜进行体位固定，使用Philips Briliance 大孔径CT 模拟机，配备外置lap 激光灯进行CT 模拟定位，扫描层厚为3 mm；将扫描得到的CT 影像通过网络传输至Monaco 计划系统（版本5.11.01），所有计划由两名高年资医师根据MRI 等相关影像资料勾画出肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）、临床靶区（clinical target volume，CTV）、计划靶区（planned target volume，PTV）和危及器官，然后由一名中级物理师采用单弧VMAT 计划完成18例患者的治疗计划设计。

1.2 设备材料

直线加速器为瑞典医科达公司的Synergy；计划系统采用Monaco5.11.01治疗计划系统；标定加速器采用的剂量仪为Sun Nuclear 公司 0.6cc 指形电离室（型号SNC600CCTM）；验证设备采用美国Sun Nuclear 公司的ArcCheck 验证模体，该模体是圆柱形，一共1 386个高精度探头螺旋式分布于内部，相邻探头间距为1 cm；ArcCheck 配套三维剂量计算软件SNC patient 6.1，能够显示测量得到的绝对剂量及相对剂量γ 通过率，并且能够和计划系统的计算剂量进行对比；3DVH 软件的版本为3.3.1，可以重建靶区和危及器官剂量分布，比较和分析出具体到每个位置甚至是每个点的计划系统理论计算剂量和实际测量剂量的差异。

1.3 ArcCheck 仪器校准

根据 Sun Nuclear 公司官方技术手册的校准步骤，对ArcCheck 模体分别进行本底校准、矩阵校准和绝对剂量校准。

1.3.1 本底校准

在收集本底前，应将ArcCheck 放置在无射线辐射的环境中，以确保本底校准正确完成；连接ArcCheck 与专用测量电脑，打开SNC patient 6.1软件，其自动对ArcCheck 进行时长30 s 的本底收集，获取每一个探测器的本底因子。

1.3.2 矩阵校准

矩阵校准的目的是对ArcCheck 的1 386个探测器灵敏度进行校准归一，射野的大小设置为X=20 cm，Y=27 cm，将模体的等中心对准激光灯及光野十字中心完成摆位，每次出束200 MU；按技术手册提供的校准步骤，依次对多个角度照射采集数据，即可完成ArcCheck 的矩阵校准。

1.3.3 绝对剂量校准

绝对剂量校准的作用是将ArcCheck 所测量到的相对剂量值换算成绝对剂量值。ArcCheck 模体内的探头到表面的深度为2.9 cm，按Sun Nuclear 官方数据换算后等效于3.3 cm 水深，首先将3.3 cm 的水模体，在源探测器距（source to detector distance，SDD）=85 cm 处摆体，加速器出束100 MU，电离室测出3.3 cm 深处的绝对剂量，然后将ArcCheck 模体和固体水相同的方式摆位，对ArcCheck 出束100 MU，将固体水模体中电离室测到的绝对剂量数值输入软件即可完成对 ArcCheck 绝对剂量的校准。

1.4 验证方法

将18例患者通过临床剂量要求的计划在ArcCheck 模体上分别进行计算，得到计划剂量分布文件；然后，每例患者用ArcCheck 测量得到剂量分布文件，使用γ 分析方法，计算阈值为3%、3 mm、10%时，得到相对剂量和绝对剂量的γ 通过率；最后，将测量剂量分布和计算得到的剂量分布分别传输至3DVH Version3.3.1软件系统中，比较靶区和危及器官的实际测量值和理论计算值之间的差异，得出加速器在执行计划过程中产生的实际误差，再运用3DVH将此误差反算至计算计划中，计算出靶区和危及器官的剂量分布，得到实际执行时的靶区和危及器官的剂量分布图，比较计划系统计算剂量和3DVH 重新计算剂量分布的差异，得到剂量偏差百分比=（3DVH 剂量值-计划系统剂量值）/计划系统剂量值×100%。

1.5 临床评价

比较靶区的平均剂量（Dmean）、2%体积剂量（D2%）、98%体积剂量（D98%）、最大剂量（Dmax）、50%体积剂量（D50%）、γ 通过率、3DVH 计算剂量与计划剂量匹配率、偏差百分比及危及器官（膀胱、直肠、股骨头）的剂量匹配率、受照剂量和体积。

2 结果

18例患者γ 通过率均＞95%（表1），计划系统中的每例患者感兴趣区Dmean、D2%和D98%的计算结果与ArcCheck 测量结果剂量偏差百分比均＜1.5%（表2），每例患者计划系统计算剂量与3DVH 重建剂量总体积匹配率均＞95%（表3），说明计划系统计算的每个点的剂量与实际执行照射情况基本相同，3DVH 更直观准确地验证了ArcCheck 的验证结果，从而为VMAT 计划提供了更准确直观的剂量验证结果，保证VMAT 计划的准确实施。

表1 18例前列腺癌患者的VMAT 计划γ 通过率

表2 18例前列腺癌患者VMAT 计划剂量的偏差百分比

表3 18例前列腺癌患者VMAT 计划剂量匹配率

其中，某例患者的3DVH 计算剂量分布图及各靶区和危及器官的剂量体积直方图见图1，剂量偏差图见图2。从图1c 中可以看出,该患者实际执行剂量比计划系统计算剂量整体偏高，但在误差范围内。由图2可以得到实际执行时剂量偏高的具体点数及其具体位置。该患者整个治疗疗程的实际执行剂量较计算剂量偏高的点大部分落在靶区上，只有少数落在靶区外并且是非重要危及器官的位置（图2a、b、d 中箭头所指），这并不影响治疗效果甚至有利于治疗，因此3DVH 能为VMAT 的计划验证提供更有力和准确的依据，从而保证放射治疗计划的顺利实施和治疗疗效。

图1 3DVH 计算的剂量分布图及各靶区和危及器官的剂量体积直方图

3 讨论

VMAT 是现代肿瘤放射治疗的先进及重要手段，因治疗时间短且机器跳数效率高，相比传统放射治疗有明显的技术优势[7]。其利用单弧或多弧旋转放射治疗，在机架旋转的同时，MLC 叶片的形状及加速器出束射线的剂量率也随之连续变化，可以达到提高靶区剂量分布及降低危及器官受量的目的。但由于VMAT 同时具有多个可变的参数，所以计划执行过程更加复杂，如机架到位精度、MLC 运动精度、剂量率与时间的响应特性等均会影响计划的准确执行。为了保证 VMAT 计划安全、可靠地开展，保证靶区能接受更高适形度的剂量又能很好地降低正常组织的受照剂量[8]，对VMAT 计划剂量进行验证至关重要。以往的点剂量和二维平面剂量验证只能提供单个点和平面的剂量信息，剂量验证包含的内容太过局限。ArcCheck 作为一种专门应用于容积旋转调强剂量验证的工具，既可以完成相对剂量的测量又可以完成绝对剂量的测量，其作为一种三维剂量验证模体，无需进行射野角度归零，验证过程中加速器机架真实旋转，且能考虑碳纤维床对剂量的影响，因此能确保得到旋转照射中更准确的剂量信息[9]。大量相关研究表明，ArcCheck 在容积旋转调强计划验证中，不论是相对剂量还是绝对剂量的γ 平均通过率均＞95%，能够满足临床验证要求；而基于ArcCheck 的3DVH 可以重建得到实际执行计划时靶区和危及器官的受量，为VMAT 的计划验证提供更准确和详细的验证信息。本研究结果显示，前列腺癌VMAT绝对剂量的平均γ 通过率均＞95%，每个感兴趣区Dmean、D2%和D98%的计划系统计算结果和ArcCheck 测量结果剂量偏差百分比均＜1.5%，取得了很好的验证结果。

3DVH 系统通过ArcCheck 将加速器执行误差单独提取出来，在假定计划系统剂量分布是准确的基础上再将加速器执行误差叠加进去，重建得到一个新的剂量分布，可以得到靶区和危及器官的详细剂量体积信息，并与计划系统的剂量分布进行比较，得到各靶区和危及器官的真实测量值和计算值之间的剂量误差。从图2可以看出，我院实际治疗时的剂量较计划剂量偏高，且偏高的点大多落在靶区位置，这正是有利于治疗效果的放射治疗计划。

图2 3DVH 计算剂量偏差图

综上所述，3DVH 联合ArcCheck 系统是一种很实用的前列腺癌VMAT 验证工具，不但可以得到平面的γ 通过率，而且可以更准确直观地得出靶区以及危及器官三维结构位置处的实际受量和计划系统理论计算受量的差异，采用3DVH 联合ArcCheck 进行剂量验证，能够为前列腺癌VMAT 放射治疗提供更加全面的安全保障。

［参考文献］

［1］ Otto K. Volumetric modulated arc therapy: IMRT in a single gantry arc[J]. Med Phys, 2008, 35(1): 310-317.

［2］ Bzdusek K, Friberger H, Eriksson K, et al. Development and evaluation of an efficient approach to volumetric arc therapy planning[J]. Medl Phys, 2009, 36(6) : 2328-2339.

［3］ 鄢佳文，高靖琰，刘旭红，等. ArcCHECK 用于VMAT 计划剂量的验证[J].医疗装备，2017，30（5）：26-27.

［4］ 陆佳扬，林珠，陈志坚. 基于Delta4对Truebeam 容积调强放疗（VMAT）计划的验证评估[J]. 中国医学物理学杂志，2013，30（3）：4118-4120，4147.

［5］ Pimthong J, Kakanaporn C, Tuntipumiamorn L, et al. Commissioning and validation of COMPASS system for VMAT patient specific quality assurance[J]. JPCS, 2016, 694(1): 12-25.

［6］ 费召东，李奇欣，柏朋刚，等. 3DVH 系统在鼻咽癌容积旋转调强剂量验证中的应用研究[J]. 医疗装备，2014，27（10）：3-5.

［7］ Rao M, Yang W, Chen F, et al. Comparison of Elekta VMAT with helical tomotherapy and fixed field IMRT: Plan quality, delivery efficiency and accuracy[J]. Med Phys, 2010, 37(3): 1350-1359.

［8］ Morrison CT, Symons KL, Woodings SJ, et al. Verification of junction dose between VMAT arcs of total body irradiation using a Sun Nuclear ArcCHECK phantom[J]. J Appl Clin Med Phys, 2017, 18(6): 177-182.

［9］ Wolff D, Stieler F, Welzel G, et al. Volumetric modulated arc therapy (VMAT) vs. serial tomotherapy, step-and-shoot IMRT and 3D-conformal RT for treatment of prostate cancer[J]. Radiother Oncol, 2009, 93(2): 226-233.