基于EPID宫颈癌IMRT验证的不同Gamma通过率参数影响分析

郑旭亮，邢晓汾，崔桐，张军，彭金鑫

山西省肿瘤医院放疗技术室，山西太原030013

前言

国内放疗患者的常规剂量验证方式是将患者的治疗计划移植到水模体或组织等效模体,采集数据，并与相应计划数据进行比较。临床上有多种剂量验证方法，如使用指形电离室测量点剂量，胶片［1-4］、二维电离室矩阵（MatriXX）、二维半导体矩阵（MapCHECK）［5-6］测量平面剂量，Compass、Delt4、非晶硅电子射野影像系统（Electronic Portal Imaging Device,EPID）［7］测量三维剂量。近年来，不管是使用二维电离室矩阵或EPID等验证工具，多采用3%/3 mm标准Gamma 分析评估放疗验证计划的通过率，通过率满足计划验证要求即可实行放疗［8-9］。经过相关应用测试，EPID可有效应用于临床剂量验证，具有较好的临床应用价值［10-11］。本研究使用Varian EPID 作为验证工具，分析Portal Dosimetry（PD）软件不同参数下宫颈癌计划的EPID Gamma通过率，为今后的临床及计划验证工作制定相应的Gamma通过率标准与限值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

随机选取山西省肿瘤医院放疗技术室80 例宫颈癌术后放疗患者，中位年龄42岁，病理分期均为中晚期，其中T2期29例、T3期36例、T4期15例。80例患者随机平均分到两台同型号加速器上进行治疗。

1.2 材料和设备

CT定位使用荷兰Philips Brilliance Big Bore；治疗计划系统为美国Varian Eclipes 13.5；加速器选用Varian Unique-1、Varian Unique-2，X射线能量6 MV；图像采集设备为aS1000型EPID，有效探测范围（30×40）cm2，像素768×1 024，像素大小0.39 mm×0.39 mm；分析软件为Eclipes软件模块PD系统。

1.3 CT扫描及IMRT计划制订

患者取仰卧位，腹部热塑型体模固定，行CT 扫描（层厚3 mm），图像以DICOM 格式通过Varian网络传入Eclipse 计划系统。由同一主任医师勾画靶区与危及器官，随后固定一位资深物理师应用各向异性分析算法制订宫颈癌术后放疗7 野三维适形调强（Intensity-Modulated Radiotherapy, IMRT）计划，角度取0°、52°、104°、156°、208°、256°、308°，放疗剂量46 Gy，单次剂量2 Gy，剂量率600 MU/min。

1.4 使用EPID进行IMRT验证及图像采集

使用Eclipse 13.5 计划系统创建患者PD 验证计划，设置源到EPID 探测器距离SID=100 cm、机架角度（Gan）和准直器角度同治疗计划一致。通过剂量预测软件（Portal Dose Image Prediction,PDIP）获得预测剂量图像。

执行验证计划前，对加速器输出量进行校准，测试机架、多叶准直器到位精度，EPID位置以及成像精度，保证行本实验的两台加速器相关参数基本一致。在加速器上执行PD验证计划时，EPID需伸展到位且射束方向无遮挡，照射获得每个射野验证图像，数据自动上传到Eclipse PD系统并保存。

1.5 PD验证计划的Gamma通过率

通过PD 系统，对比各角度验证图像与预测图像剂量分布差异，并取所有角度的Gamma 通过率和的平均值为该验证计划的整体Gamma 通过率，分析验证结果。参数（标准剂量差异、距离符合度）设置为1%/1 mm、2%/2 mm、3%/3 mm，剂量阈值设置为10%。 分析条件包括Global Gamma Evaluation（PD_Global）和Local Gamma Evaluation（PD_Local）。PD_Global 和PD_Local 为Varian PD 软件的相关选项，通常情况下，较为常用的是PD_Global。Global简单表述即为两点间差值与处方剂量的比值；Local 则为两点间差值与该点剂量的比值，因此高剂量区两点差值越大比值越低，或者剂量越低的区域比值越低，所以PD_Local 在射线边缘、低剂量区、子野衔接处、叶片缝隙等位置有更高的敏感性。

1.6 统计学分析

所采集数据利用SPSS19.0 软件进行统计学分析，统计结果以均数±标准差表示。PD验证计划各角度Gamma 通过率比较使用单因素方差分析与配对t检验。Unique-1、2各角度Gamma通过率比较使用多因素方差分析。加速器间整体Gamma通过率比较使用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PD验证计划的Gamma通过率

EPID 采集各角度剂量图像560 例，获得不同设置参数的数据3 360 个。使用PD 软件分析各角度照射野平面剂量分布时，选取PD_Global、PD_Local 的Gamma 评估参数，分别为PD_Global/PD_Local（3%/3 mm、2%/2 mm、1%/1 mm）。EPID 验证计划各角度Gamma通过率见表1、表2。

表1 Varian Unique-1 EPID验证计划各角度Gamma通过率（%）Tab.1 Gamma passing rate of each gantry angle of Varian Unique-1 EPID verification plan(%)

表2 Varian Unique-2 EPID验证计划各角度Gamma通过率（%）Tab.2 Gamma passing rates of each gantry angle of Varian Unique-2 EPID verification plan(%)

2.2 PD验证计划各角度Gamma通过率的分析

经单因素方差分析，比较同一台加速器各角度之间Gamma通过率。选择PD_Global 3%/3 mm，各角度之间对比差异不显著，Unique-1（F=1.214,P=0.300）、Unique-2（F=0.784,P=0.584）；在选择其他参数时，P＜0.05表示差异有统计学意义（表3）。

表3 不同参数设置下各角度间Gamma通过率分析Tab.3 Analysis of Gamma passing rates between angles under different parameter settings

经配对t检验，参数为PD_Global（2%/2 mm、1%/1 mm）时比较同一台加速器各角度的Gamma 通过率。当Gan=0°时，Gamma 通过率最高，与其他角度差异显著（P＜0.05）；当Gan=104°或256°时，Gamma通过率较低，且与其他角度差异显著（P＜0.05），但Gan=104°与Gan=256°相互间差异不显著（P＞0.05）；当Gan=52°、156°、208°、308°时，它们相互间差异不显著（P＞0.05）。设置条件为PD_Local（3%/3 mm、2%/2 mm、1%/1 mm）比较同一台加速器各角度：当Gan=0°时Gamma 通过率低，与其他角度差异显著（P＜0.05），剩余角度之间差异不显著（P＞0.05）。Gan=0°时的验证图像、PD_Global 3%/3 mm 和PD_Local 3%/3 mm 下的Gamma通过率图像示例见图1、图2。

图1 验证图像及EPID采集图像Fig.1 Verification image and image obtained by EPID

图2 PD_Global 3%/3 mm和PD_Local 3%/3 mm下的Gamma通过率图像Fig.2 Gamma passing rate images under PD_Global 3%/3 mm and PD_Local 3%/3 mm

将同一参数下Gamma通过率数据整合，经多因素方差分析，两台加速器的Gamma通过率差异显著（P＜0.05），任意相同角度之间比较，只有PD_Global 3%/3 mm参数下Gamma通过率差异不显著（P=0.080）（表4）。

表4 相同参数设置下同角度Gamma通过率分析Tab.4 Analysis of Gamma passing rate at the same angle and the same parameter setting

2.3 两台加速器间PD整体Gamma通过率的分析

经配对t检验，PD 验证计划设置条件为PD_Global 1%/1 mm、PD_Local 1%/1 mm时，Unique-2的Gamma 通过率高于Unique-1（P＜0.05），差异显著具有统计学意义（表5）。

表5 两台加速器间整体Gamma通过率的分析Tab.5 Analysis of the overall Gamma passing rates between two accelerators

3 讨论

IMRT 技术使靶区得到较高、较均匀的辐射剂量，并使周围正常组织和器官避免受到不必要的照射，IMRT 实施剂量准确与否关系到治疗的最终效果，为保证治疗的安全可靠，必须进行准确的剂量学验证。国内外对剂量验证方法已经有许多研究，二维电离室矩阵与EPID应用较为广泛［12-14］。

EPID能够检测大多数多叶准直器和较大的准直器误差，并且对误差的敏感度取决于Gamma容差限值［15］。本研究表明使用EPID验证，选择PD_Global 3%/3 mm参数Gamma 通过率最高，Unique-1、2 分别为96.91%±2.27%、98.62%±1.29%。多个实验表明EPID于各角度的Gamma通过率测量都可以达到平均95%以上或者更高［16-18］。在讲究效率的常规验证工作中，PD_Global 3%/3 mm条件下测得数据已经能够满足要求，继而快速执行放疗。但是通过统计学分析，PD_Global 3%/3 mm参数下各角度之间Gamma通过率没有显著差异。而参数设置为PD_Global（1%/1 mm、2%/2 mm）时，其中Gan=0°的Gamma 通过率最高，Gan=104°、256°时Gamma通过率相对较低。重力对多叶准直器到位精度确有影响［19-20］，但是否体现在相对严格的Gamma通过率中还需进一步检验，能否通过调整小机头角度使得多叶准直器运动方向和机架角度垂直以此提高Gamma通过率是我们下一步工作的方向。考虑到验证有两方面需求，一是保证患者治疗精确可靠，二是发现验证工作中的问题，改进方法。综合上述两种情况，笔者认为引进更严格的参数，建立更适合的限值条件，是下一步验证工作的重点。

本实验发现参数设置为PD_Global/PD_Local（1%/1 mm、2%/2 mm）时，Unique-1、2相同角度之间的Gamma通过率有差异；参数为PD_Global/PD_Local 1%/1 mm时，Unique-2的Gamma通过率高于Unique-1且具有统计学意义，在前期对加速器、EPID进行相关质控以及调试使得两台加速器相关参数指标良好的前提下，Unique-2的状态稳定性更加优秀。加速器的性能状态在倡导精确放疗的背景下是不容忽视的，相同计划在一台性能相对较差的设备上对患者实施治疗所产生的长远影响是不能完全评估的，需要更加严格地进行设备的质控。

从临床角度来看，PD_Global/PD_Local Gamma Evaluation的区别在于关注的区域不同，PD_Global更关心高剂量区，PD_Local则把关注点放在了低剂量区。本研究选取宫颈癌7野均分计划，在Gan=0°剂量平面内的低剂量区域更多，Gamma 通过率最差。因此PD_Local的Gamma通过率取决于射野内低剂量区域的面积，并且PD_Local较PD_Global更加严格，Gamma通过率在同一参数条件下低很多。在临床实践中，医师可能会更关注高剂量区域或者50%最大点剂量范围内的误差，往往忽略低剂量区。在本研究病例中，低剂量区域通常包括小肠、膀胱等正常组织，当需要评估该区域是否具有临床意义时，应考虑将PD_Local Gamma Ecaluation纳入验证流程。在严谨的验证工作中，需要将射野范围内的所有区域都进行相关评价，并且通过大量数据累积得出可靠的PD_LocalGamma通过率限值。

综上所述，在EPID应用越来越广泛的同时，需要增加对射野影像装置、机架角位移、多叶准直器到位精度等设备参数的检测频率，并且通过大量数据的累积与临床相结合，针对不同部位的肿瘤加入相关的分析条件，制定更严格的Gamma通过率标准与限值，促使放疗更加精确。