SNC Patient和3DVH软件在乳腺癌和宫颈癌调强放疗计划剂量验证中的应用

阳露，张国前，罗松桂，张书旭

广州医科大学附属肿瘤医院 放疗中心，广东 广州 510095

引言

近年来，随着放疗技术设备的发展，调强放射治疗（Intensity Modulated Radiotherapy，IMRT）已是医用放射治疗加速器中的常规技术[1]。为了保证整个放射治疗过程的安全实施，在病人治疗前，有必要进行病人放射治疗计划的剂量验证工作[2-3]。常用的方法是运用γ分析法比较商用治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）计算和探测器测量的模体剂量分布，其中平面剂量分布测量的较为广泛[4-5]，但是仅依靠平面剂量分布的测量，无法直接知晓靶区和危及器官的剂量误差[6]。之后，三维剂量验证方法逐渐应用于临床[7]，其中涉及的三维剂量验证设备包括 MatriXX-COMPASS（IBA Dosimetry，德国）[8]，Delta4 anatomy（ScandiDos，美国）[9]和ArcCHECK-3DVH (Sun Nuclear Corporation，美国)[10]等。有较多研究已经证明了ArcCHECK-3DVH系统测量的准确性[11-13]。

国内报道了许多ArcCHECK-3DVH系统用于剂量验证的工作，但较多集中在利用SNC-Patient软件分析二维剂量分布[14-16]，也有研究者利用ArcCHECK-3DVH系统进行鼻咽癌、前列腺、食管等部位的三维剂量验证和不同放疗技术对剂量验证的影响等[17-19]，而宫颈癌和乳腺癌的三维剂量验证研究较少，这些患者的靶区和危及器官实际可能获得的剂量无详细的参考值。但是乳腺癌和宫颈癌已成为女性常见的恶性肿瘤，正严重威胁着广大女性同胞的生命健康，且其发病率呈上升趋势。在此类患者治疗之前，结合放射治疗加速器的情况，为临床医生提供病人详细的二维和三维γ通过率及各个器官可能受照剂量值，有助于放射治疗计划的安全执行。因此，本文探讨了SNC Patient和3DVH软件在IMRT计划剂量验证的应用，并针对乳腺癌和宫颈癌进行了深入研究。

1 材料与方法

1.1 病人选取与计划设计

随机选取我院的11例乳腺癌和7例宫颈癌患者。乳腺癌患者年龄在27～56岁之间，中位年龄为41.5岁。宫颈患者年龄在31～65岁之间，中位年龄为48岁。放疗医生利用Pinnacle TPS为上述患者勾画靶区和危及器官，具体信息如表1所示。物理师按照要求设计6 MV IMRT计划。待医生审核通过后，再将每位患者的计划移植至ArcCHECK模体中，重新计算剂量，导出此模体剂量，记作QA plan_RT Dose。

表1 病人资料信息

1.2 仪器设备与软件

将患者治疗计划传输至MOSAIQ系统，通过此系统Elekta Synergy直线加速器以QA模式执行患者的放疗计划，并利用ArcCHECK-3DVH系统进行计划剂量验证。ArcCHECK-3DVH系统包括均匀模体、半导体探测器、SNC Patient和3DVH软件。3DVH软件（V3.3.2）中引入了剂量微扰算法（Planned Dose Perturbation，PDP）[20]，基于此算法该软件能借助均匀模体的测量，计算出患者体内的三维剂量分布，且能与TPS中患者各个靶区和危及器官计算的剂量做对比，为该患者治疗方案的安全实施提供参考。

1.3 测量方法

在完成加速器常规质量控制工作后，为患者进行放射治疗计划的剂量验证。测量步骤如下。

（1）摆位：将ArcCHECK均匀模体插入半导体探测器的空腔中，用专用数据线连接ArcCHECK探测器与SNC Patient软件，调整模体位置，最后使得ArcCHECK探测器表面的十字线与激光灯对齐，模体尾端指示灯长亮且不闪烁。

（2）校准：包括本底测量、矩阵校准和绝对剂量校准。在计划验证之前，启动SNC Patient软件，自动测量本底，本底辐射的测量可为ArcCHECK半导体探测器上的每个探头建立本底校准因子。根据SNC Patient软件的提示，完成矩阵校准和绝对剂量校准。通过矩阵校准过程可消除各个探头之间的响应差异。绝对剂量校准会创建一个剂量校准因子，该因子用于将ArcCHECK相对剂量值转换为绝对剂量值。每台加速器各个能量档均需绝对剂量校准。

（3）测量：导入绝对剂量校准文件，以QA模式执行每个病人的放疗计划，并以.txt和.acml格式保存测量结果。

（4）比较数据：将病人.txt格式的测量数据和QA plan_RT Dose导入SNC Patient软件，并对比；将病人治疗 计 划 的 RT Plan、RT Structures、RT Dose、CT Images、QA plan_RT Dose和.acml文件导入至3DVH软件中，结合PDP算法就可获得测量的重建剂量，进一步分析病人测量与TPS计算的靶区和危及器官剂量差异；对比分析其差异指标包括γ通过率、靶区和危及器官相关剂量参数。γ分析法的条件设置为3 mm/3%，阈值为10%。靶区参考指标为D98%、D2%和Dmean，危及器官主要参考指标为Dmean。3DVH软件中的剂量差异值Diff(%)计算公式为：Diff(%)=|(Dose3DVH-DoseTPS)/DoseTPS|×100%。

1.4 统计学分析

使用SPSS 16.0统计软件分析这18例病人的数据结果，符合正态分布的数据用均数±标准差表示，采用配对t检验，给出对应的t值和P值。而非正态分布的数据用M(Q1,Q3)表示，采用Wilcoxon秩和检验，给出对应的z值和P值。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 乳腺癌患者靶区和危及器官的剂量参数差异

经SNC Patient和3DVH软件获得的11例乳腺癌患者计划剂量验证γ通过率如表2所示。经分析发现SNC Patient获得的γ通过率呈正态分布，可表示为99.27%±0.68%。而3DVH获得的γ通过率不呈正态分布，故可表示为96.10%（95.90%，96.90%）。每位患者的SNC Patient γ通过率均在98.00%以上，且均大于3DVH的γ通过率。

表2 基于SNC Patient和3DVH软件获得的各个乳腺癌患者计划剂量验证γ通过率（%）

基于Pinnacle TPS和3DVH软件获得的乳腺癌患者计划剂量参数差异如表3所示。这些患者计划靶区（Planning Target Volume，PTV）的γ通过率可表示为95.89%±3.06%，均大于90%。PTV对应的D98%、D2%和Dmean采用TPS计算和测量重建剂量存在差异性，差异值范围在3%以内，差异无统计学意义（P＞0.05）。各危及器官的γ通过率大于94%。患侧肺仅V20的差异有统计学意义（P＜0.05），差异值近似为2.24%±1.24%，差异值小于5%。健侧肺和心脏各自经TPS和3DVH获得的Dmean存在差异性，差异有统计学意义（P＜0.05），最大差异值小于10%。

表3 基于Pinnacle TPS和3DVH软件获得的乳腺癌患者计划剂量参数差异

2.2 宫颈癌患者靶区和危及器官的剂量参数差异

经SNC Patient和3DVH软件获得的7例宫颈癌患者计划剂量验证γ通过率如表4所示。研究发现SNC Patient γ通过率不呈现正态分布，故表示为99.50%（98.90%，99.60%）；3DVH γ通过率呈现正态分布，可表示为97.19%±1.64%。每位患者的SNC Patient γ通过率均在97.4%以上，且均大于3DVH的γ通过率。

表4 基于SNC Patient和3DVH软件获得的各个宫颈癌患者计划剂量验证γ通过率（%）

表5详细描述了基于TPS和3DVH获得的宫颈癌患者靶区和危及器官剂量参数结果。计划淋巴肿瘤区（PGTVnd）的γ通过率近似为97.45%±2.97%，每位患者PGTVnd的γ通过率大于93%。计划临床靶区（PCTV）仅1人91%，其余均为94.5%以上，γ通过率近似为95.51%±2.58%。综上，靶区最小通过率为91%。经TPS和3DVH计算的靶区中仅PCTV对应的D98%差异有统计学意义（P＜0.05），最大差异值小于3%。各危及器官的γ通过率大于90%。直肠仅V50剂量差异有统计学意义（P＜0.05），差异值可近似为7.83%±1.32%。膀胱V45、V50和Dmean剂量差异有统计学意义（P＜0.05），V50最大差异值小于10%，V45和Dmean最大差异值小于5%。股骨头V30和Dmean最大差异值小于3%，差异无统计学意义（P＞0.05）。

表5 基于Pinnacle TPS和3DVH软件获得的宫颈癌患者计划剂量参数差异

3 讨论

放射治疗是癌症患者治疗的主要方法之一，在患者接受放射治疗之前，IMRT计划的剂量验证对患者的治疗具有重要意义。临床常采用二维探测器矩阵验证IMRT患者剂量，虽然一定程度上保证了剂量的准确性，但通过这种方式我们并不能知晓患者实际治疗过程中每个靶区和危及器官可能接受的剂量。已有较多针对鼻咽癌、前列腺等肿瘤的三维剂量验证研究[17-20]，而乳腺癌和宫颈癌患者的三维剂量验证研究较少。所以，本研究对乳腺癌和宫颈癌IMRT计划进行了三维剂量验证，结果中不仅包含常用SNC-Patient软件给予的γ通过率，还包括3DVH软件提供的γ通过率，患者靶区和危及器官剂量及剂量差异。这有利于提前解决患者在治疗过程中可能会遇到的问题，并让放疗医生更为全面地了解患者器官接受的剂量。

本研究利用SNC Patient和3DVH软件获得了乳腺癌患者计划验证γ通过率（3 mm/3%，阈值为10%），分别为99.27%±0.68%，96.10%（95.90%，96.90%），此数据表明将患者的治疗计划移植至ArcCHECK均匀模体上，Pinnacle TPS和3DVH计算的剂量存在差异性，但满足临床要求。3DVH软件分析得出的γ通过率低于SNC Patient通过率，是因为3DVH软件不仅考虑了均匀模体，还考虑了患者的解剖结构。乳腺癌患者PTV的γ通过率近似为95.89%±3.06%，由TPS和3DVH获得的PTV对应D98%、D2%和Dmean差异值范围在3%以内，且不具有统计学意义，说明采用TPS计算PTV和经3DVH测量重建的PTV剂量符合较好。各个危及器官的γ通过率大于94.00%。患者肺剂量参数较多，但是仅V20的差异值具有统计学意义，TPS计算的V20和3DVH提供的V20差异值可近似为2.24%±1.24%，差异值小于5%。健侧肺的Dmean差异值和心脏Dmean差异值小于10%，具有统计学意义。研究发现TPS计算和测量的健侧肺差异值稍大，是因为健侧肺绝大部分体积未受到照射，这样被计入比较差异的肺样本量少，误差相对靶区会大。也可能是TPS计算此类情况下，肺的剂量计算模型与测量存在较大误差。心脏也存在类似被照射样本量少的情况，另外发现绝大部分患者的心脏差异值较大的点处于探测器边缘。综上，发现测量点处于探测器边缘，该点的剂量存在较大误差，这进一步验证了吴仕章等[4]利用Mapcheck进行乳腺、盆腔和头颈部等肿瘤患者的计划剂量验证时，发现γ通过率与剂量采集最大面积具有相关性。

本研究还利用SNC Patient和3DVH软件获得了宫颈患者计划验证γ通过率(3 mm/3%，阈值为10%)，分别为99.50%（98.90%，99.60%），97.19%±1.64%，满足临床剂量验证要求。靶区仅PCTV对应的D98%差异值具有统计学意义，最大差异值小于3%。虽然TPS计算和3DVH测量重建的宫颈靶区剂量存在差异，但是差异值较小，在临床可接受范围内。直肠的γ通过率大于90%，膀胱和股骨头的γ通过率均大于95%。直肠仅V50剂量差异值存在统计学意义，差异值可近似为7.83%±1.32%。膀胱V45、V50和Dmean剂量差异值均存在统计学意义，V50最大差异值小于10%。股骨头V30和Dmean最大差异值小于3%，不存在统计学意义。研究表明危及器官的通过率不及靶区高，且差异性相对靶区更大，这与靶区在射野内而较大份额危及器官避开射野有关，使得TPS计算靶区剂量的模型相较于危及器官而言更准确。另外也存在较多差异值处于探测器边缘。

本研究用SNC Patient软件验证乳腺和宫颈患者计划验证γ通过率在95%以上。鄢佳文等[21]和张晋建等[22]利用ArcCHECK系统配备的SNC Patient软件，也进行了乳腺癌和宫颈癌等剂量验证，获得的γ通过率在90%以上，但均无法获知靶区和危及器官的剂量情况。本研究之后紧接着采用3DVH软件进一步靶区和危及器官的剂量分析，有利于患者放射治疗计划的安全实施。本文也存在一些不足之处，如宫颈样本数据量有限，但为了保持数据的一致性，减小机器运行误差，这一批数据均在同次机器刻度下完成。另外由于3DVH软件存在一些系统故障，使得同批次测量的某些宫颈数据无法导入3DVH软件，故未计入宫颈样本量。

综上所述，借助SNC Patient 软件可初步比较ArcCHCK模体中TPS计算和测量剂量的分布差异，而3DVH软件可进一步提供病人靶区和危及器官详细的剂量参数信息，有助于病人治疗计划的安全实施和放疗医生的临床决策。