基于Edose 系统的鼻咽癌调强放疗三维剂量验证

李政欢，成 媛，孔繁图，陈露茜，董 洁，严华梅*

（1.中山大学附属第三医院肿瘤放射治疗科，广州 510630；2.亳州宝璋医院放疗科，安徽亳州 236700）

0 引言

鼻咽癌是中国华南地区常见的恶性肿瘤，在每10 万人中就有15～50 人患有该病[1-3]。鼻咽癌的主要治疗手段是放疗[4]。调强放疗（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）根据肿瘤形状以及解剖结构情况设置约束条件，然后进行剂量优化，使形成的剂量分布与靶区形状一致，在增加肿瘤剂量的同时尽量降低周围正常组织的受照剂量，目的是提高治疗增益比[5-7]。IMRT 计划由于剂量梯度大，治疗过程涉及环节较多，射野内的剂量分布不均匀，因此，治疗前必须对IMRT 计划进行剂量验证，保证放疗剂量的准确性。IMRT 在临床上的应用越来越广泛，更加凸显了个体化的剂量学验证的重要性[8-9]。

Edose 系统的剂量主要依靠加速器自带的电子射野影像系统（electronic portal imaging device，EPID）进行测量，该系统应用最初用来解决临床上射野位置偏差和患者摆位准确性验证的问题。由于EPID具备获取图像速度快、分辨力高的特点，并且拥有良好的剂量响应特性[10-11]，具备优良的剂量测定特性，因此越来越广泛地应用于临床IMRT 剂量验证[12-13]。EPID 用于剂量验证的发展结果是剂量引导放疗，实现三维的剂量验证，最终实现自适应剂量引导放疗[14]。本研究利用Edose 系统的三维重建剂量和实测重建剂量分析功能，对鼻咽癌IMRT 计划的Gamma 通过率进行分析，并对靶区和危及器官单独进行剂量、体积参数分析，深入探讨Edose系统在鼻咽癌IMRT剂量验证中的作用和意义。

1 资料与方法

1.1 患者资料

随机选取2020 年2—10 月接受IMRT 的17 例鼻咽癌患者。纳入标准：年龄18～75 岁，经病理确诊为鼻咽癌，心脏、肝肾、骨髓等功能基本正常，可耐受放疗。排除标准：患者KPS 评分小于70 分，无法配合治疗者。纳入患者临床分期T1 期6 例，T2 期7 例，T3期4 例，年龄21～73 岁，平均年龄52 岁。

1.2 仪器和设备

采用的仪器和设备包括Elekta Synergy 加速器，Edose 剂量验证系统，Simens Somatom Definition 大孔径CT 模拟机，Elekta Monaco V5.11 治疗计划系统。

1.3 CT 图像扫描

所有患者扫描方式均为平扫加增强，扫描层厚为3 mm，扫描范围为颅顶至锁骨头下2 cm。采用头颈肩热塑体模结合发泡胶固定，患者呈仰卧位，头朝机架。所有CT 图像重建后的图像传输至Monaco治疗计划系统。在平扫CT 图像中完成靶区和危及器官勾画并进行IMRT 计划设计，计划设计完成后将IMRT 计划、CT 图像和解剖结构等传输至Edose系统。

1.4 靶区和危及器官的勾画

靶区和危及器官定义参考《2020 年鼻咽癌诊疗指南》，肿瘤靶区（gross tumor volume，GTV）包括影像及内镜检查可见的原发肿瘤部位（GTVnx）以及影像和临床检查可见的肿大淋巴结（GTVnd）。临床靶区（clinical target volume，CTV）包括临床靶体积与高危区域的临床靶体积（CTV1）以及需要预防照射的低危区（CTV2）。GTVnx、GTVnd、CTV1、CTV2分别外扩3 mm得到计划靶区（planning target volume，PTV），依次定义为PTVnx、PTVnd、PTV1、PTV2。危及器官勾画包括脊髓、脑干、晶体、眼球、视神经、视交叉、垂体、腮腺等。

1.5 计划设计与剂量学差异比较

采用动态调强优化方式，采用蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）算法计算剂量，控制点统计不确定度为2%，计算网格为3 mm，单野控制点数为20，射线能量为6 MV，计划设置9 个共面射野，角度为160°、120°、80°、40°、0°、320°、280°、240°、200°。物理参数设置为Surface Margin（体表内缩）：0.3 cm，Beamlet Width（射束宽度）：0.5 cm，Min Segment Width（最小子野宽度）：0.6 cm。

采用Edose Version 2.1[16]商用软件分析Gamma值。测量时放射源到EPID 平板的距离为160 cm，出束前对EPID 平板进行本底测量和增益校准，消除探测器内部的暗电流，保证所有测量点响应的一致性和剂量图像的采集质量。Edose 系统根据测量的剂量图像利用反卷积和卷积算法在患者的CT 图像中重建患者体内的三维剂量分布，并与Manoco V5.11 治疗计划系统计算的三维剂量分布进行比较，得到3%/3 mm、3%/2 mm 和2%/2 mm 标准下的Gamma 通过率，剂量阈值设为10%。

1.6 统计学方法

2 结果

表1、2 分别为17 例鼻咽癌患者PTV 和危及器官的Edose 系统重建剂量和实测剂量的比较。表1中各PTV 的D%都在2%以内，所有PTV 的D98的P 值均大于0.05，差异无统计学意义，除PTVnd的D2外，其余各参数的P 值均小于0.05，差异有统计学意义。除了PTV2的靶区覆盖率差异有统计学意义外（P=0.043），其余靶区的靶区覆盖率差异均无统计学意义。表2 中危及器官的D%较PTV 的差异大，D%最大的为小体积的晶体，可达（12.47±7.43）%，其次是眼球[（10.29±7.74）%]，其余各危及器官的D%均在5%以内。3%/3 mm、3%/2 mm 和2%/2 mm 的Gamma 通过率分别为（99.20±0.63）%、（98.61±0.86）%和（96.39±1.89）%。图1（a）、（b）分别为鼻咽癌靶区和危及器官的剂量散点对比图，靶区的Edose 系统重建剂量与Edose 系统实测剂量的偏差并不大，几乎重合。图2（a）、（b）分别为Edose 系统计算的患者CT 图像三维剂量分布和剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH），只有小体积的晶体和眼球这2 个器官的Edose系统重建剂量与实测剂量的偏差较大，呈明显的分开状态。结合表1 和表2，表明大部分组织的重建剂量会比实测剂量偏低，但是在小体积组织中体现较为明显，比如晶体和眼球。

图1 鼻咽癌靶区和危及器官的剂量散点对比图

图2 Edose 系统计算的患者CT 图像三维剂量分布和DVH

表1 17 例鼻咽癌患者PTV Edose 系统重建剂量R 和实测剂量E 的比较

表2 17 例鼻咽癌患者危及器官Edose 系统重建剂量R 和实测剂量E 的比较

3 讨论

目前，IMRT 计划的质量保证（quality assurance，QA）验证都是利用验证系统计算的Gamma 通过率数值高低来判断计划是否通过（大于90%认为计划通过），但是Gamma 通过率只是评估机器执行的计划与治疗计划系统计算计划之间的整体符合度，并不能给出临床感兴趣结构的具体剂量差异，反而会降低治疗QA 的临床意义[17]。Edose 系统的剂量验证是根据测量透过患者的剂量反推患者体内的剂量，相对应用模体测量机器的输出剂量更加准确[18]。

AAPM TG-119 报告认为，在3%/3 mm 条件下，计划合格标准是要求Gamma 通过率超过90%[19]。但是，Gamma 通过率的评价不具备很强的临床相关性，即在评判计划合格的同时并不具备比较Gamma通过率与靶区和危及器官的DVH 剂量偏差（D%）的关系。照射区域内肿瘤的照射剂量差异应小于处方剂量的±5%，如果肿瘤剂量偏离最佳剂量，可能出现肿瘤原发灶局部复发或治疗副反应增加，从而降低治疗获益，导致肿瘤治疗失败[8]。本研究中部分PTV和危及器官的DVH 剂量分布比较结果存在明显差异。3%/3 mm 与3%/2 mm 标准的Gamma 通过率超过95%，2%/2 mm 标准的Gamma 通过率超过90%，均符合临床要求；PTV 的剂量偏差均在2%以内，但有部分危及器官的剂量偏差超过3%，偏差最大的是晶体，其次是眼球。晶体和眼球这2 个结构在鼻咽癌中属于小体积解剖结构，体积小的解剖结构造成的剂量偏差会比体积大的解剖结构更大[20]。

对于小体积的解剖结构而言，一方面，是因为其解剖体积太小，较小的剂量偏差就可引起DVH 上的较大差异。另一方面，由于探测板探测器间距较大，空间分辨力不够精细，导致射野边界出现低剂量点，从而造成靶区边缘的DVH 重建剂量小于治疗计划系统的计算剂量[21]。本研究中偏差最大的晶体和眼球都是距离皮肤较近的结构，出现超过5%的差异，这是由于Edose 系统对于皮肤下表浅区域剂量的修正效果较差，从而导致剂量差异偏高，Huang 等[16]的研究也得出相似结果。另外由于解剖结构体积小，多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）到位精度、机架旋转精度、剂量准确度等因素对小体积结构的剂量影响更大[22]。由于鼻咽癌患者的脑干、视交叉等组织距离靶区非常近，周围的剂量梯度非常大，即使较小的偏差就可能造成很大的剂量偏差。但本研究病种单一，下一步应考虑扩大病种的研究范围，比如肺癌、宫颈癌和乳腺癌等高发病种，研究这一现象是否在其他病种中也存在相同的规律。

综上所述，仅依靠Gamma 通过率的比较有时并不能完全反映治疗计划是否符合临床治疗的要求，需要全面评估基于三维影像解剖结构的剂量误差对临床计划执行的影响，从而为治疗计划的QA 提供更充分的参考依据。