Dolphin 在调强放射治疗计划三维剂量验证中的应用

陈俊颖，夏火生，赵剑，王莉新

北京燕化医院放疗科 （北京 102500）

剂量验证是调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）质量控制的关键环节。在放射治疗计划执行之前，必须通过验证设备对治疗计划剂量分布进行模拟验证，只有达到预设的通过率方可实施治疗，从而确保放射治疗的安全性与准确性。随着科技的发展，放射治疗的验证设备不断地更新升级。Dolphin 验证设备是IBA 公司近年来新推出的三维剂量验证系统，已在国内外得到应用，但国内未有相关应用的研究报道。我院已于2019年8月引进该设备，并将其与Compass 软件结合，配合医科达Infinity 直线加速器开展放射治疗剂量验证。本研究结合我院放射治疗科的应用体会，对Dolphin 在IMRT 计划三维剂量验证中的应用价值进行初步探讨，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 设备材料

瑞典医科达I n f i n i t y 直线加速器，医科达Monaco5.1治疗计划系统、MOSAIQ系统；比利时IBA公司的Dolphin和Compass软件。其中，Dolphin可被直接挂在加速器机头，且加速器机头发出的射线可直接通过Dolphin的电离室被探测器探测到形成射线输出的通量，随后Compass软件通过Dolphin测量到的射线通量根据蒙卡算法反推出剂量在患者CT图像上的实际剂量分布以及剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH），并和导入的计划剂量进行对比分析；与传统的二维、三维矩阵不同，Dolphin内置角度传感器采用无线模式，无需电缆，拥有40 cm×40 cm的全射野输出测量范围，因直接挂机头，故无需摆位且可在无线模式下直接测量计划剂量。

1.2 计划设计

随机选取我院2020年1—8月收治的15例肿瘤患者，其中5例头颈部肿瘤患者，对其采用的计划方式为容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）顺时针180°到30°，逆时针30°到180°往返半弧（图1为机架角度示意图），评价的正常组织器官主要为脊髓、腮腺、下颌骨、喉咽等；5例肺部肿瘤患者，对其采用的计划方式为动态IMRT，评价的正常组织器官主要为脊髓、全肺、心脏等；5例盆腔部肿瘤患者，对其采用的计划方式为VMAT 往返全弧，评价的正常组织器官主要为左右股骨头、 膀胱、直肠、小肠等。

图1 直线加速器机架角度示意图

1.3 方法

将临床医师审批合格后的计划经MOSAIQ 系统排程传至加速器，同时将计划通过U 盘拷贝并导入Compass 软件；将Dolphin 直接挂到加速器机头，然后将加速器机架和小机头均转至0°，打开Dolphin 电源；打开电脑中的Beam Commission 软件并连接无线，在确保几何校准和剂量校准（平均每一两个月校准1次即可）无误的情况下，加速器在Service 模式下打开40 cm×40 cm 的射野给500跳剂量并对Dolphin 预热测本底；待预热测完本底后，加速器进入临床模式，计划在MOSAIQ 系统中的质量保证（quality assurance，QA）模式下直接出束并进行剂量测量，然后将每例患者的测量结果保存到文件中；将通过Dolphin 测量的实际剂量文件导入Compass 软件，同时将用U 盘拷贝的计划通过Compass 软件也导入进来，经Compass 软件实现照射野通量剂量在患者CT 图像上的剂量分布，反映患者三维解剖结构上的真实受照情况，最终对比分析Dolphin 实测剂量与计划剂量的DVH 及三维Gamma（3%，3 mm）值。

2 结果与分析

Dolphin 实测剂量与计划剂量在患者定位CT 图像上的三维剂量分布基本一致（以图2、3为例），DVH 基本吻合（以图4为例）；Dolphin 实测剂量与计划剂量靶区及正常组织器官的体积Gamma 差异值均＜5%，即Gamma 通过率均＞95%，D99差异值＜5%，Dmean差异值＜3%，D1差异值＜3%（表1），在临床上，计划通过率＞95%时即可应用于临床治疗。其中，VMAT 计划普遍比动态IMRT 计划的Gamma 差异值稍大，分析原因为VMAT 技术相比动态IMRT 技术增加了角度自由度，投照过程机架角度随着控制点改变，多叶准直器同时进行变化，增加了复杂程度。

表1 Dolphin 实测剂量与计划剂量的差值及Gamma 通过率（%）

为对Dolphin 的计划验证结果进行说明，现对1例肺部肿瘤患者的计划验证结果展开介绍，患者的总肺大小为3 792.905 cm3，临床医师勾画的计划靶区中的同步推量区大小为304.638 cm3，计划靶区大小为728.453 cm3；计划为同步推量，处方剂量为计划靶区中的同步推量区58.00 Gy，计划靶区52.20 Gy，次数为29次。图2～5分别为患者Dolphin 实测剂量由Compass 软件分析并与治疗计划系统（treatment planning system，TPS）计划剂量进行对比分析的直观图，由图2与图3对比可知，该肺部肿瘤患者TPS剂量分布与Dolphin 实测剂量分布基本一致；由图4 可知，TPS 剂量DVH 与Dolphin 实测剂量DVH 基本吻合；由图5 可知，该患者验证结果的Gamma 差异值均＜1%，通过Gamma 通过率=100%-Gamma 差异值计算，得出Gamma 通过率＞99%，符合Gamma 通过率＞95%的临床要求。

图2 1例肺部肿瘤患者的计划剂量在横断面的分布

图3 1例肺部肿瘤患者用Dolphin 测量并通过Compass 软件重新计算剂量在横断面的分布

图4 1例肺部肿瘤患者计划剂量（虚线）与实测重建剂量（实线）的DVH 对比图

图5 1例肺部肿瘤患者计划剂量验证通过结果

3 讨论

随着放射治疗设备的更新和技术的发展，动态IMRT 和VMAT 技术日臻成熟与普及。与此同时，临床对靶区剂量的精确性和正常组织器官的剂量限制提出了更高的要求，即对物理师的工作提出了更高的要求，其不仅应设计出科学的治疗计划，还应保证治疗计划被准确有效地实施到放射治疗中，这必须通过剂量验证系统来实现，因此，治疗计划剂量验证成了放射治疗质量控制的重要环节[1]。

大部分医院使用的二维剂量验证系统和三维剂量验证系统，如Mapcheck[2]和Arc check[3]，需要将计划移植到模体重新进行计算，验证时实际设备出的射线束是移植到模体上的计划，得到的也是在模体上的剂量分布情况，且二维剂量验证系统的验证计划还需将机架角度均归为0°；而应用Dolphin 进行剂量验证时的治疗计划无需重新进行计算，只需将治疗计划在MOSAIQ 系统中以QA 模式出束即可，然后将测量到的剂量通过Compass 软件重新计算反推到患者的定位CT 图像上，可直观地分析实际剂量在患者CT 图像上的真实分布情况。同时，Dolphin 拥有40 cm×40 cm 的全射野输出测量范围，当靶区较大时，传统的剂量验证系统可能受模体可测量范围大小的限制，不能测量到全部的辐射剂量，会丢失靶区部分体积的剂量，只在可测量的范围内形成剂量分布，不能全面反映靶区所有真实的剂量分布；而Dolphin 拥有全射野输出测量范围，因此在大靶区病例的应用中显示出明显的优势，且Dolphin 与Compass 软件结合[4-8]，可直接反映出实测剂量在患者定位CT 图像上真实的三维剂量分布情况，从而帮助临床医师和物理师直观地了解靶区和感兴趣组织器官的具体剂量分布，以及通过DVH 和三维Gamma 值进行直观地对比分析。此外，Dolphin 是以无线连接模式进行工作，当进行计划剂量验证时可直接将设备挂在加速器机头上，因此无需摆位，只需在机架和小机头均处于0°状态时打开电源即可连接软件的测量系统，省去了传统剂量验证系统对模体进行摆位和连接各种线揽的烦琐过程，极大地提高了物理师的工作效率，避免了模体摆位可能产生的误差，且用Dolphin 定期验证同一个计划，通过对比分析每次的验证结果还可监测设备的运行状态。

综上所述，Dolphin 不受靶区大小的限制适用于多种部位肿瘤的计划验证，即使肿瘤靶区较大也能测量到靶区的全部计划剂量，与Compass 软件结合可直观地反映出剂量的实际分布情况，且Dolphin 的应用简单方便，在IMRT 计划验证中可以很好地发挥作用，保证肿瘤患者的放射治疗安全。