SunCHECK软件在调强放疗计划剂量验证中的应用

齐洪志，杨玉刚，郝洁，许林，尚革

新疆医科大学第一附属医院肿瘤中心，新疆乌鲁木齐 830054

前言

在现代放疗模式中，患者质量保证（Quality Assurance,QA）过程的重要性毋庸置疑，尤其是在调强放疗（Intensity-Modulated Radiotherapy,IMRT）和容积旋转调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT）中，辐射光束是通过多叶准直器（Multi-leaf Collimator,MLC）而形成的一类复杂投照技术［1］。目前通用的剂量验证方法是采用电离室、感光胶片或电离室和半导体探测器阵列与等效水模体来创建计算测量模型［2-6］，并使用Gamma分析方法比较测量剂量与计算剂量的结果［7］。虽然这种基于模型的放疗计划验证方法具有测量模体内实际剂量的优点，但这种方法也存在一定的局限性。首先，基于模型QA的一个主要缺点是验证计划是在均匀模体上生成的，这不能反映患者照射部位内的组织不均匀性。其次，当患者放疗计划的QA结果不满足Gamma通过率的标准时，无法确定导致验证失败的具体原因［8］。此外，在使用传统的基于模型的放疗计划验证方法时，无法评估剂量体积的变化，即剂量体积直方图（Dose-Volume Histogram,DVH）的变化［9-10］。

SunCHECK 软件使用直线加速器后台产生的日志文件或电子射野影像设备（Electron Portal Imaging Device,EPID）获得MLC 叶片的具体位置，或者使用EPID 获取每个照射野的照射通量，然后使用这些数据来计算患者CT 图像上的剂量分布。这种QA 方法的主要优点是能够计算患者照射部位几何结构上产生的剂量分布，并通过Gamma 分析方法来计算Gamma 通过率，获得更具临床相关性的DVH 变化［11-12］。此外，通过对比原始放疗计划，还可以检测MLC位置错误，从而提供有关QA失败的可能原因的有用信息［13-14］。因此，本研究主要探讨SunCHECK软件在IMRT计划验证中的应用。

1 资料与方法

1.1 患者资料

选取新疆医科大学第一附属医院2021年治疗的40 例不同部位肿瘤患者，其中Varian Eclipse 和Elekta Monaco 各20 例。此40 例放疗计划在患者治疗前均已使用ArcChenck三维剂量验证仪进行验证，Gamma通过率达到国家癌症中心发布的调强放疗剂量验证实践指南要求［15］。

1.2 设备

采用Varian CX医用电子直线加速器、Eclipse 8.9版本放疗物理工作站、Elekta Synergy 医用电子直线加速器、Monaco 3.3版本放疗物理工作站。测量软件使用美国Sun nuclear 公司SunCHECK 软件、ArcChenck三维剂量验证仪。

1.3 计划传输

采用DICOM 传输格式，分别将Eclipse 工作站和Monaco 工作站上所选取的患者原始放疗计划和在ArcCHECK 模体上生成的QA 计划分别传输至SunCHECK 软件，传输文件包括该计划中所涉及的所有CT Images、RT Structure set、RT Plan和RT Dose。将所生成的QA 计划中RT Dose 和RT Plan 文件传输至ArcCHECK软件系统。

1.4 计划比较

通过在SunCHECK 软件中比较Gamma 通过率、DVH、三维剂量分布差异等内容，以及使用ArcCHECK 实际测量和追踪其在放疗执行过程中的结果来探讨软件的应用。

1.4.1 Gamma 通过率和DVH 比较应用SunCHECK软件，对所接受数据进行单独计算，首先将计算结果与40 例患者的原始放疗计划进行Gamma 分析比较，Gamma 分析方法误差设定条件均为3%/3 mm, TH（%）为10 的标准。Eclipse 和Monaco 的计算网格都设置为2.5 mm，SunCHECK 的最小计算网格设置为2.5 mm，以保证所有计算软件的精度相同。通过比较分析得到原始放疗计划的Gamma通过率和独立计算结果与原始放疗计划的DVH 差异（图1）。虚线为软件计算结果，实线为原始计划结果。

图1 Gamma通过率和DVHFigure 1 Gamma passing rate and dose-volume histogram

1.4.2 三维剂量比较通过SunCHECK 软件的计算，还能得到剂量在CT 影像上的三维分布，可以对软件计算的靶区和危及器官的Gamma通过率以及相应剂量参数进行比较。图2显示了计算结果与原始放疗计划在CT 影像上的三维剂量分布差异。红色点为热点区域，蓝色点为冷点区域。

图2 软件计算结果与原计划的差异Figure 2 Differences between the software calculation results and the original plan

1.4.3 QA 计划在软件中的比较将原始放疗计划移植到ArcCHECK 模体上生成QA 计划，并将QA 计划按1.3 的要求传输至SunCHECK 软件，进行独立计算，剂量分布差异见图3，分别显示了软件计算QA 计划和原始QA 计划在横断面、矢状面和冠状面的剂量分布。

图3 软件计算结果与QA计划比较的差异Figure 3 Difference between the software calculation results and the QA plan

1.4.4 使用ArcCHECK 软件对QA 计划进行验证将ArcCHECK 测量仪按质控要求摆放至直线加速器床面，接受相应放疗计划的投照，应用其软件系统将实测结果与QA 计划进行Gamma 分析比较，Gamma 分析方法误差设定条件均为3%/3 mm，TH（%）为10%，结果见图4。

图4 使用ArcCHECK软件对QA计划进行验证Figure 4 QA plan verification by ArcCHECK software

1.4.5 治疗过程中分次间计划执行结果比较通过log 文件反推计算，追踪其中一例放疗计划实施的情况，共执行25 次，将每次放疗执行结果的log 文件中机架、机头和MLC 叶片位置等数据反推计算结果Gamma 通过率与第一次放疗计划验算结果Gamma通过率（99.26%）进行分析比较（图5）。

图5 治疗过程中分次间计划Gamma通过率Figure 5 Gamma passing rates at different fractions of treatment

1.5 统计学方法

使用SPSS 17.0 软件将上述不同放疗计划的Gamma通过率进行配对样本t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 40例患者不同计划间的Gamma通过率比较结果

两种计划系统之间原始计划和QA计划的Gamma通过率比较以及同一种计划系统原始计划和QA计划的Gamma通过率比较结果见表1。由表1可见，Monaco计划的Gamma通过率略高于Eclipse计划；Monaco QA计划的Gamma通过率略高于Eclipse QA计划。

表1 不同计划之间的Gamma通过率比较Table 1 Comparison of gamma passing rate between different plans

2.2 40 例患者放疗QA 计划与ArcCHECK 测量Gamma通过率比较结果

相同计划系统QA 计划与ArcCHECK 测量结果Gamma 通过率比较结果显示，使用SunCHECK 软件独立计算QA 计划的Gamma 通过率均高于ArcCHECK测量结果（表2）。

表2 QA计划与相应测量结果的Gamma通过率比较Table 2 Comparison of gamma passing rate between QA plan and the corresponding measurement results

3 讨论

自从IMRT 技术应用以来，关于放疗质控的探索就从未停止。传统的调强放疗计划验证从最初一维的等中心点剂量验证到二维胶片验证和二维探测器阵列验证，一直发展到三维剂量验证。随着技术的发展，放疗质控的手段也在不断提升［16］。

本研究使用放疗计划系统以外的软件对放疗计划进行独立验算，通过对40 例不同部位肿瘤患者放疗计划的比较，我们发现不同放疗计划系统之间的Gamma 通过率是有差异的。这与计划系统的算法、加速器数据采集情况以及治疗计划系统数据拟合是有密切关系的。在本研究中，通过SunCHECK 软件计算得出Monaco 计划系统原始计划与QA 计划的Gamma 通过率都略高于Ecplise 放疗计划系统，这是因为本研究中SunCHECK 软件的模型建立与Monaco 计划系统的算法较为接近，这也导致了在验算结果方面，Monaco 计划的结果略高于Eclipse。所以，在独立验算软件的建模时需要反复的测试和调整以达到临床应用水平，需要平衡不同计划系统中各种算法的侧重点。本研究中SunCHECK 软件的最小剂量网格设置为2.5 mm，当计划系统设置的计算网格大于2.5 mm 时，SunCHECK 软件的计算网格将默认保持与计划系统的计算网格一致，当计划系统设置的计算网格小于2.5 mm 时，SunCHECK 软件的计算网格为最小剂量网格设定值，即为2.5 mm。另外，不同计划系统QA计划与相应测量结果的Gamma通过率比较显示SunCHECK 软件计算Gamma 通过率略高于ArcCHECK 测量结果，分析其原因可能是测量过程中，测量模体摆位精度、加速器投照过程中MLC 叶片到位精度、机架角到位精度以及加速器束流系统的剂量参数的精度都会降低最终的测量结果。

与以往传统放疗计划验证相比，使用SunCHECK 软件可以提升工作效率。整个验证过程可以完全自动化，在几分钟内就可以对患者CT 影像的解剖结构进行详细的剂量分析，减少了进行调强放疗QA 所需的工作量［17］。SunCHECK 软件还能使用加速器在治疗过程中产生的log日志文件反推进行剂量计算，得到三维剂量分布，并将结果与原始放疗计划进行剂量分析比较，这不仅验证了来自计划系统信息传递的准确性，而且还能够全面和定量地评估放疗执行情况对患者三维剂量的影响［18-19］。每次执行放疗计划时都会生成log日志文件，这意味着除了首次预处理测量之外，该方法还可以在患者整个放疗过程中使用，这扩展了目前调强放疗QA 的范围。在本研究中，对治疗过程中分次间计划执行的结果进行比较，发现分次间放疗计划执行结果的Gamma 通过率基本围绕初次计划验证的Gamma 通过率上下浮动（图5），可以反映该加速器的稳定性和机械质控水平。

基于日志文件的调强放疗QA 必须通过独立的调试测量和常规QA 程序（如AAPM TG 142）来确保加速器的设备性能。主要有以下几个方面的考量：（1）需要确定记录在log日志文件中的机器信息的准确性；（2）记录机器信息的传感器是如何进行测量的，这些传感器的精度和不确定度如何；（3）是否能像对电离室和其他QA 装置那样进行充分的校准和QA；（4）是否存在传感器无法检测到错误的故障模式［20-21］。

综上所述，SunCHECK 作为一款放疗QA 软件，能满足临床需求，给放疗质控工作带来了很大的便利性。无论是作为单独放疗计划验算工具，还是以log日志文件反推计算进行调强放疗计划的验证，都应该把SunCHECK作为QA程序的一部分使用，从而给物理师们提供更多的时间和信息来分析检测到的错误。