Octavius®-4D系统中校准功能在肿瘤放疗剂量验证中的应用*

段隆焱 祁伟祥 陈 毅 沈文同

上海交通大学医学院附属瑞金医院放射治疗科,上海市 200025

在放射治疗过程当中，由于治疗计划和照射技术的复杂性，病人治疗计划的验证是十分重要的环节，而且更多采用间接验证方式[1-2]。治疗计划验证方式也在逐步演变，从传统的2D剂量验证过渡到3D、4D时代。与传统的2D平面剂量验证相比，3D剂量验证具有明显的优势，是目前治疗计划验证的主要方式[3-4]。在众多的3D剂量验证系统之中，Octavius®-4D系统操作相对简便，无须在机头上外挂探测器固定装置，通过角度传感器即可实现探测器与机架同步运动，而且提供了多种剂量评估方式，在临床当中得到了广泛应用[5-6]。很多研究者开展了Octavius®-4D的临床剂量学研究：Patrizia Urso等对Octavius®-4D应用于调强放射治疗(IMRT)和弧形调制放射治疗(VMAT)计划验证进行了系统研究，Conor K等进一步比较了其在FF和FFF两种模式下的剂量特性[6]，T Aland等研究了Octavius®-4D在瓦里安Halcyon加速器的病人计划验证[7]，Bin Yang等借助Octavius®-4D系统开发了一种可用于呼吸门控的VMAT计划验证装置[8]。马晓春等也对Octavius®-4D应用于旋转调强三维剂量验证进行了研究[9]。在众多的Octavius®-4D研究当中，绝大部分研究者关注于各种评估方法和工具在应用领域的研究，对验证系统提供的工具缺乏全面了解，其中位置校准功能是其中一个前置功能，位置校准对验证结果影响的研究报道相对较少。Octavius®-4D使用包括：校准(剂量校准、方向性校准)、探测器预热、剂量测量、结果评估等环节。在结果分析阶段，需调用TPS系统原始剂量位置等信息，以便测量数据与计划数据之间空间位置进行校准，从而获得更准确的剂量位置信息[10]。本文主要关注系统提供的位置校准功能，通过回顾性分析三台加速器上的208例病人3D剂量信息，探讨位置校准功能如何影响验证结果，具体包括：不同病种、不同加速器、不同评估标准，应用校准功能对验证结果的影响，进而探讨可否寻找到三维方向上移动的临界阈值，从而为Octavius®-4D系统的临床剂量验证提供参考。

1 资料和方法

1.1 病例资料 参考AAPM119号报告对IMRT(调强放射治疗)计划验证的建议要求[11]，回顾性分析208例在我院进行调强放射治疗病人的治疗计划验证数据，其中头颈部肿瘤37例，盆腔肿瘤57例，乳腺部位肿瘤86例，胸部肿瘤28例。依据解剖部位、治疗加速器类型将治疗病例信息见表1。

表1 病例信息分类汇总表

1.2 加速器和计划系统 本研究选择3台Varian直线加速器(Varian Medical Systems, Palo Alto, CA)：Edge、Truebeam和Triligy。三台加速器治疗头均配置60对MLC叶片，Edge机器40对中心叶片宽度0.25cm，20对两端叶片宽度为0.5cm，Truebeam所有叶片宽度均0.5cm，Triligy叶片宽度1cm，叶片最大运动速度均为2.5cm/s等。计划系统采用Eclipse15.6版本，计算网格0.25cm，优化算法PO，剂量计算采用各向异性解析计算算法(AAA; Varian Eclipse v. 15.6)。

1.3 Octavius®-4D剂量验证系统 Octavius®-4D剂量验证系统包括：729矩阵(729个空气电离室组成，尺寸0.5cm×0.5cm×0.5cm，电离室等间距分布，矩阵大小27cm×27cm，相邻电离室中心距离1cm)、旋转模体(直径32cm，长34.2cm)、控制器、倾角仪和Verisoft7.1剂量分析软件等，角度旋转范围360°，探测器矩阵通过角度传感器实时获取角度信息，与加速器机架同步旋转，探测器平面与射束始终保持垂直[12]。

1.4 数据采集、验证及评估方法 验证前先用CT预扫的模体，将原治疗计划移植到模体，生成验证计划。然后根据系统程序将Octavius®-4D验证系统各个部件连接好，并进行600MU以上的预照射[3，12],以QA模式调取验证计划进行测量数据的采集。利用Verisoft 7.1软件对测量数据进行验证，采用两种归一模式：Max dose和Local dose。评估标准：3%/3mm标准下的3Dγ 评估。计划评估前根据计划原始DICOM图像信息，调取原始验证计划，比较应用位置校准功能前后对不同部位肿瘤，不同加速器以及不同3Dγ评估模式下的剂量差异。

2 结果

2.1 校准前后总体3Dγ指数分析结果 如表2所示，基于Max dose标准，校准前总体通过率(Max30)94.53±3.31，校准后总体通过率为(Max31)94.93±3.31；基于Local dose标准，校准前总体通过率(Local30)83.98±7.80，校准后总体通过率(Local31)85.44±6.16，应用校准功能以后，通过率均得到提高，同时基于Max dose标准通过率明显高于基于Local dose标准。且校准前后数据，两个标准有一致性即校准前均高于校准后。基于Shapiro-Wilk(SW)检验方法，整体数据均符合正态分布(W>0.9,P<0.01)。见表2。

表2 校准前后3Dγ 指数分析结果

2.2 校准前后不同部位3Dγ指数分析结果 按照不同部位对校准前与校准后统计(见表2)，结果发现：校准前，基于Max dose标准，通过率最高的是盆腔部位肿瘤，最差的是乳腺肿瘤，基于Local dose标准，头颈部位肿瘤最高，乳腺肿瘤最差，且Local dose标准更明显，他们顺序为头颈部>盆腔>胸部>乳腺。校准后，两个标准最高的均为盆腔部位，最低的前者是头颈部，后者为乳腺。

2.3 校准前后不同加速器 3Dγ指数分析结果 基于Max dose, Local dose标准，按照不同加速器类型分别进行统计，如表3所示。校准前，基于Max dose标准，通过率顺序：Triligy>Edge>Truebeam，基于Local dose标准，通过率顺序:Truebeam>Edge>Triligy。校准以后，基于Max dose标准，通过率顺序不变，基于Local dose标准，通过率顺序:Truebeam>Triligy>Edge。且校准以后通过率均得到了提升。

表3 校准前后总体3Dγ 指数分析汇总表

2.4 应用ROC曲线，寻找不同方向上移动的Cutoff值 根据AAPM关于调强放射治疗计划验证通过率建议，基于Max dose标准，将计划≥95%作为通过的判断标准，1表示计划通过，0表示计划未通过。应用MedCalc统计软件，将Max31作为终点事件，Shift0(模体左右方向),Shift1(模体头脚方向),Shift2(模体上下方向)三个方向作为观察参数利用ROC曲线分析方法寻找Cutoff值。Shift0方向(图1a)，Cutoff为0.39，95%置信区间：(0.618，0.748)，P=0.000 1,判断标准：>0.39为通过；Shift1方向(图1b)，Cutoff值为-0.66，95%置信区间：(0.553,0.688)，P=0.002 0，判断标准：≤-0.66表示通过。Shift2未找到有意义的Cutoff值。如果将Max30作为终点事件，判断标准同上，笔者发现Shift0,Shift1两个方向均未找到有意义的Cutoff值，只有Shift2方向有意义(图1c)， Cutoff值为-0.21，95%置信区间：(0.545，0.681)，P=0.003 4。

3 讨论

计划验证过程中，由于操作者摆位误差、模体自身运动误差等原因，模体实际位置与计划设计位置总会有一定的差异，Octavius®-4D提供的位置校准功能一定意义上修正了上述差异。根据校准前后总体3Dγ 指数分析结果，总体通过率校准后明显高于校准前，并且应用Max dose模式明显优于Local dose模式。结果说明应用校准功能能够改善总体通过率，也侧面反映出模体摆位不够准确，或者运动中具有一定的误差。校准前后不同部位分析结果：校准前通过率最高的部位是头颈部位肿瘤，最低的是乳腺肿瘤。校准以后结果变为通过率最高的部位是盆腔部位肿瘤，最低的是头颈部位肿瘤(Max dose标准)，或者乳腺肿瘤(Local dose标准)。这个结果也符合临床特征，因为头颈部肿瘤位置特殊，靶区周围结构复杂，不均匀组织比较多，对于剂量验证来说，这需要足够的精确性。乳腺部位肿瘤也有一定的特殊性，其边缘内侧与肺部大面积靠近，外侧又靠近皮肤和空气，对位置精度有更高的要求。

不同加速器通过率比较，应用校准功能后，校准前通过率高的加速器，校准后通过率也比较高，基本上与校准前一致。应用Max dose标准，通过率最高的是Triligy加速器，最低的是Truebeam加速器。此结果也说明应用Max dose标准，对于加速器精确性要求不是太高，因为Triligy加速器MLC叶片间距最大，相对来说最不精确。但是对于应用Local dose标准，却基本上是相反的，Truebeam加速器最高，Triligy加速器相对低。这个现象也说明，Local dose标准对于精确性有更高的要求。

应用ROC曲线，寻找不同方向上移动的Cutoff阈值，笔者发现：如果以Max dose标准，应用校准功能以后得出的通过率数据作为终点事件(Max31)，在模体左右方向上，移动距离>0.39cm有意义，校准后移动>0.39cm，验证基本通过；在模体头脚方向，移动距离≤0.66cm有意义，校准后移动<0.66cm，验证基本通过；而在模体上下方向并未寻找到上述规律。假如以校准前通过率数据作为终点事件(Max30)，在模体三维运动方向上，只有模体上下方向，移动≤-0.21cm有意义，移动≤-0.22cm，验证基本通过。以上Cutoff阈值规律的发现，也为我们应用Octavius®-4D开展病人剂量验证带来帮助。

放疗病人剂量验证中，误差来源是多方面的，有建模误差、病人运动误差、摆位误差等，而且目前临床工作中，更多的病人验证还是采用间接验证方法[13-14]。对于间接验证过程，物理师对所采用验证工具的精确性就应该十分了解。本研究通过大量病人的回顾性分析，尽可能多的关注位置校准精确性问题。通过回顾性分析发现：应用Octavius®-4D系统中位置校准功能开展病人剂量验证，通过采用不同评估标准，比较不同精度的加速器以及不同部位的肿瘤计划通过率，分析三维方向移动阈值规律，利于对其位置校准功能的应用领域有更全面的了解。应用Octavius®-4D系统中位置校准功能时，要关注评估标准，机器类型以及移动阈值等因素，辨证分析验证结果。当然，误差来源是多样的，本研究也有局限性，在未来的计划中，笔者将尽可能排除其他干扰项，更精准分类研究。总而言之，此功能能够一定意义上修正误差，提高计划通过率，给计划验证带来了方便，具有一定的临床意义。