脑转移瘤HyperArc放射治疗技术的两种计划验证方法比较

魏夏平，董彦鑫，苏洁洪(通信作者)，黄小伟，刘叶明，黄明超

1 广州中医药大学金沙洲医院肿瘤放射治疗中心 (广东广州 510080)；2 东莞理工学院 科学技术处 (广东东莞 523808)

放射治疗是脑转移瘤(brain metastases，BM)最为重要的姑息治疗手段[1-2]。HyperArc(HA)放射治疗技术是Varian公司最新推出的一种技术，可通过直线加速器的快速弧(RapidArc)来实现对BM的单中心非共面立体定向放射外科治疗(stereotactic radiosurgery，SRS)[3-4]。HA计划流程高度自动化，治疗野包括1个全弧和4个非共面半弧，采用容积调强弧形(volumetric modulated arc therapy，VMAT)照射，在机架旋转过程中，通过动态调节多叶光栅(multi-leaf collimator，MLC)野形状、剂量率及机架旋转速度，使射线剂量集中在肿瘤靶区内，进而使靶区外剂量迅速跌落，可更好地保护靶区外的正常脑组织[5]。随着颅内转移瘤数量的增加，HA计划的照射过程变得复杂，而如此复杂的临床治疗需要精确的剂量验证系统。目前，用于剂量验证的设备主要有ArcCheck、Dolphin、SunCheck、Octavius 4D(OCT)、Portal Dosimetry(PD)等，且已有利用此类设备进行验证的报道[6-10]。本研究基于HA的SRS计划，使用OCT和PD验证系统分别分析颅内单发或多发BM HA计划的γ通过率，并比较这两种系统的优缺点，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2021年1—12月在广州中医药大学金沙洲医院接受HA放射治疗的30例BM患者为研究对象，按BM个数将患者分为1～4 BM组、8 BM组和15 BM组，每组10例。1～4 BM组男6例，女4例；年龄50～68岁，平均(56±6)岁。8 BM组男7例，女3例；年龄53～66岁，平均(58±5)岁。15 BM组男5例，女5例；年龄51～74岁，平均(61±9)岁。3组一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经医院医学伦理委员会批准，所有的HA计划均按照SRS模式设计，处方剂量为40 Gy/10次，100%处方剂量线覆盖95%计划靶体积(plan target volume，PTV)，PTV内最大点剂量为130%。

1.2 设备与软件

治疗机器为TrueBeam2.7直线加速器(美国Varian公司)，包含60对MLC，中心40对MLC在等中心的宽度为5 mm，两端各10对MLC在等中心的宽度为10 mm；叶片最大运动速度为3 cm/s，射线能量为6 MV-FFF光子线，最大剂量率为1 400 MU/min。TrueBeam的PD验证系统使用加速器自带的电子射野影像系统(electron portal imaging device，EPID)采集信号，并转换成剂量分布，其中，EPID共有1 024×1 024个有效像素点，有效测量范围为430 mm×430 mm，相邻探测点的间距为0.34 mm，空间治疗分辨力几乎仅次于胶片。治疗计划系统(treatment planning system，TPS)为Eclipse 15.6。德国PTW公司OCT验证系统包括Octavius 1500电离室矩阵、旋转模体、倾角仪、控制单元和Verisoft剂量分析软件，其中，Octavius 1500电离室矩阵由1 405个空气电离室组成，单个电离室几何尺寸为0.44 cm×0.44 cm×0.3 cm，两个电离室中心间距为0.71 cm，有效测量范围为27 cm×27 cm。

1.3 验证与评估方法

使用Eclipse 15.6上的PD验证系统为30个HA计划创建验证计划(图1为某患者HA计划的射野信息)；验证计划采取实际机架角和小机头角度，床角归0°，在直线加速器上执行，使用机器自带的EPID板收集测量数据，最后在PD验证系统上进行评估；所有测量的γ分析均采用绝对剂量进行对比，阈值设置为10%、Max Dose模式，分析3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm的γ通过率。

另外，将30个HA计划移植到OCT验证系统模体上，生成验证计划(机架角和小机头按照实际角度，床角归0°)，导出计划的RT plan 和RT Dose，阈值设置为10%、Max Dose模式。

1.4 统计学处理

采用SPSS 23.0统计软件进行数据分析，γ通过率以中位数(四分位数间距)表示，采用非参数检验中独立样本曼-惠特尼U检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在1～4 BM组中，OCT与PD验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm的γ通过率均较高，且两种设备的γ通过率比较，差异无统计学意义(P>0.05)；在8 BM组中，随着转移瘤数目的增多，MLC调制的复杂度增加，OCT与PD验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm的γ通过率均略有下降，但OCT验证系统的γ通过率均优于PD验证系统，差异有统计学意义(P<0.05)；在15 BM组中，随着转移瘤数目的迅速增多，MLC调制的复杂度迅速增加，OCT与PD验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm的γ通过率均迅速降低，但OCT验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm的γ通过率均优于PD，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

表1 30个HA计划的OCT和PD验证系统的γ通过率比较[%，M(IQR)]

图2所示为2%/2 mm的γ通过率的散点图，其中4号病例OCT与PD验证系统的γ通过率均很低，分析发现，该靶区的体积仅有1.11 cm3(等效直径为1.3 cm)，对于两种设备而言靶区太小、靶区内的测量点少，故对计划的γ通过率影响大；随着靶区数量的增加，HA计划的复杂度增加，两种设备的γ通过率开始出现波动。

图1 某患者HA计划的射野信息

注：PD为Portal Dosimetry；OCT为Octavius 4D

图3所示为3%/2 mm的γ通过率的散点图，其中4号病例OCT与PD验证系统的γ通过率仍较低；随着靶区数量的增加，HA计划的复杂度增加，两种设备的γ通过率同样出现较大的波动。

注：PD为Portal Dosimetry；OCT为Octavius 4D

图4所示为3%/3 mm的γ通过率的散点图，由于评估条件较宽松，在1～4 BM组中，OCT与PD验证系统的γ通过率差异不大、数据波动较小；随着靶区数量的增加，HA计划的复杂度增加，两种设备的γ通过率同样出现较大的波动。

注：PD为Portal Dosimetry；OCT为Octavius 4D

3 讨论

HA是一种基于直线加速器的VMAT非共面SRS治疗技术，可一次性照射单个或多个BM，且具有适形度好、剂量梯度陡峭的特点；但为了保证放射治疗计划的准确执行，需要提前在直线加速器上对其剂量分布进行验证。当治疗计划的γ通过率(3%/2 mm)≥95%时，计划可直接用于临床治疗[11-12]；当治疗计划3%/2 mm的γ通过率<95%时，则需物理师介入分析原因，包括检查放射治疗计划、查看验证结果等。有条件的放射治疗中心可通过多种剂量验证设备交叉验证，若多种验证设备均无法通过，则需考虑重新设计放射治疗计划。一些特别复杂的计划通过率始终偏低，如采用HA治疗10个以上BM时，则需有经验的上级物理师仔细查看γ通过率低的点，判断是否会对靶区及重要危及器官造成影响，最终与放射治疗医师沟通决定是否执行治疗。目前，用于计划验证的工具有很多，如ArcCheck、Dolphin、OCT及PD等。胡俏俏等[13]使用PD与OCT对20个计划进行计划验证，结果表明，这两种设备均可用于治疗计划验证，但由于HA计划的靶区体积小、单次剂量大、靶区外剂量跌落快，其研究中验证的计划均为常规分割剂量的计划，未涉及SRS计划的验证。袁玲等[14]利用SRS MapCHECK与EDOSE测量比较29个立体定向放射治疗计划验证，结果表明，这两种设备均可用于SRS计划验证，但其研究中验证的计划均为单靶区的SRS计划，未涉及多靶区SRS计划的验证。而基于直线加速器的HA计划(单靶区或多靶区SRS治疗)剂量验证鲜见报道。本研究即基于HA的SRS计划，使用OCT和PD验证系统分别分析颅内单发或多发BM HA计划的γ通过率，其中，PD验证系统使用的是直线加速器自带的EPID板，空间分辨力高、能量响应灵敏，能满足SRS计划验证的要求；而OCT验证系统采用的是空气电离室，响应灵敏，且灵敏体积小，但空间分辨力不及PD验证系统高。

本研究结果显示，在1～4 BM组中，OCT与PD验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm的γ通过率均满足AAPM TG-218[15]号报告计划的验证要求，且两者的通过率比较，差异无统计学意义。在8 BM组和15 BM组中，计划的OCT和PD验证系统的γ通过率均降低，但OCT验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm的γ通过率均大于PD验证系统，且两者的γ通过率比较，差异有统计学意义。随着转移瘤数目的增多，MLC调制的复杂度增加，OCT与PD验证系统的3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm的γ通过率均略有下降。郭冉等[16]的研究亦发现，随着计划复杂度的增加，计划的γ通过率下降。有研究表明，不同设备对剂量验证的灵敏度存在差异[17]，一方面是由于探测器不同，另一方面是由于不同设备所采用的γ分析方法可能不同[15]。本研究通过对30个HA计划验证数据进行分析后发现，在γ测量剂量/距离要求逐渐严格的条件下，测量数据的标准偏差会增大，主要原因取决于设备的灵敏度[15]，设备灵敏度降低，导致数值偏低和数据波动偏大。由于HA计划的靶区较小，且靶区内的剂量不均匀，最大点剂量达到处方剂量的130%，靶区外的剂量迅速跌落，故常会得到较高的全局γ通过率；且由于全局γ在计算时，将剂量差异归一到全局最大值，势必会减小剂量差异的影响，此时，靶区外点的γ值均偏低，且HA计划中靶区小、靶区外的点远多于靶区内，故会拉高全局γ通过率。因此，HA计划验证对设备的空间分辨力、能量响应的灵敏度和稳定性均具有很高的要求。

总之，随着HA计划中BM个数的增加，OCT与PD验证系统的γ通过率会逐渐降低，但OCT的γ通过率略优于PD；SRS技术比调强技术更为复杂，故HA计划的剂量验证比调强计划的剂量验证更为复杂；验证HA计划剂量时，物理师不应只看γ通过率，还应理解γ通过率的计算过程，当得到的γ通过率过低时，应通过分析原因，评估可能会造成的影响。