EDOSE 在线剂量验证系统在宫颈癌患者容积旋转调强放射治疗三维剂量验证中的应用

陈伟思，史亚滨，陈洪涛，高艳，邓小年，李壮玲，李隆兴，钟鹤立（通信作者）

南方科技大学第一附属医院·暨南大学第二临床医学院·深圳市人民医院放疗科 （广东深圳 518000）

容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是目前宫颈癌放射治疗中最常用的技术[1]。VMAT 在进行宫颈癌放射治疗计划执行过程中，多叶光栅、剂量率、准直器角度和机架速度不断变化，极大地提高了计划执行效率，但也增加了计划执行过程中的不确定性[2]，继而对计划质量保证的提出了更高要求[3-4]。电子射野影像装置（electronic portal imaging device，EPID）在临床上最早被用于患者的摆位验证及射野位置形状验证等方面[5]；因其具有可快速获取图像、分辨力高且剂量响应线性等特点[1，6-8]，使其适用于患者的在线剂量验证，且近年来对其在剂量验证方面的应用与研究亦越来越多[9-10]。EDOSE 在线剂量验证系统由广州瑞多思医疗公司研究开发，可直接利用直线加速器自带的电子射野影像系统采集EPID 影像，并利用患者的计划信息（RT-plan）、勾画信息（RT-structure）、CT 图像、剂量信息（RT-Dose）进行剂量的三维反推重建，进而与计划系统的计算剂量进行比较[11-12]，据此不仅可分析得到计划验证的γ 通过率，同时还可分析出靶区与危及器官的体积剂量差异。国内关于EDOSE 系统的三维剂量验证研究较少，且未发现针对宫颈癌VMAT 计划的三维剂量验证研究。鉴于此，本研究将基于EDOSE在线剂量验证系统分析宫颈癌VMAT 计划的测量重建剂量与放射治疗计划系统（treatment planning system，TPS）计算剂量在三维体积剂量学方面的差异，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选取2021年1—12月深圳市人民医院放疗科收治的20例宫颈癌术后患者，年龄41～65岁，中位 年 龄48岁；Ib1期3例，Ib2期5例，Ⅱa1期7例，Ⅱa2期5例。本研究经医院医学伦理委员会批准。

1.2 仪器与软件

瑞典医科达公司生产的Synergy 直线加速器，配备在线影像验证系统EPID；瑞典医科达公司研究开发的Monaco 5.11.01计划系统和MOSAIQ信息管理系统；广州瑞多思医疗公司研究开发的EDOSE 在线剂量验证系统。

1.3 计划设计

协助患者取俯卧位，行热塑膜体位固定，然后予以CT 扫描，设置扫描层厚为3 mm，扫描后将图像传输至Monaco TPS 进行三维重建，随后由主管医师勾画靶区（计划靶区）及危及器官（小肠、膀胱、直肠、股骨头和骨髓），处方剂量为4 860 cGy/27 f；为每例患者设计VMAT 计划，能量选用6 MV 光子线，予以179°～181°顺时针和181°～179°逆时针两个全弧照射，设置准直器和治疗床角度均为0°。

1.4 测量方法

将患者的治疗计划传送至MOSAIQ 系统，核查排程，准备验证，即于治疗前将患者治疗计划的RT-plan、RT-structure、CT 图像、RT-Dose 传输至EDOSE 服务器，待该软件获取EPID 图像后，基于EPID 测量结果反推射野通量，再利用射线追踪和迭代法计算模体表面的射野通量，然后基于CT 图像进行患者体内的三维剂量重建，最终与计划系统计算剂量进行对比。

1.5 数据分析

采 用3%/3 mm 和3%/2 mm 的γ 分 析 标 准 开 展对患者的剂量验证分析，阈值设为10%。靶区参考指标为计划靶区D98和D2（Dx表示x%靶区体积所受到的照射剂量），危及器官参考指标为小肠、膀胱、直肠、股骨头和骨髓V40、V30、V20、V10（Vx表示接受x Gy 剂量照射的危及器官的体积百分比），剂量的差异值=（EDOSE 测量值－TPS 计算值）/TPS 计算值×100%。

1.6 统计学处理

采用SPSS 26.0统计软件分析数据。符合正态分布的计量资料以±s表示，采用配对t检验；非正态分布计量资料以M（Q1，Q3）表示，采用Wilcoxon秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 计划靶区剂量学差异

20 例 患 者 计 划 验 证 的3%/3 mm γ 通 过 率 为（97.82±0.81）%，3%/2 mm γ 通过率为（96.25±1.20）%。患者计划靶区D98，TPS 计算值与EDOSE 测量值比较，差异无统计学意义（P>0.05）；患者计划靶区D2，TPS 计算值与EDOSE 测量值比较，差异有统计学意义（P<0.05），但偏差小于3%，此差异临床可接受，见表1。

表1 基于TPS 和EDOSE 的计划靶区剂量学差异[±s；M（Q1，Q3）；20例]

表1 基于TPS 和EDOSE 的计划靶区剂量学差异[±s；M（Q1，Q3）；20例]

注：TPS 为放射治疗计划系统，Dx 表示x%靶区体积所受到的照射剂量

（cGy） t P TPS 与EDOSE差异值（%）D98 4 836.05±40.64 4 846.68±69.82 -1.08 0.29 0.22±0.89 D2 5 214.68±48.72 5 329.10±49.91 -21.70 0.00 1.20（1.84，2.67）参数 TPS（cGy）EDOSE

2.2 危及器官剂量学差异

小肠V40、V30、V20、V10，直肠V40、V30，右股骨头V20、V10，左股骨头V20、V10，以及骨髓V10，TPS 计算值与EDOSE 测量值比较，差异无统计学意义（P>0.05）；膀胱V40、V30，右股骨头V40、V30，左股骨头V40、V30，以及骨髓V40、V30、V20，TPS 计算值与EDOSE 测量值比较，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 基于TPS 和EDOSE 的危及器官剂量学差异[±s；M（Q1，Q3）；20例]

表2 基于TPS 和EDOSE 的危及器官剂量学差异[±s；M（Q1，Q3）；20例]

注：TPS 为放射治疗计划系统，Vx 表示接受x Gy 剂量照射的危及器官的体积百分比

器官 参数 TPS（%） EDOSE（%） t/Z P TPS与EDOSE差异值（%）小肠 V40 4.09±4.09 4.17±3.83 -0.61 0.55 2.80±18.21 V30 20.38±11.34 19.87±10.85 1.92 0.07 -1.86±4.76 V20 50.14±16.65 50.24±16.47 -0.60 0.55 0.37±1.52 V10 82.32±16.40 82.32±16.30 0.00 1.00 0.04（-0.33，0.77）直肠 V40 72.91±20.13 73.31±18.31 -0.36 0.73 0.74（0.12，3.93）V30 98.66（91.15，99.94） 98.80（91.98，100.00） -2.10 0.05 0.11（0.00，1.75）膀胱 V40 62.37±14.19 64.92±14.66 -7.94 0.00 4.00±2.39 V30 96.22（81.67，97.96） 97.02（83.00，98.06） -3.50 0.00 0.36（0.10，1.32）右股 V40 2.38（0.92，5.33） 1.83（0.81，4.43） -2.77 0.01 -7.63（-19.80，0.00）骨头 V30 10.90（8.62，19.78） 10.03（6.32，19.39） -3.02 0.00 -0.87±1.48 V20 29.78（18.48，42.69） 30.18（18.08，47.81） -1.81 0.07 -2.16（-4.40，0.81）V10 76.33±16.74 75.60±16.69 1.99 0.06 -0.93±2.54左股 V40 2.53（1.48，6.08） 2.40（1.22，6.42） -1.49 0.04 -6.66（-15.27，9.30）骨头 V30 11.41（8.88，23.77） 10.59（7.87，21.40） -2.07 0.04 -4.40±9.65 V20 35.26±15.99 34.81±15.61 -1.53 0.15 -0.72±4.28 V10 77.68±15.11 77.81±15.18 -0.20 0.84 0.05±3.92骨髓 V40 35.07±5.17 36.11±5.27 7.34 0.00 2.10±1.67 V30 58.41±5.56 59.00±5.76 -3.77 0.00 0.99±1.13 V20 79.04±5.30 79.33±5.37 -2.94 0.01 0.37±0.53 V10 92.37±4.82 92.48±4.84 -1.88 0.08 0.12±0.27危及

3 讨论

在宫颈癌放射治疗中，VMAT 技术因具有治疗速度快、执行效率高等特点已得到广泛应用。而在利用该技术进行计划执行的过程中，多叶光栅、剂量率、准直器角度和机架速度不断变化的特性使得计划的执行更加复杂，易导致剂量偏差。因此，开展对VMAT 计划的剂量验证工作尤为重要[13-14]。

最初设计EPID 的目的是用于患者的摆位验证，而目前大多数医院采用图像更加清晰的锥形束CT 进行三维摆位验证，而EPID 因具有可快速获取图像、分辨力高且剂量响应线性等特点适用于患者的剂量验证[15-17]。EDOSE 在线剂量验证系统可先运用反卷积方法计算EPID 的表面通量，再利用射线追踪和迭代法计算模体表面的射野通量，最后进行三维剂量重建，分析靶区及危及器官的实际测量剂量和计划系统理论计算剂量的差异。临床利用EDOSE 系统不仅可验证患者的执行计划与TPS 计划之间的γ 通过率，还可反推患者体内的剂量分布，直观地显示靶区与危及器官TPS 计算剂量和验证重建剂量的差异。本研究中3%/3 mm 与3%/2 mm 标准的γ 通过率均超过95%，符合临床要求；计划靶区的D98和D2偏差均较小，虽然D2EDOSE 测量值与TPS 计算值差异有统计学意义，但小于3%，此差异在临床可接受范围内[14]；危及器官中左、右股骨头偏差较大，特别是V40，分别为-6.66（-15.27，9.30）%和-7.63（-19.80，0.00）%，且EDOSE 测量值与TPS 计算值差异有统计学意义，分析原因为，股骨头的体积相对其他危及器官较小且40 Gy 所占的剂量体积较小，因此小的剂量偏差导致差异的百分比增大，这与Grothe 等[18]、李政欢等[19]的研究结果相似，说明小体积靶区或危及器官造成的剂量偏差会比大体积的更大[20-21]。另外，Leech 等[22]研究发现，由于探测板空间分辨力不够高，导致基于测量计算的解剖结构的边缘不够准确，从而导致基于测量重建的剂量小于计划系统计算剂量，与本研究结果一致。

总之，基于EPID 的EDOSE 在线剂量验证系统不仅可提高宫颈癌患者VMAT 计划的γ 通过率，还可分析靶区和危及器官的三维剂量体积差异，是传统剂量验证方式的有效补充和延伸，可为宫颈癌VMAT 准确性提供保障。