固定野调强与容积旋转调强在前列腺癌放疗计划独立验算中的比较*

潘淑豪

（安徽医科大学第一附属医院 肿瘤放疗科，安徽 合肥 230022）

固定野调强（IMRT）与容积旋转调强（VMAT）已广泛用于临床放疗。调强计划治疗前的测量验证耗时耗力［1-2］，对于需要尽早开始的姑息性放疗，效率是影响调强计划质量保证（QA）的一个重要因素。较于测量验证，基于独立运算的二次剂量验证可更加高效完成调强放疗计划QA［3-10］。基于蒙特卡罗（MC）的独立计算验证已获得研究证明［11-12］，但IMRT/VMAT 基于MC 算法的二次验证比较的研究尚未见报道。故，本研究使用基于MC 算法的商业软件VERIQA 对前列腺癌IMRT/VMAT 计划进行二次剂量验证，比较两者的验算差异。TG-114 报告要求初始剂量和验证剂量间的差异不应超过±5%［13］，但并未涉及IMRT/VMAT。本研究将评估前列腺癌IMRT/VMAT 计划中±5%的局部剂量验算差异是否是一个合理的执行阈值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2022 年4～5 月在安徽医科大学第一附属医院接受前列腺癌放射治疗的22 例患者，分别设计7 野调强（7IMRT）计划和VMAT 计划。

1.2 计划设计与验证

7IMRT 与VMAT 计划均选择美国瓦里安直线加速器VitalBeam 的6 MV 光子线输出，治疗计划系统（TPS）为瓦里安Eclipse 13.6 系统，采用向异性分析算法（AAA）。7IMRT 计划机架角度均分，机头、床角均为0°，剂量率600 MU/min；VMAT计划使用两全弧，机头分别为：10°、350°，床角0°，剂量率由系统自动控制（0～600 MU/min 可变）。

本研究使用德国PTW 公司的VERIQA RT MonteCarlo 3D（简称VERIQA）进行调强计划二次剂量验证。VERIQA 通过读取TPS 中计划数据的CT-DICOM 图像、RT Plans、RT Structures 及RT Dose 进行剂量独立验算。TPS 与VERIQA 间，使用3%/3 mm 默认标准的平均γ 通过率评估计划靶区（PTV）。

1.3 剂量差异评估

通过选择剂量-体积直方图（DVH）参数中PTV 的平均剂量、中位剂量、最小剂量、最大剂量和95%靶体积剂量（D95）来分析TPS 与验证软件间关于PTV 的剂量差异。选择DVH 参数中危及器官的平均剂量、中位剂量、最小剂量、最大剂量来分析膀胱和直肠的剂量验证差异。ICRU83［14］报告定义D98为近似最小剂量、D50为中位剂量及D2为近似最大剂量，其中D2、D50和D98分别为2%、50% 和98%PTV 体积的受照量。根据ICRU83 报告计算PTV 的适形度CI 及均匀度HI。

DVH 参数的剂量差异值由公式（1）获得：

式（1）中，DVer指VERIQA 计算剂量，DTPS指TPS 计算剂量。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0 统计软件进行数据处理，对TPS 与独立验算间关于靶区和危及器官的剂量差异值以均数±标准差（）表示，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 两种技术计划靶区剂量分布比较

7IMRT/VMAT 计划中PTV、膀胱及直肠的平均体积分别为356 cm3、195 cm3、59 cm3。对于前列腺癌放疗计划，7IMRT 与VMAT 的CI、HI 在数值上相当，差异均无统计学意义（P＞0.05）；VMAT 中机器跳数（MU）值明显低于7IMRT，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 两种技术计划靶区剂量分布比较（n=22,）

表1 两种技术计划靶区剂量分布比较（n=22,）

2.2 两种技术PTV 剂量差异值分布比较

7IMRT 中平均剂量、中位剂量、最大剂量的剂量差异更大；VMAT 中最小剂量的剂量差异更大；两种计划中靶区剂量覆盖的剂量差异及γ 通过率相当。使用配对t检验分析，7IMRT 和VMAT 间剂量验算差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表2。前列腺癌7IMRT/VMAT 计划中PTV 剂量验算差异的箱线图，见图1。

图1 前列腺癌7IMRT/VMAT 计划中PTV 的DVH 剂量验算差异箱线图

表2 两种技术PTV 剂量差异值分布比较（n=22,）

表2 两种技术PTV 剂量差异值分布比较（n=22,）

2.3 两种技术危及器官剂量差异比较

对于7IMRT/VMAT 计划，膀胱的DVH 剂量验算，7IMRT 中平均剂量、中位剂量、最大剂量的验算差异有统计学意义（P＜0.05）；7IMRT 中最小剂量的验算差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 两种技术膀胱受照剂量差异值分布比较（n=22,）

表3 两种技术膀胱受照剂量差异值分布比较（n=22,）

对于7IMRT/VMAT 计划，直肠的DVH 剂量验算，7IMRT 中最小剂量、平均剂量、中位剂量的验算差异有统计学意义（P＜0.05）；7IMRT 中最大剂量的验算差异无统计学意义（P＞0.05）。见表4。

表4 两种技术直肠受照剂量差异值分布比较（n=22,）

表4 两种技术直肠受照剂量差异值分布比较（n=22,）

7IMRT/VMAT 计划中，较与其他DVH 参数，膀胱和直肠的最大剂量验算差异最大，其中7IMRT 中差异平均值为-6.41，VMAT 中差异平均值为-5.47。见图2。

图2 前列腺癌7IMRT/VMAT 计划中危及器官的DVH 剂量验算差异箱线图

3 讨论

QA 是调强放疗的关键环节。本文针对前列腺癌放疗计划QA 展开研究。传统的计划验证所需时间较长，降低了调强计划QA 的效率。计划的二次剂量验证高效省时，剂量计算过程独立于TPS。IMRT 与VMAT 的调制手段不同，目前关于二者的独立验算的研究尚不多，且不同研究结构的验算差异不一致。因此，本研究结果将有助于基于剂量验算差异建立统一的IMRT/VMAT 计划执行阈值。

研究中发现，前列腺癌IMRT/VMAT 计划中靶区和危及器官的剂量差异分布不同。从表2 可以看出，PTV 的剂量验算差异在±1% 以内，其中PTV 的中位剂量验算差异最大，且VMAT 计划中DVH 剂量验算差异的标准差更大。由表3、4 可以看出，危及器官的验算差异较大，其中膀胱的验算差异在±5%以内；直肠的平均剂量、最小剂量计中位剂量验算差异在±5%以内，最大剂量的差异超过±5%。由图1 可以看出，VMAT 计划中PTV 最小剂量及平均剂量的剂量验算差异中位值较高；7IMRT 计划中PTV 中位剂量、最大剂量及95%体积剂量的剂量验算差异中位值较高。由图2可以看出，7IMRT 计划中膀胱和直肠的剂量验算差异均大于VMAT 计划。

剂量验算算法会影响剂量计算精度，如叠加/卷积算法、解析各向异性算法和折叠锥卷积等剂量计算的准确性略低［15-17］。本研究中二次剂量验证采用MC 算法，TPS 采用AAA 算法，结果显示验算的剂量低于TPS 初始剂量。故，在进行独立剂量计算时，应明确二次验证软件的剂量计算算法。

本研究结果与KUPPUSAMY 等［18］报道结果相似，靶区的剂量差异在±1%以内。定义行动阈值是为了确定计划是否可接受，是否需触发下一步操作如模体测量［13］。在IMRT 和VMAT 中，±1%的局部剂量差异或可是前列腺计划执行的合理行动阈值。

配合使用指型或平板电离室的测量验证，独立剂量计算或可成为IMRT/VMAT 计划更强大的QA 工具［19-20］。随着验证软件的不断升级，独立剂量验算的优势在逐渐显现。