ArcCHECK在宫颈癌TOMO计划剂量验证中的应用

陈思嘉

螺旋断层放射治疗（helical tomotherapy，HT）是一种新型的调强放疗技术。HT 可以像CT 一样对肿瘤逐层进行360°旋转照射，并且治疗时治疗床同时移动。与传统的直线加速器相比，HT 能够实现肿瘤周围剂量陡降，更好地保护正常组织[1-3]。对于中晚期（ⅡB ～ⅣB 期）宫颈癌患者，中国临床肿瘤学会（Chinese Society of Clinical Oncology，CSCO）指南将放疗作为患者综合治疗的Ⅰ级推荐[4]。宫颈癌放疗中，HT 相比传统的放疗技术可以提高靶区剂量的均匀性和一致性，降低重要危及器官剂量，包括直肠、小肠、膀胱、卵巢、股骨头等[5-6]。但HT 计划的复杂度高、子野数目多，放疗计划实施前的剂量验证就显得尤为重要[7]。调强放疗剂量验证是放射治疗质量保证的重要组成部分[8]。ArcCHECK（Sun Nuclear 公司，美国）是专门用来进行旋转调强放疗计划剂量验证的验证设备，目前已经广泛应用于多种放疗技术的剂量验证，包括容积旋转调强放疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）、HT 放疗等[9-11]。本文应用ArcCHECK 模体实际测量宫颈癌患者HT 计划执行时的剂量分布，与放疗计划系统（treatment planning system， TPS）计算得到的剂量分布进行比较，模拟不同方向不同量值摆位误差对HT计划伽玛通过率的影响[12]。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2022 年4 月—2023 年5 月在厦门大学第一附属医院肿瘤放疗科接受HT 放疗的41 例中晚期宫颈癌女性患者，年龄33 ～75 岁，年龄中位数为59 岁。患者取仰卧位，以真空垫固定体位，在 GE 公司CT Lightspeed 16 模型定位机（通用电气医疗系统公司，美国）下定位扫描，扫描层厚为5 mm。本研究为回顾性分析，且实验过程不涉及动物、人体以及人体来源的样本、人胚胎干细胞的科学研究，不涉及人伦道德、受试者权益和隐私等问题，未侵犯患者的权益和隐私。

1.2 方法

模拟定位后的患者CT 影像传送至Eclipse version 15.6 医生工作站（瓦里安医疗系统公司，美国），临床医师结合磁共振图像进行肿瘤靶区和正常器官的勾画。勾画完成后以DICOM 格式传送到HT 计划系统Precision version 1.1（安科锐公司，美国）进行计划设计，参数如下：Field width ＝5 cm，Modulation factor＝2.5 ～3.0，Pitch=0.287，Calculation grid ＝Fine，根据患者个性化的靶区调整优化条件。将治疗计划导为ArcCHECK 验证计划，导出RT Plan 和RT Dose 文件，用于后续剂量比对。

计划执行采用的是Radixact X7 放疗系统（安科锐公司，美国），它是新型的TOMO 平台，配备有64 对超快速二元化气动多叶光栅，剂量率1 000 MU/min，单次治疗范围最大可达到40 cm×160 cm。ArcCHECK 是专门用于检测旋转放疗的三维二极管探测器阵列，见图1。它由1 386 个SunPoint 半导体探测器组成的圆柱形模体，探测器间距0.5 cm，测量范围为21 cm×21 cm，探测灵敏度32 nC/Gy，最大剂量/脉冲0.003 Gy，测量稳定性0.5%/kGy，采样频率50 ms。使用前按照说明书步骤进行矩阵、本底、剂量校准。配套使用的软件Sun Nuclear Corporation（SNC）Patient version 6.4.1（Sun Nuclear 公司，美国）可以进行特定患者剂量的伽玛分析。

图1 ArcCHECK 剂量验证设备

1.3 观察指标

将ArcCHECK 置于在Radixact version X7 治疗输送系统的治疗床上，按照验证计划中的激光灯坐标系摆位、连接通信线，执行验证计划，ArcCHECK 采集剂量数据。在SNC Patient 软件中，将41 例患者的ArcCHECK验证结果的剂量分布分别沿X、Y 轴方向偏移±1 mm，±2 mm，±3 mm，±5 mm，±7 mm， ±10 mm（患者右侧为正，左侧为负；头方向为正，脚方向为负）。重新计算剂量分布，并与TPS 计算的剂量分布进行比对，得到伽玛通过率的结果。采用绝对剂量进行伽玛分析，评判条件为剂量差异（dose difference，DD）3%、一致性距离（distance to agreement，DTA）3 mm。

1.4 统计学方法

采用SPSS 25.0 软件进行统计学分析。采用Shapiro-Wilk 检验法对数据正态性检验，P＞0.05 表示数据接近正态分布。符合正态分布的计量资料以（±s）表示，两组正态分布数据组间比较采用配对样本t检验；不符合正态分布的计量资料以[M（P25，P75）]表示，组间采用非参数配对样本Wilcoxon 符号秩和检验比较不同偏移位置与原始位置的伽马通过率差异。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 左、右方向误差对伽玛通过率的影响

引入左、右方向（X 方向，向右为正，向左为负）偏移误差后，对伽玛通过率数据进行正态性检验，P＜0.05表示数据为非正态分布，见表1。由于对照组（X ＝0）的伽马通过率为非正态分布，因此采用Wilcoxon 检验比较计量资料的组间差异，结果见表2。往右侧偏移2、3、5、7、10 mm，伽玛通过率较原始位置（X ＝0）的98%（96.7%，99.6%） 分别下降为97.8%（96.05%，99.1%）、96.6%（94.4%，98%）、93.2%（90.1%，94.95%）、88%（84.8%，91.15%）、81.4%（77%，84.75%），差异有统计学意义（P＜0.05）；往左侧偏移1、2、3、5、7、10 mm 后，通过率下降为97.4%（95.05%，99.1%）、96.1%（93.15%，97.7%）、94.1%（91.1%，96.65%）、89.6%（85.8%，92.6%）、84.9%（80%，89.6%）、79.3%（72.6%，83.05%），差异有统计学意义（P＜ 0.05）。图2 可见，偏移量的绝对值越大，计划的伽玛通过率就越低；当左、右方向偏移达到5 mm 和7 mm 时，伽玛通过率＜90%。当左右偏移达到10 mm 时，伽玛通过率下降至约80%。

表1 带入X 方向偏移后伽玛通过率的正态性检验结果

表2 ArcCHECK 验证结果X 方向平移后伽玛通过率

图2 X 方向不同偏移量下的伽玛通过率

2.2 头、脚方向误差对伽玛通过率的影响

引入头、脚方向（Y 方向，脚方向为负，头方向为正）偏移误差后，对伽玛通过率数据进行正态性检验，P＜ 0.05表示数据为非正态分布，见表3。由于对照组（Y ＝0）的数据为非正态分布，采用Wilcoxon 检验比较计量资料的组间差异，见表4。往头方向偏移2 mm 时，伽玛通过率与原始位置差异无统计学意义（P＞0.05）；当偏移达为1、3、5、7、10 mm 时，伽玛通过率较原始位置的98%（96.7%，99.6%） 分别上升或下降为98.9%（97.95%，99.4%）、97.8%（96.1%，98.8%）、87.5%（82.4%，90.45%）、73.1%（67.6%，78.45%）、52.8%（50.8%，57.55%）， 差异有统计学意义（P＜0.05）。当往脚方向偏移1、2、3、5、7、10 mm 后，伽玛通过率下降为95.3%（90.55%，97.2%）、86.4%（80.65%，91.85%）、78.6%（74.4%，81.7%）、65.9%（64.8%，68.05%）、57.4%（53.4%，60.5%）、46.5%（40.65%，51.05%），差异有统计学意义（P＜ 0.05）。从图3 可以看出，偏移量绝对值越大，计划的伽玛通过率就越低；当头方向偏移达到5 mm、脚方向偏移达到2 mm 时，伽玛通过率＜90%。当头、脚方向偏移达10 mm 时，伽玛通过率仅50%左右。脚方向偏移比头方向偏移带来更大的伽玛通过率下降。对比图2、图3 可看出，相比于左右方向的偏移，ArcCHECK 的剂量验证结果受头脚方向的偏移影响更大。

表3 带入Y 方向偏移后伽玛通过率的正态性检验结果

表4 ArcCHECK 验证结果Y 方向平移后伽玛通过率

图3 Y 方向不同偏移量下的伽玛通过率

3 讨论

宫颈癌是第四大最常诊断的癌症，也是妇女癌症死亡的第四大原因，2020 年全球大约有60.4 万例新发病例和34.2 万例死亡病例[13]。外照射放射治疗（external beam radiation therapy，EBRT）和近距离放疗（brachytherapy，BT）联合化疗是中晚期宫颈癌的标准治疗方法[4]。在宫颈癌的外照射放疗中，直肠、小肠、膀胱、卵巢、骨髓等器官都是需要保护的正常器官，否则剂量太高会造成肠炎、膀胱炎、白细胞降低等放疗副反应。

HT 是一种新的放射治疗方式，它使用螺旋360°传递射线。HT 放疗技术中气动多叶准直器的快速打开和关闭使TOMO 能够针对复杂形状的肿瘤区域给予治疗剂量，而正常器官的受照剂量可以更低。LI 等[5]比较了HT 与传统调强放疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）对中晚期宫颈癌患者剂量学和癌症控制结果的影响，得出HT 组有更好的肿瘤靶区适形度和均匀性，对卵巢有较强的保护作用，直肠炎和白细胞减少的急性放射损伤明显降低，放射性小肠结肠炎和膀胱炎的慢性放射损伤较低。CHENG 等[6]也发现HT 相比于传统的三维适形放疗（3-Dimensional conformal radiation therapy，3DCRT）和VMAT，直肠受照剂量更低，二级以上急性腹泻发生的概率也更低。HT 技术似乎是治疗中晚期宫颈癌的一个很好的选择。

然而，由于现代放疗技术的固有复杂性，HT 增加了对患者特异性剂量验证的需求，对剂量验证和摆位精度也提出了更高的要求。放疗流程的质量控制不仅包含了计划中剂量的控制，治疗中摆位误差的控制也非常重要。

美国医学物理学会（American Association Of Physicists In Medicine，AAPM）第119 号和218 号工作组报告建议在DD 3%、DTA 3 mm 的标准下，剂量验证的全局伽玛通过率≥90%才能执行[14]。而放疗计划的精准传递依赖于患者摆位精度，因为摆位精度关系到剂量的准确传递，从而影响肿瘤靶区、危及器官的受照剂量[15]。例如，在乳腺癌全乳切除术后的放疗中，摆位误差就会带来不同程度的靶区剂量影响、心脏及其亚结构以及肺部的剂量变化和正常组织并发症概率上升[16]。

传统剂量验证采用的是胶片验证，ArcCHECK 作为一种专门用于检测旋转放疗的探测器阵列，也已广泛应用于HT 放疗计划的剂量验证[17-19]。在这项研究中，当对ArcCHECK 的验证结果在SNC Patient 软件中模拟摆位误差时，伽玛通过率随着偏移的增加而迅速下降。当左、右偏移误差≥7 mm 时，伽玛通过率就会＜90%；当头方向偏移≥5 mm、脚方向偏移≥2 mm 时，伽玛通过率也会下降至＜90%。微小的偏移使伽玛通过率明显下降，说明摆位精度对剂量验证结果影响很大。而脚方向的偏移比头方向的偏移带来更大的伽玛通过率下降，可能是因为Y 方向的激光灯存在一些误差，因为国标的激光灯有≤1 mm 的容差范围。若Y 方向激光灯存在1mm 的误差，造成验证时ArcCHECK 的1mm 摆位误差，因而头、脚方向偏移造成的通过率下降呈不对称分布。同时，与左右方向的偏移相比，ArcCHECK 的剂量验证结果对头脚方向的偏移更加敏感。ZHOU 等[20]对多中心全脑全脊髓VMAT 放疗的摆位误差影响使用ArcCHECK 进行了研究，发现当头脚方向摆位误差3 mm 时，会造成交界野处±10%的剂量误差；当误差达到5 mm 时，会造成35%的剂量误差。文章中体现了国家癌症中心/ 国家肿瘤质控中心2019 年发布的《NCC/T-RT 005—2019 调强放疗剂量验证实践指南》、《NCC/T-RT 003—2019 螺旋断层放疗系统的质量保证》和AAPM 2018 年发布的《基于调强放疗验证测量的容差限值和方法：AAPM 工作组第218 号建议》的执行标准。

综上所述，在使用ArcCHECK 进行HT 剂量验证时，尤其要注意摆位精度，并确保激光灯位置的准确性。在治疗患者时，更应确保摆位精度，避免产生剂量偏差，这种超出理论情况的偏差可能影响肿瘤治疗效果或造成不必要的正常器官照射。本研究的局限性在于只是宏观地分析了宫颈癌计划的伽玛通过率，对于计划中具体的靶区、危及器官的照射剂量受偏移的影响尚未研究，后续可采用一些其他软件进行剂量体积直方图方面的研究。