上海交通大学医学院附属瑞金医院放疗科 上海 200025
摘要：目的：研究PTW Octavius模体配合729阵列组成的4D验证系统在IMRT剂量验证中的可行性。方法：随机选取16例肿瘤病人的IMRT计划，移植至Octavius模体生成验证计划，在瓦里安EDGE加速器上进行验证治疗，在VeriSoft软件里对测量结果进行分析，比较剂量偏差为2%、3%、4%，相应吻合距离为2、3、4mm，阈值偏差为10%条件下的γ通过率，并且比较不同方向的profile曲线吻合度，观察有无偏差过大的情况。结果：16例病人按剂量偏差3%、吻合距离3mm、阈值偏差10%标准，γ通过率均数为95.1%，在相应的平面上测量的和计划的剂量分布相对一致，不同方向profile曲线基本吻合。结论：PTW Octavius模体配合729阵列组成的4D验证系统可以满足临床上IMRT的剂量验证要求，是调强计划验证的有效工具。
关键词：Octavius4D系统；调强放射治疗；剂量验证；γ通过率
Application study of the Octavius 4D system in dose verification of IMRT for varian accelerator EDGE Shen Wentong，Jiang Xuming，Chen Yi
Department of Radiation Oncology，Ruijin Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine，Shanghai 200025，China
Corresponding author：Chen Yi，Email：cy40313@rjh.com.cn
【Abstract】Objective：To research the feasibility of dose verification in IMRT for using the PTW Octavius4D system with Octavius phantom conbined 729 array. Meyhods：Randomly choised IMRT plans of 16 tumor patients，then the plans were transplanted to Octavius phantom and the verification plans were produced，they were verified treatment on the varian accelerator EDGE，then analysed results of measurement in VeriSoft software，we compared the γpassing rate for planned and measured results in different conditions：the dose deviations were 2%，3%，4%，the corresponding fitting distances were 2，3，4mm，and the threshold deviation was 10%，also we compared goodness of fit for curves of profile in each direction，observed whether there were overlarge deviation conditions. Results：The averaged Gamma passing rate of the 16 patients was 95.1% in the case 3%/3mm at TH10，and the dose plane distributions of measured and planned were relatively matched well，the profile curves in different direction were also fitted well. Conclusions：The PTW Octavius4D system with Octavius phantom conbined 729 array can meet the clinical dose verification for IMRT，and it is an effective tool for IMRT plan dose verification.
【Key words】Octavius4D system；Intensity modulated radiation therapy；Dose verification；γpassing rate
近年来调强精确放射治疗技术发展迅速，静态IMRT、动态IMRT、旋转弧形调强VMAT、ARC等技术相继出现并快速投入临床应用，为确保临床治疗安全，这些新技术使用前都需要进行验证，特别是VMAT、ARC技术以连续旋转方式，同时旋转机架、同时MLC叶片运动、剂量率还同时调整，从而面临的不确定因素更多，这样就对负责QA、QC的质控人员提出了更高的要求。目前文献报导用于调强验证的设备主要为Mapcheck、Matrixx、Delta-4、Arc-CHECK、Compass等[1-3]，本研究主要基于德国PTW公司的Octavius 4D验证系统用于我院新购入的美国Varian公司EDGE加速器的临床应用研究，通过对16例肿瘤患者的调强计划的剂量验证，比较分析各项指标，得出PTW Octavius 4D系统在调强验证技术中的可行性，为临床上调强验证提供一种有效的工具。
1材料与方法
1.1验证设备
（1）德国PTW公司729探测器（PTW Dosimetry Systems，Freiburg）阵列，物理尺寸2.2 cm（厚）x30 cm（宽）x42 cm（长），有效参考点位于阵例表面下0.75 cm处，共有729个立方形空气电离室，每个电离室体积为0.5 cm x0.5 cmx0.5 cm，分布在一个有效测量面积为27 cm x27 cm的平面上，各电离室中心间距为1 cm，测量量程为0.5~48.0 Gy/min，探测器剂量分辨率为1 mGy且无限制剂量上限。
（2）德国PTW公司Octavius4D验证模体，形状为圆柱形等效固体水，圆柱的长度为34.3 cm、直径32 cm，可以360度旋转，CT值为16，相对电子密度1.016，物理密度1.05 g/cm3，带一个固定在机架上的角度传感器，测量时用来感知机架角；上述729阵列插入模体中，测量时能始终保持射线束与探测面垂直，消除探测器的方向依赖性。阵列测量得到的每个机架角度的平面剂量在分析时与百分深度剂量曲线融合重建，最终生成模体内的三维剂量分布。
（3）德国PTW公司VeriSoft7.1分析软件，主要用γ值分析比较工具，按多种偏差标准来计算计划与实测的通过率，可以提供多种剂量分布的比较，包括模体不同层面和层面上的各种方向的profile：左右、头脚、前后、正、负斜对角线，另外还提供结果的直方图分析等。
1.2治疗计划选择
所有的病人调强计划均使用varian Eclipse TPS 13.6.32版本设计，调强方式为滑窗式（Sliding Window）或旋转弧形调强（ARC），加速器为varian EDGE，序列号为SN3061，随机选取16例计划包括胃癌、食道癌、鼻NK/T细胞淋巴瘤、肺癌、宫颈癌、直肠癌等，其中12例是Sliding Window，其余4例是ARC。剂量算法采用varian AAA算法，计算网格为2.5 mm，计划设计结果使得靶区与关键器官均符合临床要求。
1.3验证设备测量前准备
新装的EDGE加速器通过校验，各项参数符合瓦里安机器验收标准，机器性能稳定。在ECLIPSE里虚拟重建一个Octavius 4D模体，模体的相对电子密度设为已知的1.016。本次EDGE加速器配的是QFIX公司Clapiso六维治疗床，在模体下虚拟加入此加速器的Clapiso治疗床，床的性能参数与本加速器相匹配，以使计划设计和剂量计算时考虑到治疗床的影响。在Eclipse里设计一个X线06 MV，10x10 cm，照射中心位于Octavius模体中心，SAD=100 cm，深度为16 cm，机架角度为0度200 MU的照射野，TPS计算剂量得到一个参考值，然后此值输入到VeriSoft软件中；将要验证的病人计划移植到此Octavius 4D模体，按步骤生成验证计划，再生成RTdose文件并输出到VeriSoft7.1分析软件中。729探测器及Octavius模体在加速器上按要求摆位，之后需进行冷本底和热本底的预热，热本底用27 cmx27 cm照射野X线06 MV、500 MU照射模体，使其达到电离平衡状态以确保探测器的充分响应[4]。每次测量之前要对加速器的输出剂量和探测器响应进行一致性校准，比较上述计划系统下10x10 cm射野，SAD=100 cm，深度为16 cm，200 MU计算得到的参考值与按照此计划实际照射下探测器测量得到的值，两者应接近。
1.4验证设备测量与分析
将Octavius4D验证系统按照PTW公司的设备要求，进行联接摆位，在瓦里安EDGE操作台上调取相应的病人验证计划，用QA模式模拟实际的计划治疗，同时在VeriSoft软件里操作记录每个病人的剂量验证结果。然后在软件里进行测量的剂量分布与Eclipse计算的剂量分布比较，采用基于Pdd曲线的一种专有算法，每个角度下探测到的平面剂量数据最终融合重建成三维剂量分布。用软件提供的3D功能计算各种条件下的指标：剂量偏差为2%、3%、4%，相应吻合距离为2、3、4 mm，阈值偏差为10%条件下的γ通过率，并且利用profile工具比较不同层面左右、枪靶、正、负斜对角线剂量分布曲线实测与计划的吻合程度，观察有无偏差过大的情况出现。
1.5统计方法
采用临床医生统计学助手5.0版分析测量数据在上述不同偏差、吻合条件下的γ通过率。
2结果
16例患者的调强计划剂量验证通过率见表1。采用文献建议的剂量偏差3%、吻合距离3 mm、阈值偏差10%条件下的γ通过率≥90%作为计划验证是否通过的标准，通过则该计划临床上可以执行治疗。从表中可看出16例不同肿瘤的病人按此标准，γ通过率均数为95.1%，标准差为0.9%，最小值为93.5%，最大值为97%，均可以达到标准允许临床治疗。进一步分析2 mm/2%条件下，通过率为82.6%±2.2%；3 mm/4%和4 mm/4%下分别为97.1%±0.8%、99.1%±0.4%，说明标准提高则通过率下降，降低则通过率明显提高。选择1例患者食道癌计划与验证实测的剂量分布其结果（图1、图2）相对一致，并且比较枪靶、左右、正、负斜对角线profile剂量分布曲线实测与计划的吻合程度（图3至图6），显示剂量较差区域主要集中在高剂量范围，广泛的低剂量区域曲线符合得很好。
表1 16例病人调强计划不同偏差条件下的γ通过率（%）
3讨论
随着ARC技术的出现，IMRT验证变得尤为重要，以矩阵探测仪为主的验证设备已成为IMRT验证的主流。有文献报道以PTW729阵列与Octavius模体组合的4D验证系统作为IMRT验证的设备是有效的、稳定的、可靠的[4]。本研究就是采用这套组合对随机选取的16例病人进行剂量验证，γ值分析比较时阈值偏差之所以选择10%条件下，原因是10%以下的剂量区域为射野发出的散射线区域，临床上剂量贡献极小，可以不予考虑；而10%以上的剂量区域是计划射野的照射范围，是临床上必须关注的区域。
本研究按照3 mm/3%的IMRT验证标准来分析16例病人不同肿瘤、不同处方剂量下测量与计划的γ通过率，结果为95.1%±0.9%显示出计划与实测较好的一致性，之所以选择此标准是依据AAPM的TG119号报告和Baran等的报道，采用3 mm/3%条件下γ通过率≥90%作为计划验证是否通过的标准是合理的。进一步分析γ验证通过率受以下三重因素的影响：（1）计划剂量分布的复杂度、剂量梯度的变化度，计划剂量分布越复杂、剂量梯度越大则通过率越低，反之则越高。（2）加速器的机器性能状态，如各项机械参数的准确性，主要是MLC的到位精度、机架、准直器的等中心精度，这其中尤其是MLC的到位精度影响较大[5]；另外出束剂量准确性也是影响的一个重要因素。（3）验证过程模体的摆位误差，测量设备本身的误差。
比较本研究通过率有二例第12例和第10例最低，分别为93.5%、94.3%，分析发现这两例计划均为食道肿瘤，比较这16例病人的计划发现就是这二例食道肿瘤计划剂量分布最复杂、计划剂量分布梯度变化最大。这正好印证了上述第一大因素，本次研究是在我科瓦里安加速器EDGE新装的状态下进行的，EDGE正好进行了全面的系统性的厂家参数验收，其机械参数是准确无误的，加速器剂量也刚刚校准过，所以上述第二大因素基本可以排除。按照第三大因素，验证过程中Octavius模体摆位误差是有可能的，不过操作中已经尽量避免。
VeriSoft软件能提供横断面、矢状面、冠状面三个面的剂量分布对比图，每个面还能进行计划和测量的profile曲线剂量分布比较。笔者采用普遍使用的横断面进行剂量分析，以1例食道肿瘤为例，图1和图2显示测量和计划的剂量分布总体上相对一致；再从横断面上选取的不同方向profile曲线看，图3至图6曲线低剂量区高度吻合，高剂量区吻合度较差，这说明Octavius系统的计算精度与最终阵列测量精度存在差异，有文献报道测量设备的探测器体积大小和之间的间距与IMRT计划子野最小宽度的差距会带来误差[2]。本研究729探测器探头体积为0.5 cm x0.5 cm x0.5 cm，间距为1cm，空间分辨率较低，必然导致探头之间的实际剂量测量不到，系统会在探头之间进行插值处理，这就会导致实际的剂量和测量剂量之间的差别，这正好说明了上述第三大因素测量设备本身的误差也是原因之一。要克服这个因素必须要采用比729探测器更小的探头体积和间距，以及更多的探头数量来提高空间分辨率，从而获得更精确的测量结果。
另外需特别指出的是图3至图6中曲线两侧边缘出现较大的分离情况，这是由于PTW729阵列的有效测量面积为27 cmX27 cm，而Octavius4D固体水旋转模体的直径为32 cm，超出了探测范围导致的。附加分析2 mm/2%条件下，通过率为82.6%±2.2%；3 mm/4%和4 mm/4%下分别为97.1%±0.8%、99.1%±0.4%，说明相对于标准条件3mm/3%分析标准提高则通过率下降，降低则通过率明显提高。
综上所述，按照剂量偏差3%、吻合距离3mm、阈值偏差10%条件下、γ通过率≥90%作为计划验证是否通过的标准，通过本次EDGE加速器上16例病人的验证结果，可以认为PTW729阵列与Octavius模体组合的这套4D验证系统可以满足临床上IMRT的剂量验证要求，是一套调强计划验证的有效工具。
参考文献：
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论文作者:沈文同,蒋徐铭,陈毅
论文发表刊物:《健康世界》2018年22期
论文发表时间:2018/12/4
标签：剂量论文; 计划论文; 测量论文; 偏差论文; 通过率论文; 加速器论文; 条件下论文; 《健康世界》2018年22期论文;