孟慧鵬董化江孫小喆鄭愛青梁克明

1（天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院 天津 300072）2（武警后勤學(xué)院附屬醫(yī)院放療中心 天津 300162）3（武警后勤學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室 天津 300309）

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次要聯(lián)鎖對頭部腫瘤容積調(diào)強(qiáng)治療中劑量驗(yàn)證的影響

孟慧鵬1,2董化江1,3孫小喆2鄭愛青2梁克明2

1（天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院 天津 300072）
2（武警后勤學(xué)院附屬醫(yī)院放療中心 天津 300162）3（武警后勤學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室 天津 300309）

摘要隨機(jī)選取50例頭部腫瘤患者的驗(yàn)證計(jì)劃，采用PTW電離室矩陣進(jìn)行驗(yàn)證，以1% / 1 mm、2% / 2 mm 和3% / 3 mm 3種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行g(shù)通過率分析。3種標(biāo)準(zhǔn)各5組驗(yàn)證結(jié)果的g通過率（驗(yàn)證時(shí)人為隨機(jī)中斷1次、2次、3次、4次、5次）與正常驗(yàn)證的結(jié)果行配對T檢驗(yàn)分析。分析發(fā)現(xiàn)3種標(biāo)準(zhǔn)各5組配對檢驗(yàn)結(jié)果的g通過率均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t值12.647～62.911, p<0.001)。結(jié)果提示，次要聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)繼續(xù)進(jìn)行劑量驗(yàn)證對g通過率有明顯影響，建議頭部腫瘤放療中次要聯(lián)鎖頻繁發(fā)生時(shí)應(yīng)停機(jī)排除故障后再治療。

關(guān)鍵詞次要聯(lián)鎖，頭部腫瘤，容積調(diào)強(qiáng)，通過率

基金資助：武警后勤學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(WHTD201308-2)資助

第一作者：孟慧鵬，男，1981年10月出生，2011年于南開大學(xué)獲得碩士學(xué)位，目前為天津大學(xué)博士研究生，主要從事腫瘤放射治療物理學(xué)及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究工作，物理師、高級工程師，E-mail: hongyi1218@163.com

Supported by Project of Scientific Research Innovation Team of Logistics University of CAPF (WHTD201308-2)

First author: MENG Huipeng (male) was born in October 1981 and received his master degree from Nankai University in 2011. Now he is a doctoral candidate at Tianjin University, majoring in radiotherapy physics for tumor and network-related research; physicist and senior engineer. E-mail: hongyi1218@163.com

次要聯(lián)鎖是直線加速器治療時(shí)較常見的聯(lián)鎖，這類聯(lián)鎖通?？梢郧宓艉罄^續(xù)治療?；谌莘e調(diào)強(qiáng)(Volumetric modulated arc therapy, VMAT)的快速旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)(RapidArc)放療新技術(shù)推向臨床后，它高效、快捷的特點(diǎn)在保證靶區(qū)和危及器官劑量要求情況下極大縮短了治療時(shí)間，提高了治療效率，改善了相對生物效應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于腫瘤的放射治療中，包括頭部腫瘤[1-4]。劑量驗(yàn)證是調(diào)強(qiáng)放療前不可缺少的一部分，通常包括絕對劑量和相對劑量的驗(yàn)證，相對劑量驗(yàn)證最常見的標(biāo)準(zhǔn)為g通過率[5-8]。本研究隨機(jī)選取50例頭部腫瘤患者的驗(yàn)證計(jì)劃，用PTW電離室矩陣進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證過程中人為的隨機(jī)中斷1～5次出束，用于模擬治療過程中出現(xiàn)次要聯(lián)鎖的情況，將這5組g通過率與正常驗(yàn)證的g通過率進(jìn)行比較分析，分析次要聯(lián)鎖對頭部腫瘤劑量驗(yàn)證g通過率的影響。

1 材料和方法

1.1 材料

驗(yàn)證計(jì)劃使用Varian公司Eclipse 10.0版本的計(jì)劃系統(tǒng)生成；設(shè)備采用Varian公司的Clinac IX直線加速器，能量選擇6 MV X-射線，劑量率為600 MU/min；測量工具采用PTW公司的八角模體和OCTAVIUS Detector 729矩陣；g指數(shù)分析軟件為PTW公司的 5.1版本Verisoft軟件；隨機(jī)選取50例頭部腫瘤患者的驗(yàn)證計(jì)劃，這些病例均在中心接受過RapidArc治療，起止日期為2012年12月至2015年10月。

1.2 方法

1.2.1 計(jì)劃生成及驗(yàn)證

將50例頭部腫瘤病例通過Eclipse系統(tǒng)生成PTW電離室矩陣驗(yàn)證計(jì)劃并導(dǎo)出對應(yīng)的通量圖。為保證驗(yàn)證的準(zhǔn)確性，測量前對加速器及驗(yàn)證設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)，同時(shí)測量前檢測校準(zhǔn)機(jī)器機(jī)械參數(shù)、劑量輸出特性等，確保機(jī)器性能穩(wěn)定。將電離室矩陣置于PTW八角模體中，在加速器SAD=100 cm處，按照常規(guī)流程對50例RapidArc計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證，將結(jié)果保存為后綴名為mcc的文件供后續(xù)評估。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與評估方法

每一個(gè)病例進(jìn)行6次數(shù)據(jù)采集，按照常規(guī)流程采集1次，其余5次為采集過程中隨機(jī)中斷出束一定次數(shù)得到，且每次中斷暫停10 s后繼續(xù)出束。分別中斷1次、2次、3次、4次、5次記錄5組數(shù)據(jù)，用于模擬治療過程中出現(xiàn)對應(yīng)次數(shù)的次要聯(lián)鎖，中斷暫停10 s后繼續(xù)采集，以模擬常規(guī)清除次要聯(lián)鎖的操作時(shí)間。用標(biāo)準(zhǔn)為1% / 1 mm、2% / 2 mm、3%/ 3 mm的3種標(biāo)準(zhǔn)對采集結(jié)果進(jìn)行g(shù)指數(shù)分析。為確保驗(yàn)證的準(zhǔn)確性，最終給出結(jié)果前均通過軟件進(jìn)行必要的修正，得到兩種標(biāo)準(zhǔn)各6組g通過率數(shù)據(jù)。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

用SPSS19.0軟件計(jì)算得到均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)。非正常采集得到的5組驗(yàn)證結(jié)果分別與正常采集的驗(yàn)證結(jié)果行配對T檢驗(yàn)分析，當(dāng)p<0.05時(shí)認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

50例病例3種比對標(biāo)準(zhǔn)得到的各6組數(shù)據(jù)列于表1中。由表1可知，常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)3% / 3 mm通過率均在95%以上，滿足臨床要求；更嚴(yán)格的2% / 2 mm標(biāo)準(zhǔn)的通過率均在90%以下；1% / 1 mm標(biāo)準(zhǔn)的通過率均在50%以下。3種方法的驗(yàn)證結(jié)果示例如圖1所示。由圖1可見，3種標(biāo)準(zhǔn)的通過率隨著中斷次數(shù)的增加呈遞減趨勢，中斷次數(shù)越多通過率越低，且部分正常驗(yàn)證時(shí)不通過的點(diǎn)，在出現(xiàn)中斷時(shí)變成了通過的點(diǎn)；出現(xiàn)1次中斷后通過率即明顯下降，在2% / 2 mm的標(biāo)準(zhǔn)下表現(xiàn)得的更直觀。T檢驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，5組配對T檢驗(yàn)的結(jié)果均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，t值最小為12.647，最大為62.911，p值均小于0.001。

表1　三種標(biāo)準(zhǔn)的g通過率Table 1　Gamma pass rates of three kinds of standard

表2　T檢驗(yàn)結(jié)果Table 2　Results of T-test

3 討論

次要聯(lián)鎖是直線加速器治療時(shí)較常見的聯(lián)鎖，如MOTN、MLC、DS12、DPSN、ISPN等。這類聯(lián)鎖通常可以通過10 s內(nèi)的簡單操作清掉后繼續(xù)治療（除非設(shè)備出現(xiàn)真正的硬件故障）；而MLC電機(jī)發(fā)生故障時(shí)同樣會報(bào)MLC聯(lián)鎖，這種聯(lián)鎖并不能直接清除，本研究討論的范圍僅限于能夠直接清掉繼續(xù)治療的次要聯(lián)鎖?？焖傩D(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)廣泛應(yīng)用于放射治療后，由于其高精度使得非常規(guī)劑量的大分割、超大分割照射成為可能，給放射治療帶來了更高的治療增益比，包括頭部腫瘤[1-4]。頭部腫瘤的放療，由于其內(nèi)部敏感器官眾多，如腮腺、脊髓、腦干、晶體、視神經(jīng)、視交叉、淚腺等，還有一些耐受量非常低的敏感器官像晶體，因此要求治療時(shí)的精度更高。精度通常包括位置精度和劑量精度。為保證劑量精度通常會在治療前進(jìn)行劑量驗(yàn)證，包括絕對劑量和相對劑量的驗(yàn)證，本研究主要探討相對劑量驗(yàn)證。相對劑量驗(yàn)證最常見的標(biāo)準(zhǔn)為g通過率[5-8]，通常認(rèn)為3% / 3 mm標(biāo)準(zhǔn)的g通過率在90%以上即滿足臨床需求，通常三甲醫(yī)院放療科根據(jù)所在單位的設(shè)備和人員實(shí)際情況，會提高該通過率標(biāo)準(zhǔn)。g通過率的高低直接體現(xiàn)出治療計(jì)劃與實(shí)際治療間的差異，因此，一旦某種因素的介入引起了通過率的變化，尤其是引起通過率降低的情況，則患者接受到的是欠劑量的治療，將引發(fā)后續(xù)的潛在負(fù)面影響。

本研究結(jié)果顯示，當(dāng)出現(xiàn)次要聯(lián)鎖后，清掉聯(lián)鎖繼續(xù)治療導(dǎo)致g通過率降低，次數(shù)越多降低越多，尤其出現(xiàn)第1次中斷時(shí)更為明顯。用于本研究的驗(yàn)證設(shè)備的有效探測面積為27 cm × 27 cm，分辨率為10 mm，通過特殊的4步合成測量可以達(dá)到5 mm的分辨率，實(shí)際應(yīng)用中，這種驗(yàn)證方法也有許多缺點(diǎn)[9]。但是由于電離室矩陣和半導(dǎo)體矩陣方便快捷、設(shè)備可重復(fù)利用、數(shù)字化程度高等特點(diǎn)，仍然是近年來調(diào)強(qiáng)放療劑量驗(yàn)證的主流方法[10-12]，本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)治療中出現(xiàn)次要聯(lián)鎖時(shí)雖然按照常規(guī)的3% / 3 mm標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證結(jié)果仍然滿足臨床要求，但是與正常驗(yàn)證的結(jié)果比較其平均通過率隨著出現(xiàn)次要聯(lián)鎖次數(shù)的增加降低比例為1.7%～2.9%，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)為2% /2 mm和1% / 1 mm時(shí)降低的比例更大，達(dá)到了3.7%～7.9%和5.2%～16.1%，僅此一項(xiàng)就給治療引入較大的不確定度，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)引起重視。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是多方面的，從實(shí)際應(yīng)用的角度分析，發(fā)生次要聯(lián)鎖時(shí)應(yīng)該是以下兩個(gè)主要因素在起作用：第一，加速器從開始出束到出束穩(wěn)定需要一個(gè)過程，這個(gè)階段的劑量和實(shí)際需要的劑量會有很大偏差，而次要聯(lián)鎖多次出現(xiàn)則使連貫的治療增加了數(shù)次這樣的不確定因素；第二，VMAT治療時(shí)，MLC是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的，盡管Varian公司Millennium_120 MLC控制的葉片到位精度非常精準(zhǔn)，但是當(dāng)次要聯(lián)鎖突然出現(xiàn)時(shí)，還是對MLC的實(shí)際到位時(shí)間和停留時(shí)間造成了一定程度的影響。像頭部腫瘤這種要求精度非常高的病種，此影響應(yīng)引起重視。同時(shí)筆者也注意到Varian公司的Clinac IX加速器，本身可以執(zhí)行在一個(gè)弧內(nèi)產(chǎn)生兩段大于15°的BEAM OFF 區(qū)域，即機(jī)架旋轉(zhuǎn)，但是不出射線，也相當(dāng)于引入了1次或者2次機(jī)器出束從無到有，從有到無的過程。但這種情況并沒有明顯影響g通過率：第一，這種情況治療中斷過程中MLC是實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的，上述提到的第2個(gè)因素可以忽略；第二，前饋性的、可預(yù)見性的BEAM OFF，在輸出控制文件時(shí)已經(jīng)做了一定的處理。這種情況顯然和發(fā)生次要聯(lián)鎖引起的突發(fā)性BEAM OFF有本質(zhì)的區(qū)別。

本研究中增加的不通過點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)有任何規(guī)律性，有些在正常驗(yàn)證時(shí)未通過的點(diǎn)，有中斷出現(xiàn)時(shí)反而變成了通過的點(diǎn)，甚至有些病例在中斷一次后，靶區(qū)內(nèi)原本是通過或者劑量偏高的點(diǎn)變成了欠劑量點(diǎn)。事實(shí)上當(dāng)VMAT治療時(shí)，某一個(gè)角度出現(xiàn)的劑量減少或者增加可以理解為該角度的劑量權(quán)重發(fā)生了變化，必將影響最終的劑量分布，這種變化不僅會影響靶區(qū)劑量分布，也會影響敏感器官的劑量分布，在頭部腫瘤的VMAT治療中應(yīng)引起重視。另外還發(fā)現(xiàn)，隨著次要聯(lián)鎖發(fā)生（中斷治療）次數(shù)的增加，γ通過率的減少量越來越低，其原因應(yīng)是中斷次數(shù)越多，二維電離室矩陣放置于采集環(huán)境中的時(shí)間就越長，采集過程中二維電離室矩陣接收到的機(jī)房散射線就越多，對驗(yàn)證結(jié)果造成了干擾。去除這些干擾，γ通過率實(shí)際降低的比例應(yīng)該比本研究的結(jié)果更高。

綜上所述，發(fā)生次要聯(lián)鎖后清除聯(lián)鎖繼續(xù)治療對頭部腫瘤劑量驗(yàn)證有較明顯影響，提示次要聯(lián)鎖發(fā)生較頻繁時(shí)應(yīng)停機(jī)排除故障后再行治療。

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Effects of secondary interlocking on the dose verification of head tumor in the treatment of volumetric modulated arc therapy

MENG Huipeng1,2DONG Huajiang1,3SUN Xiaozhe2ZHENG Aiqing2LIANG Keming21(School of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)2(Radiotherapy Center, the Affiliated Hospital of Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300162, China)
3(Department of Anthropotomy and Histoembryology, Logistics University of Chinese People’s Armed Police Force, Tianjin 300309, China)

ABSTRACTThe data of dose verification for head tumor in the treatment of volumetric modulated arc therapy (VMAT) were compared to analyze whether or not the statistics difference of gamma passing rates exists when the secondary interlocking occurs. The verification planned for head tumor of 50 patients was used for testing and verifying with the chamber array detector from PTW(PTW Detector 729). Five comparative experiments were performed for each pair of the three standards. The gamma passing rate of 1% / 1 mm, 2% / 2 mm, 3% / 3 mm and T-test were used in the quantitative analysis. Statistical differences were found for all measurements of the three standards paired groups (t value range: 12.647～62.911, p<0.001). The comparative analysis showed that the gamma passing rates were affected significantly when the secondary interlocking occurred. It is suggested that the treatmentbook=42,ebook=11should be stopped until troubleshooting when the secondary interlocking occurred frequently in the radiotherapy.

KEYWORDSSecondary interlocking, Head tumor, Volumetric modulated arc therapy(VMAT), Pass rate CLC TL72

收稿日期：初稿2015-10-22，修回2015-12-14

DOI:10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.020202

中圖分類號TL72