劉穎，孫海濤，鄧青萍，袁玲，張紅利，徐瑤瑤，張曉鵬，王鑫，石興源

1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院放射治療科，廣東廣州510700；2.中山市中醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像放療室，廣東中山528400；3.惠州市中心人民醫(yī)院設(shè)備科，廣東惠州516001

前 言

隨著放射治療（以下簡(jiǎn)稱放療）技術(shù)的發(fā)展，放療在腫瘤治療中的地位不斷提升，放射治療技術(shù)從最初的適形放射治療，發(fā)展為調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT［1］）和容積調(diào)強(qiáng)放射治療（VMAT）。立體定向放射治療（SBRT）是比調(diào)強(qiáng)放射治療精度要求更高和技術(shù)更復(fù)雜的放射治療技術(shù)。IMRT治療技術(shù)分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)兩種，目前廣泛使用的動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)特點(diǎn)是保持機(jī)架角固定，多葉光柵（MLC）走位時(shí)同時(shí)出束，且不斷調(diào)節(jié)射束強(qiáng)度［2］，VMAT技術(shù)在IMRT技術(shù)上，加入機(jī)架角的旋轉(zhuǎn)，因此IMRT 和VMAT 治療計(jì)劃執(zhí)行前，需驗(yàn)證放療計(jì)劃劑量準(zhǔn)確性，以確保MLC 的走位、射束強(qiáng)度等所有機(jī)械參數(shù)準(zhǔn)確執(zhí)行。SBRT 技術(shù)在VMAT 技術(shù)上，加入床角的旋轉(zhuǎn)，即采用非共面照射技術(shù)［3］，因此計(jì)劃復(fù)雜度更高。IMRT 和VMAT 計(jì)劃多采用FF（Flattening Filter）模式，而SBRT 計(jì)劃采用FFF（Flattening Filter Free）模式，F(xiàn)FF 模式下，未使用均整塊處理射束，使得出射的射束強(qiáng)度中間高，周圍低［4］，因此射線的特點(diǎn)與FF 有較大區(qū)別［5］。與FF 相比，F(xiàn)FF模式［6］具有高劑量率、機(jī)頭散射低、漏射少、射野外劑量小等優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使得FFF 模式下，靶區(qū)外劑量跌落更迅速，細(xì)小的誤差都會(huì)導(dǎo)致較大的劑量差別，因此劑量驗(yàn)證的要求更高。SBRT 計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程的可靠性受床旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、機(jī)架旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、旋轉(zhuǎn)速度、劑量率穩(wěn)定性、MLC 到位精度的準(zhǔn)確性［7］等多種因素的影響。為保證SBRT 計(jì)劃能夠可靠執(zhí)行，需在病人治療前進(jìn)行嚴(yán)格的治療計(jì)劃驗(yàn)證。目前能用于計(jì)劃驗(yàn)證的設(shè)備較多，如ARCCHECK（Sun nuclear）［8］、OCTAVIUS（PTW）［9］、Delta4（Scandidos）［10］、基于EPID 的設(shè)備［11］等。這些設(shè)備都是以γ 通過(guò)率為計(jì)劃驗(yàn)證［12］通過(guò)與否的指標(biāo)，但目前絕大多數(shù)工作者只關(guān)注總的通過(guò)率，而未深入分析γ 通過(guò)率的特點(diǎn)。

IMRT 和VMAT 一般用于治療靶區(qū)相對(duì)較大，單次劑量小的腫瘤，低劑量區(qū)和高劑量區(qū)的比例較均衡，SBRT 計(jì)劃一般常用于治療腫瘤較小的靶區(qū)，靶區(qū)處方劑量高，劑量跌落快，低劑量區(qū)的比例遠(yuǎn)大于高劑量區(qū)［13］。目前用γ通過(guò)率為指標(biāo)，驗(yàn)證放療計(jì)劃實(shí)際執(zhí)行時(shí)的劑量分布與TPS 計(jì)算的劑量分布是否一致，而根據(jù)γ值計(jì)算定義，低劑量區(qū)的γ值一般低于高劑量區(qū)的γ值，γ值越低，γ通過(guò)率越高，低劑量區(qū)的γ通過(guò)率高于高劑量區(qū)。因此，SBRT 計(jì)劃中，低劑量區(qū)的γ通過(guò)率會(huì)掩蓋高劑量區(qū)的γ通過(guò)率。在驗(yàn)證SBRT 計(jì)劃時(shí)，靶區(qū)通過(guò)率容易被低劑量區(qū)的通過(guò)率所掩蓋，且單次劑量越高，低劑量區(qū)劑量的變化越容易被過(guò)度歸一［14］，使得低劑量區(qū)的通過(guò)率越高，越容易掩蓋靶區(qū)的通過(guò)率。為探究SBRT 計(jì)劃劑量驗(yàn)證通過(guò)率的特征，先分析不同閾值下γ通過(guò)率的變化，然后再分析不同的劑量區(qū)間內(nèi)γ通過(guò)率的特征，最后，為探究γ通過(guò)率對(duì)不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量改變的敏感性，以5%為梯度，修改不同劑量區(qū)間內(nèi)的劑量，并重新計(jì)算劑量γ通過(guò)率，計(jì)算出敏感度。

1 材料與方法

SBRT 計(jì)劃驗(yàn)證過(guò)程為將患者放療計(jì)劃移植到均勻水模體上，然后計(jì)算放射治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）計(jì)算的水模體上三維劑量分布（Dt）與計(jì)劃驗(yàn)證設(shè)備重建出的實(shí)際劑量分布（Dp）間的γ通過(guò)率。本實(shí)驗(yàn)中采用PTW 公司的OCTAVIUS 圓柱形均勻水模體，并用其配套的Verisoft 軟件重建出經(jīng)過(guò)OCTAVIUS 的實(shí)際劑量分布，最后在Matlab 中計(jì)算Verisoft 重建出的三維劑量（Dp）與TPS 計(jì)算的三維劑量（Dt）間的γ通過(guò)率，圖1為驗(yàn)證過(guò)程示意圖。

圖1 三維計(jì)劃驗(yàn)證過(guò)程Fig.1 Three-dimensional plan verification

1.1 三維計(jì)劃驗(yàn)證過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)所用直線加速器為美國(guó)Variance 公司的Trilogy（配備60 對(duì)多頁(yè)光柵）［15］，使用的TPS 系統(tǒng)為Eclipse13.6 治療計(jì)劃系統(tǒng)。三維驗(yàn)證設(shè)備為德國(guó)PTW 公司的OVTAVIUS 圓柱形均勻水模體、1600SRS［16］二維電離室矩陣及分析軟件Verisoft。其中1600SRS 二維電離室矩陣由1 381 個(gè)液體電離室組成，電離室大小為0.003 cm3，電離室探測(cè)范圍為15 cm×15 cm，中心6.5 cm×6.5 cm 區(qū)域內(nèi)的電離室較密集，電離室間距為2.5 mm，外圍電離室間距為5.0 mm。Verisoft 軟件可將探測(cè)板采集到的二維劑量分布重建為三維劑量Dp，并可將重建的劑量以DICOM 格式導(dǎo)出。在驗(yàn)證前，需標(biāo)定驗(yàn)證設(shè)備，使用的標(biāo)定工具為比利時(shí)IBA 公司的指型電離室FC65G及DOSE1劑量?jī)x，小水箱，及IBA公司的固體水一套。

PTW 三維計(jì)劃驗(yàn)證時(shí)，首先用CT 掃描OVTAVIUS 模體，將此模體的CT 圖像導(dǎo)入TPS 中，然后將患者計(jì)劃移植到OVTAVIUS 模體CT 集上，得到患者驗(yàn)證計(jì)劃，將此驗(yàn)證計(jì)劃傳入四維集成治療控制臺(tái)（4-D Intergrated Treatment Console, 4DCT）上，對(duì)準(zhǔn)OVTAVIUS 模體中心與直線加速器等中心后，在直線加速器上執(zhí)行患者驗(yàn)證計(jì)劃，并同時(shí)使用1600SRS 二維電離室矩陣采集OVTAVIUS 模體中心層面的劑量分布，在Verisoft 軟件中將1600SRS 采集到的二維劑量分布重建為三維劑量分布（Dp），并計(jì)算Dt與Dp的γ通過(guò)率，流程示意圖見圖2。

圖2 不同閾值下計(jì)算γ通過(guò)率的區(qū)域示意圖Fig.2 Regional diagrams of gamma passing rate calculated under different thresholds

由于SBRT 計(jì)劃精度要求高，在劑量計(jì)算時(shí)，計(jì)算網(wǎng)格大小設(shè)置為1 mm［17］，選用精度更高的AXB劑量計(jì)算算法［18］。劑量驗(yàn)證前，先刻度驗(yàn)證設(shè)備，刻度時(shí)，在治療床上放置5 塊固體水，將指型電離室插入固體水預(yù)留的插孔中，用指型電離室和IBA劑量?jī)x測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)條件（SSD=100，射野大?。?0×10）cm2，水下5 cm）下直線加速器出束200 MU 的劑量?jī)x度數(shù)，再將劑量?jī)x讀數(shù)轉(zhuǎn)換為絕對(duì)劑量。此絕對(duì)劑量用于刻度1600SRS 探測(cè)板，刻度過(guò)程為：首先匹配1600SRS 探測(cè)板中心電離室與加速器絕對(duì)劑量，將OCTAVIUS 模體置于治療床上，調(diào)節(jié)好1600SRS 探測(cè)板，使探測(cè)板水平放置，在探測(cè)板上放置機(jī)架角置于0°，射野大小為（10×10）cm2，劑量率300 MU/min，出200 MU 射束。再導(dǎo)入1600SRS 探測(cè)板校準(zhǔn)文件，匹配所有電離室與絕對(duì)劑量。在4DTC 上執(zhí)行患者驗(yàn)證計(jì)劃，用1600SRS 探測(cè)器采集SBRT 患者驗(yàn)證計(jì)劃在OCTAVIUS中心層面的二維劑量分布，并根據(jù)此二維劑量分布，在Verisoft 軟件中重建出患者驗(yàn)證計(jì)劃在OCTAVIUS 中的三維劑量分布。SBRT 計(jì)劃是非共面射野，但在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，仍保持床角0°［19］，不同床角的射野分開保存，重建時(shí)在Verisoft 軟件中輸入對(duì)應(yīng)的床角，以此重建出三維非共面的劑量分布。最后在Matlab中計(jì)算Verisoft重建出的三維劑量（Dp）與TPS計(jì)算的三維劑量（Dt）間的γ通過(guò)率。

1.2 γ通過(guò)率

γ值是對(duì)比TPS 計(jì)算的劑量分布和驗(yàn)證設(shè)備重建或采集的劑量分布一致性度量函數(shù)，也是目前最常用 于劑量 驗(yàn)證的 指 標(biāo)［20］，γ值的 計(jì)算公 式 如下所示：

計(jì)算局部γ值時(shí)的計(jì)算公式如下所示：

當(dāng)γ小于1 時(shí)，認(rèn)為參考圖像與測(cè)量圖像的兩點(diǎn)間γ檢測(cè)通過(guò)，將所有的γ值小于1 的點(diǎn)的總數(shù)目除以計(jì)算γ值的點(diǎn)的總數(shù)目，即為γ通過(guò)率，本文中分析全局γ通過(guò)率，計(jì)算γ值的點(diǎn)的總數(shù)目由閾值決定，閾值越小，計(jì)算γ值的點(diǎn)的總數(shù)目越多。

1.3 敏感度

為探究不同劑量區(qū)間內(nèi)，γ通過(guò)率檢測(cè)區(qū)間劑量改變的敏感性，用式（4）計(jì)算γ檢測(cè)的敏感度：

其中，γ0指區(qū)間劑量未改變時(shí)的γ通過(guò)率，γc指區(qū)間劑量修改后的γ通過(guò)率。

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

選取廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院放射治療科于2019年7月31日 至2021年3月31日?qǐng)?zhí)行的38 例SBRT 計(jì)劃，并移植到OCTAVIUS 模體中生成驗(yàn)證計(jì)劃，重建出驗(yàn)證計(jì)劃實(shí)際執(zhí)行時(shí)的三維劑量分布Dp，并將Dp 以DICOM 形式導(dǎo)出，將Dp 導(dǎo)入Matlab R2019a 中［21］，根據(jù)γ驗(yàn)證定義，編寫γ通過(guò)率函數(shù)，在Matlab 中首先計(jì)算不同閾值下Dp 與Dt 間的γ通過(guò)率，選擇的閾值以10%為梯度遞增，并以10%閾值的γ通過(guò)率作為基準(zhǔn)值1，分析其他閾值的γ通過(guò)率與基準(zhǔn)值1間是否有顯著性差異，此過(guò)程可分析不同閾值對(duì)γ通過(guò)率的影響，過(guò)程如圖2 所示。根據(jù)劑量跌落原理分析，離靶區(qū)越遠(yuǎn)，劑量跌落越慢，因此離靶區(qū)遠(yuǎn)的低劑量區(qū)域大于離靶區(qū)近的高劑量區(qū)域。

為分析不同劑量區(qū)間內(nèi)γ通過(guò)率，將Dp 以10%分解成不同的劑量區(qū)間，分解示意圖如圖3 所示，計(jì)算不同劑量區(qū)間內(nèi)γ通過(guò)率。隨后對(duì)不同區(qū)間內(nèi)的劑量以5%為梯度，增加不同劑量區(qū)間內(nèi)的劑量，并計(jì)算區(qū)間劑量增加后劑量分布Dp'與Dt 間的γ通過(guò)率，并計(jì)算γ通過(guò)率探測(cè)不同劑量區(qū)間的劑量變化的敏感度，隨后以11%～100%為基準(zhǔn)值2，分析不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率與基準(zhǔn)值2之間是否存在顯著性差異。實(shí)驗(yàn)過(guò)程流程圖如圖4 所示，將Verisoft 導(dǎo)出的重建的三維劑量分布Dp與TPS導(dǎo)出的驗(yàn)證計(jì)劃劑量分布Dt 導(dǎo)入Matlab，在Matlab 中分別計(jì)算不同閾值下和不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率，再單獨(dú)修改某一劑量區(qū)間的劑量，再重新計(jì)算Dp'與Dt 間的γ通過(guò)率，并計(jì)算γ驗(yàn)證的敏感度。

圖3 不同劑量區(qū)間示意圖Fig.3 Diagram of different dose ranges

圖4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程流程圖Fig.4 Experimental flowchart

2 結(jié)果

2.1 不同閾值對(duì)γ通過(guò)率的影響

38 例SBRT 患者不同閾值γ通過(guò)率均值如表1 所示，3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，當(dāng)閾值大于40%后，γ通過(guò)率小于90%，在2%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，只有10%閾值的γ通過(guò)率大于90%，其他閾值下的γ通過(guò)率小于90%。2%/2 mm和3%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，所有閾值的通過(guò)率均小于90%。當(dāng)搜索區(qū)域?yàn)? mm 時(shí)，γ通過(guò)率普遍偏低，造成此結(jié)果的可能因素包括：首先，在執(zhí)行驗(yàn)證計(jì)劃時(shí)，擺放模體的等中心與TPS 掃描時(shí)的模體等中心間存在誤差；其次，由于未進(jìn)行插值處理，且劑量計(jì)算網(wǎng)格大小為1.25 mm，所以當(dāng)搜索域?yàn)? mm 時(shí)，對(duì)于測(cè)量圖像中的某點(diǎn)，只能在參考圖像中找到一個(gè)點(diǎn)來(lái)計(jì)算γ值，因此會(huì)降低γ通過(guò)率。圖5 為不同閾值γ通過(guò)率箱線圖，從圖中可看出，3%/3 mm、3%/2 mm、2%/3 mm及2%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，閾值大于41%后的通過(guò)率波動(dòng)較大。γ通過(guò)率均值曲線圖分別如圖6 所示，從圖6中可看出，不同γ標(biāo)準(zhǔn)下，γ通過(guò)率隨著閾值的增大逐步減小，到閾值為50%后，γ通過(guò)率普遍較低，變化較小，在臨床治療過(guò)程中，將劑量大于50%的稱為照射區(qū)，此結(jié)果說(shuō)明照射區(qū)內(nèi)的劑量通過(guò)率普遍較低，在照射區(qū)外，尤其是低劑量區(qū)內(nèi)的劑量通過(guò)率較高。以10%閾值的通過(guò)率作為基準(zhǔn)1，分析不同閾值的γ通過(guò)率與基準(zhǔn)值1間是否存在顯著差異，首先分析數(shù)據(jù)分布特征，由于數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，故采用非參檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示所有不同閾值下的γ通過(guò)率與基準(zhǔn)值1間非參檢驗(yàn)P值都為0，即都存在顯著性差異。

圖5 不同γ標(biāo)準(zhǔn)下不同閾值的劑量驗(yàn)證γ通過(guò)率箱線圖Fig.5 Boxplots of gamma passing rates in dose verification under different thresholds and at different criteria

圖6 不同閾值的γ通過(guò)率均值曲線圖Fig.6 Histogram of mean gamma passing rate under different thresholds

表1 不同γ標(biāo)準(zhǔn)下不同閾值的γ通過(guò)率的均值和方差（%）Tab.1 Mean and variance of gamma passing rates under different thresholds and at different criteria (%)

2.2 不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率

38例SBRT患者不同劑量區(qū)間γ通過(guò)率均值曲線圖如圖7 所示。從圖7 可看出，γ通過(guò)率均值成下降趨勢(shì)，且到51%以上γ通過(guò)率均值保持基本不變。為進(jìn)一步分析，圖8 為不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率的箱線圖，從圖8可看出，若以10%閾值的γ通過(guò)率作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，則11%～20%劑量區(qū)間的γ通過(guò)率高于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，且波動(dòng)性更小。劑量大于41%的所有區(qū)間的γ通過(guò)率均不同程度低于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，且波動(dòng)性較大，這可能與靶區(qū)大小有關(guān)。從表2 可看出，搜索范圍越小時(shí)，γ通過(guò)率越低，但低劑量區(qū)的受影響程度遠(yuǎn)低于高劑量區(qū)。由于本實(shí)驗(yàn)中，并未對(duì)參考劑量和測(cè)量劑量進(jìn)行插值和配準(zhǔn)處理，得到的是最原始的劑量分布的γ通過(guò)率，因此結(jié)果會(huì)比PTW 配置的Verisoft計(jì)算出的結(jié)果低。表2 顯示所有γ標(biāo)準(zhǔn)下劑量大于51%的區(qū)間通過(guò)率均低于90%，臨床上將50%的處方劑量包繞的區(qū)域定義為照射區(qū)，由于最大劑量一般大于處方劑量，因此51%最大值包繞的區(qū)域在照射區(qū)以內(nèi)，即說(shuō)明照射區(qū)以內(nèi)的平均γ通過(guò)率小于90%，在3%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，10%閾值下γ通過(guò)率均值為96.4%，11%～20%和21%～30%劑量區(qū)間的通過(guò)率均值分別為98.44%和95.84%，均大于95%，31%～40%和41%～50%劑量區(qū)間的通過(guò)率均值分別為93.52%和90.15%，均大于90%，而照射區(qū)內(nèi)，劑量通過(guò)率的均值均低于90%，且波動(dòng)性極大。2%/3 mm 標(biāo)準(zhǔn)下，10%閾值下γ通過(guò)率均值為92.09%，而只有11%～20%和21%～30%的γ通過(guò)率高于90%，其余區(qū)間的通過(guò)率均低于90%。4 種標(biāo)準(zhǔn)下，γ通過(guò)率隨著劑量增加，各區(qū)間內(nèi)的γ通過(guò)率呈下降趨勢(shì)，且高劑量區(qū)的通過(guò)率明顯低于低劑量區(qū)。由于數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，將10%～100%的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，經(jīng)非參檢驗(yàn)后，其結(jié)果顯示P值都為0，即都存在顯著性差異。

表2 不同γ標(biāo)準(zhǔn)下γ通過(guò)率的均值和方差Tab.2 Mean and variance of gamma passing rate at different criteria

圖7 不同劑量區(qū)間γ通過(guò)率均值曲線圖Fig.7 Mean gamma passing rates in different dose ranges

圖8 不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率箱線圖Fig.8 Boxplots of gamma passing rate in different dose ranges

2.3 不同劑量區(qū)間內(nèi)γ通過(guò)率對(duì)劑量改變的敏感性

為進(jìn)一步研究不同區(qū)間內(nèi)，γ通過(guò)率對(duì)劑量改變的敏感性，以5%的梯度增加不同區(qū)間內(nèi)的劑量，然后計(jì)算區(qū)間劑量增加后的10%～100%范圍內(nèi)的γ通過(guò)率，再根據(jù)敏感度計(jì)算公式，得出不同劑量區(qū)間劑量改變時(shí)γ通過(guò)率檢測(cè)的敏感度。從閾值和區(qū)間劑量γ通過(guò)率的趨勢(shì)分析，不同標(biāo)準(zhǔn)下的γ通過(guò)率的變化趨勢(shì)相似，因此在探究劑量改變對(duì)γ通過(guò)率影響時(shí)，只分析了3%/2 mm 標(biāo)準(zhǔn)下γ通過(guò)率對(duì)劑量改變的敏感度。以5%為梯度增加特定劑量區(qū)間內(nèi)的劑量，增加到50%止。圖9為不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加后γ通過(guò)率變化的曲線圖，從圖中可看出11%～20%劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加對(duì)γ通過(guò)率的影響較大，21%～30%區(qū)間內(nèi)劑量增加也會(huì)產(chǎn)生影響，但影響程度遠(yuǎn)小于11%～20%；31%～40%區(qū)間內(nèi)劑量增加對(duì)γ通過(guò)率稍有影響，大于41%劑量區(qū)間對(duì)γ通過(guò)率的影響很小。圖10 為不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加后γ通過(guò)率變化的均值箱線圖，從圖10 可看出，增加11%～20%劑量區(qū)間的劑量時(shí)，γ通過(guò)率變化較大，波動(dòng)也較大，21%～30%區(qū)間的劑量變化對(duì)γ通過(guò)率的影響小于11%～20%，劑量大于61%的所有劑量區(qū)間內(nèi)劑量的增加對(duì)γ通過(guò)率的影響都較小。圖11 為不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加后γ通過(guò)率變化箱線圖，從圖中可看出，11%～20%區(qū)間內(nèi)，隨劑量的增加，γ通過(guò)率先快速降低，后又升高，劑量增加對(duì)γ通過(guò)率的影響非常明顯。21%～30%區(qū)間γ通過(guò)率隨區(qū)間劑量增加呈現(xiàn)先下降后基本保持不變的規(guī)律，當(dāng)劑量增加30%以上后，γ通過(guò)率基本保持不變。31%～40%劑量區(qū)間內(nèi)，劑量增加對(duì)γ通過(guò)率的影響較小，在增加20%之內(nèi)，γ通過(guò)率稍有降低，當(dāng)劑量增加大于20%后，γ通過(guò)率基本保持不變。劑量大于41%的所有區(qū)間內(nèi)，劑量增加對(duì)γ通過(guò)率的影響都較小。

圖9 不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加后γ通過(guò)率曲線圖Fig.9 Mean gamma passing rates in different dose range after dose increase

圖10 不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加后γ通過(guò)率箱線圖Fig.10 Boxplots of gamma passing rate in different dose ranges after dose increase

圖11 不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加后γ通過(guò)率均值箱線圖Fig.11 Boxplots of mean gamma passing rate in different dose ranges after dose increase

為進(jìn)一步分析不同劑量區(qū)間內(nèi)劑量增加對(duì)γ通過(guò)率的影響，計(jì)算γ對(duì)劑量增加的敏感度。按照敏感度計(jì)算公式，得到γ通過(guò)率對(duì)不同劑量區(qū)間劑量增加的敏感度，并分析劑量增加后的γ通過(guò)率與原γ通過(guò)率是否存在顯著性差異。圖12 為γ通過(guò)率對(duì)不同劑量區(qū)間劑量增加敏感度箱線圖，從圖中可看出γ通過(guò)率對(duì)低劑量區(qū)的劑量改變較敏感，尤其是11%～20%劑量區(qū)間內(nèi)劑量的增加敏感，對(duì)21%～30%和31%～40%區(qū)間內(nèi)的敏感度稍弱，但對(duì)劑量大于51%的劑量區(qū)間內(nèi)劑量的增加基本不敏感。

圖12 γ通過(guò)率對(duì)不同劑量區(qū)間劑量增加敏感度箱線圖Fig.12 Sensitive of gamma passing rate to the dose increase in different dose ranges

3 討論

在臨床工作中，SBRT 技術(shù)是常用于無(wú)法手術(shù)或不愿接受手術(shù)治療的腫瘤患者的有效治療手段之一，而SBRT技術(shù)比調(diào)強(qiáng)技術(shù)更復(fù)雜，因此SBRT計(jì)劃劑量驗(yàn)證應(yīng)比調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量驗(yàn)證要求更高。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，γ通過(guò)率對(duì)41%以上劑量區(qū)間內(nèi)的劑量改變不敏感，因此驗(yàn)證SBRT 計(jì)劃劑量時(shí)，臨床工作者不應(yīng)只看γ通過(guò)率，而應(yīng)透徹了解γ通過(guò)率的計(jì)算過(guò)程及特點(diǎn)，當(dāng)?shù)玫讲煌摩猛ㄟ^(guò)率時(shí)，應(yīng)分析γ值低的原因，并評(píng)估其可能造成的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，高劑量區(qū)的劑量改變對(duì)γ通過(guò)率的影響較小。

除本實(shí)驗(yàn)中考慮的影響因素外，還有其他因素會(huì)影響γ通過(guò)率。首先，目前所有的放療計(jì)劃劑量驗(yàn)證都是將病人的治療計(jì)劃移植到均勻水模體中生成驗(yàn)證計(jì)劃，但是從劑量計(jì)算算法來(lái)看，病人體內(nèi)的劑量計(jì)算除蒙特卡羅算法外，大多數(shù)的算法都是根據(jù)CT值，將水吸收劑量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)組織吸收劑量，劑量計(jì)算時(shí)，非均勻性校準(zhǔn)一直是劑量計(jì)算中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，應(yīng)該使用相應(yīng)的劑量驗(yàn)證設(shè)備，能驗(yàn)證將病人的治療計(jì)劃移植到非均勻模體上，并驗(yàn)證采集的非均勻模體的劑量及重建劑量與TPS 計(jì)算的劑量的γ通過(guò)率。其次，計(jì)算劑量差異時(shí)，在參考圖像的搜索范圍，當(dāng)搜索范圍越大時(shí)，可對(duì)比的點(diǎn)數(shù)越多，可能會(huì)降低γ值，從而提高γ通過(guò)率。第三，是否對(duì)劑量分布進(jìn)行插值處理，當(dāng)進(jìn)行插值處理時(shí)，應(yīng)分析對(duì)參考圖像或測(cè)量圖像，還是兩者都進(jìn)行了插值處理，若只對(duì)參考圖像進(jìn)行插值處理，則相當(dāng)于測(cè)量點(diǎn)可在參考圖像中尋找的對(duì)比點(diǎn)更多，理論上會(huì)提高γ通過(guò)率，若對(duì)測(cè)量圖像進(jìn)行插值處理，則相當(dāng)于需計(jì)算γ值點(diǎn)的總數(shù)增多，而低劑量區(qū)的點(diǎn)增加量遠(yuǎn)多于高劑量區(qū)，理論上也會(huì)提高γ通過(guò)率，因此，應(yīng)充分了解驗(yàn)證設(shè)備是否進(jìn)行了插值處理，用的是何種插值算法，插值給γ通過(guò)率會(huì)造成哪些影響。第四，配準(zhǔn)的影響，在做劑量驗(yàn)證時(shí)，首先要將參考圖像和測(cè)量圖像配準(zhǔn)后，才能完成γ值的計(jì)算，當(dāng)配準(zhǔn)精度不夠時(shí)，可能會(huì)降低γ通過(guò)率。

SBRT 計(jì)劃常用于治療靶區(qū)較小的病灶，且靶區(qū)內(nèi)的劑量遠(yuǎn)高于靶區(qū)外劑量，因此，常會(huì)得到較高的全局γ通過(guò)率，因?yàn)槿枝糜?jì)算時(shí)，將劑量差異歸一到全局最大值，勢(shì)必會(huì)減小劑量差異影響，此時(shí)靶區(qū)外的點(diǎn)的γ值都偏低，且SBRT計(jì)劃中靶區(qū)小，靶區(qū)外的點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于靶區(qū)內(nèi)的點(diǎn)，因此會(huì)拉高全局γ通過(guò)率。因此，對(duì)于SBRT計(jì)劃，應(yīng)關(guān)注不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率，再結(jié)合靶區(qū)特點(diǎn)，分析γ值高的點(diǎn)與靶區(qū)間的距離，以及該點(diǎn)是否屬于重要器官或并聯(lián)器官，并判斷此點(diǎn)γ值偏高的影響。其次，靶區(qū)劑量越高時(shí)，對(duì)低劑量區(qū)的劑量改變?cè)讲幻舾?，若在靶區(qū)外有重要器官如脊髓、腦干等，應(yīng)關(guān)注此結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的局部γ通過(guò)率。因此驗(yàn)證SBRT 計(jì)劃γ通過(guò)率時(shí)，不能只單獨(dú)看全局γ通過(guò)率，同時(shí)也要關(guān)注不同劑量區(qū)間的γ通過(guò)率。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者認(rèn)為可以給每個(gè)劑量區(qū)間加入不同的權(quán)重，并得到最后的γ通過(guò)率，或者在做計(jì)劃驗(yàn)證時(shí)，將γ通過(guò)率與解剖結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，給不同的結(jié)構(gòu)相應(yīng)的權(quán)重，得到加權(quán)后的γ通過(guò)率，用此γ通過(guò)率判斷SBRT計(jì)劃驗(yàn)證是否通過(guò)。