龐廷田，于浪，楊波，劉峽，劉楠，李文博，董婷婷，邱杰

北京協(xié)和醫(yī)院 放療科，北京 100730

引言

根據(jù)2018年中國癌癥中心發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，惡性腫瘤是導(dǎo)致我國居民死亡的首要原因[1]。約70%的癌癥患者在治療過程中需要用放射治療，約有40%的惡性腫瘤可以用放療根治，放射治療已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一[2]。根據(jù)張燁等[3]的調(diào)查，國內(nèi)能夠開展放療的醫(yī)療單位有1463家，其中可以開展調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)的單位為1121家，占比76.6%。可見調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)已經(jīng)在全國得到普及。但是調(diào)強(qiáng)技術(shù)的開展的水平需要嚴(yán)格的質(zhì)控程序保障。早在2003年美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）就專門發(fā)布了調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)質(zhì)控的全流程指導(dǎo)性文件[4]，2008年美國放射物理中心通過利用頭部模體劑量比對的方式對美國250家開展調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)的醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行照射比對，發(fā)現(xiàn)在低梯度區(qū)偏差7%或高劑量梯度區(qū)4 mm DTA的標(biāo)準(zhǔn)下，仍然有71家即28%的放療單位沒有通過檢測[5]。由此可見，各放療單位開展調(diào)強(qiáng)技術(shù)的質(zhì)量水平參差不齊。因此，對調(diào)強(qiáng)技術(shù)整個(gè)流程的質(zhì)控和測試顯得尤為必要。通過對參加課題的單位進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的設(shè)計(jì)和劑量驗(yàn)證分析，來建立調(diào)強(qiáng)計(jì)劃質(zhì)控項(xiàng)目結(jié)果的置信區(qū)間，參與工作的各單位所用放療設(shè)備和測量設(shè)備不盡相同，計(jì)劃系統(tǒng)也有差異，從而使這個(gè)報(bào)告產(chǎn)生的結(jié)果具有普遍性和可實(shí)施性[6]。另外，有很多其他的學(xué)者和學(xué)術(shù)組織也在調(diào)強(qiáng)技術(shù)以及螺旋斷層放療的實(shí)施流程質(zhì)控方面有了很多研究[7-10]。新安裝放療設(shè)備在投入臨床應(yīng)用之前，可以通過AAPM TG119以及相關(guān)報(bào)告中的測試擬合方法得到自己的設(shè)備質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)，并將所得數(shù)據(jù)和建立的置信區(qū)間與報(bào)告中推薦的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行比較，從而確定該調(diào)強(qiáng)放療系統(tǒng)是否得到充分?jǐn)M合和驗(yàn)證，并據(jù)此建立該調(diào)強(qiáng)放療系統(tǒng)的臨床質(zhì)控工作的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)臨床治療工作。

本單位于2019年安裝Tomotherapy HDA型螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放療設(shè)備，該設(shè)備具有Tomo-Helical和Tomo-Direct兩種調(diào)強(qiáng)傳輸方式[11-12]，本研究在進(jìn)行調(diào)強(qiáng)系統(tǒng)測試時(shí)，對測試的內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，分別對兩種傳輸方式進(jìn)行單獨(dú)測試，以期得到該設(shè)備的質(zhì)控置信區(qū)間，為今后不同傳輸方式的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的質(zhì)控提供依據(jù)。

1 材料與方法

本實(shí)驗(yàn)依照AAPM TG119報(bào)告中提供的病例要求進(jìn)行調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)，點(diǎn)劑量和面劑量的測量、分析標(biāo)準(zhǔn)和誤差評價(jià)方法以及置信區(qū)間的計(jì)算均依照報(bào)告推薦執(zhí)行。由于Tomotherapy系統(tǒng)與常規(guī)直線加速器結(jié)構(gòu)和原理均有區(qū)別，其計(jì)劃系統(tǒng)沒有正向計(jì)劃設(shè)計(jì)功能，因此TG119中AP：PA射野和Bands條狀射野測試以及Per-Field單野測試將不在本實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測試，本研究所測試內(nèi)容包括多靶區(qū)、前列腺靶區(qū)、頭頸部靶區(qū)和兩種C型靶區(qū)等4個(gè)部位5種復(fù)雜程度的調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)以及對所有上述計(jì)劃進(jìn)行點(diǎn)劑量和面劑量測量，計(jì)算計(jì)劃劑量和實(shí)測劑量的偏差并分析偏差結(jié)果，依據(jù)測量偏差結(jié)果建立起該測量置信區(qū)間范圍。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

Tomotherapy螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放療系統(tǒng)（美國ACCURAY公司）；Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)（美國Varian公司）；Cheese phantom模體（美國Gammex公司）；Philips Brilliance放療專用大孔徑CT模擬定位機(jī)（荷蘭 Philips公司）；點(diǎn)劑量測量工具為A1SL電離室和Tomo-Electrometer靜電計(jì)（美國Standard Image公司）；面劑量測量設(shè)備為Arccheck矩陣電離室（美國 Sun Nuclear公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 治療計(jì)劃制作

利用CT模擬機(jī)對cheese phantom進(jìn)行掃描，掃描條件為頭部掃描條件（125 kV，140 mAs），掃描完成后導(dǎo)入Eclipse治療計(jì)劃系統(tǒng)，將AAPMTG119中所涉及測試部位的靶區(qū)和危及器官的CCT圖像以及輪廓從AAPM官方指定的網(wǎng)站下載并倒入Eclipse計(jì)劃系統(tǒng)，在計(jì)劃系統(tǒng)中將所需測試的靶區(qū)和危及器官的輪廓通過配準(zhǔn)融合到cheese phantom模體中，輪廓的坐標(biāo)中心為cheese phantom模體中心下5 mm處。

1.2.1.1 多靶區(qū)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃制作

區(qū)輪廓如圖1所示，3個(gè)靶區(qū)在模體中心軸上頭尾方向依次排列，分別為：頭向靶區(qū)、中央靶區(qū)和尾向靶區(qū)，每個(gè)靶區(qū)均為圓柱形且體積相同，長4 cm，直徑為4 cm，中間靶區(qū)的中心位于模體中心下5 mm處。

圖1 多靶區(qū)病例中各靶區(qū)分布

（1） 治療計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)。三個(gè)靶區(qū)的目標(biāo)函數(shù)均為包繞99%靶區(qū)體積的劑量D99和包繞10%靶區(qū)體積的劑量D10來描述，具體參數(shù)如表1所示。

表1 多靶區(qū)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃參數(shù)統(tǒng)計(jì)

（2） 治療計(jì)劃參數(shù)設(shè)置。Tomo-Direct計(jì)劃由7個(gè)射野角度（0°、50°、100°、150°、210°、260°、310°）組成，調(diào)制因子MF設(shè)置為2.0，分別制作三組鉛門尺寸（1.0、2.5、5.0 cm）計(jì)劃，每組鉛門模式分為Fixed和Dynamic兩種，HelicalDirect總共5個(gè)治療計(jì)劃；Tomo-Helical計(jì)劃調(diào)制因子MF設(shè)置為2.0，pitchfactor設(shè)置為0.43，共3組鉛門每組鉛門兩種模式5個(gè)治療計(jì)劃。

（3） 點(diǎn)劑量測量點(diǎn)位置。3個(gè)劑量測量點(diǎn)分別位于三個(gè)靶區(qū)的中心，不進(jìn)行危及器官劑量點(diǎn)測量。

（4） 面劑量測量。將靶區(qū)移植到Arccheck電離室曲面進(jìn)行面劑量驗(yàn)證計(jì)劃制作和測量。

1.2.1.2 前列腺調(diào)強(qiáng)計(jì)劃制作

靶區(qū)輪廓如圖2所示，包括前列腺區(qū)CTV、PTV、膀胱、直腸等，前列腺的左右、前后、頭腳方向的尺寸分別為：4.0、2.6、6.5 cm。PTV為CTV外放0.6 cm邊界。直腸、膀胱和靶區(qū)的關(guān)系如圖2所示，前列腺癌靶區(qū)的中心位于模體中心下5 mm處。治療計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)如表2所示。

表2 前列腺癌調(diào)強(qiáng)計(jì)劃參數(shù)

圖2 前列腺癌計(jì)劃示例，靶區(qū)、膀胱、直腸分布

（1）治療計(jì)劃射野參數(shù)設(shè)置。TOMO-Direct和TOMOHelical治療計(jì)劃參數(shù)設(shè)置如多靶區(qū)計(jì)劃設(shè)置相同，分別為5個(gè)治療計(jì)劃。

（2）點(diǎn)劑量測量位置。該部分包括靶區(qū)中心和直腸中心（靶區(qū)中心下2 cm處）兩個(gè)點(diǎn)劑量測量

（3）面劑量測量。將靶區(qū)移植到Arccheck電離室曲面進(jìn)行面劑量驗(yàn)證計(jì)劃的制作和測量,

1.2.1.3 頭頸部調(diào)強(qiáng)計(jì)劃制作

靶區(qū)輪廓如圖3所示，包括頭頸部靶區(qū)的PTV、脊髓和腮腺等，PTV范圍為顱底至鎖骨上區(qū)域包括頸后淋巴結(jié)引流區(qū)。脊髓距離PTV下緣邊界1.5 cm、腮腺為危及器官位于PTV頭的方向兩側(cè)，位置關(guān)系如圖3，靶區(qū)位于模體中心下5 mm處。治療計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)如表3所示。

圖3 頭頸部靶區(qū)計(jì)劃示例，靶區(qū)、脊髓、腮腺

表3 頭頸部腫瘤調(diào)強(qiáng)計(jì)劃參數(shù)

（1） 治療計(jì)劃射野參數(shù)設(shè)置。Tomo-Direct計(jì)劃由9野均分計(jì)劃組成，MF設(shè)置為2.5和Tomo-Helical的射野參數(shù)設(shè)置MF：2.5，pitchfactor：0.287，鉛門設(shè)置與前相同，兩種傳輸方式共10個(gè)治療計(jì)劃。

（2） 點(diǎn)劑量測量位置。該部分包括靶區(qū)中心和脊髓中心（靶區(qū)中心下4 cm處）兩個(gè)點(diǎn)劑量位置測量。

（3） 面劑量測量。將靶區(qū)移植到Arccheck電離室曲面進(jìn)行面劑量驗(yàn)證計(jì)劃的制作和測量。

1.2.1.4 容易型C形靶區(qū)計(jì)劃制作

靶區(qū)輪廓如圖4所示，包C形PTV和中心的危及器官core組成等，PTV長8 cm，環(huán)形的寬度為2.2 cm，core距離PTV 0.5 cm，長10.0 cm，危及器官的中心位于模體中心下5 mm處，治療計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)如表4所示。

圖4 C形靶區(qū)計(jì)劃示例，靶區(qū)、中間危及器官

表4 C形靶區(qū)容易型調(diào)強(qiáng)計(jì)劃參數(shù)

（1） 治療計(jì)劃射野參數(shù)設(shè)置。TOMO-Direct計(jì)劃由9野均分計(jì)劃組成，MF設(shè)置為2.5和TOMO-Helical的射野參數(shù)設(shè)置MF：2.5，pitchfactor：0.287，鉛門設(shè)置與前相同，兩種傳輸方式共10個(gè)治療計(jì)劃。

（2） 點(diǎn)劑量測量位置。core中心位置和靶區(qū)中心位置（core中心上2.5 cm處）兩個(gè)點(diǎn)劑量位置測量

（3） 面劑量測量。將靶區(qū)移植到Arccheck電離室曲面進(jìn)行面劑量驗(yàn)證計(jì)劃的制作和測量。

1.2.1.5 困難型C形靶區(qū)計(jì)劃制作

靶區(qū)輪廓如圖4所示，和容易型C形靶區(qū)相同。治療計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)：治療計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)比容易型C形計(jì)劃更苛刻如表5所示。本部分只用TOMO-Helical傳輸方式進(jìn)行治療計(jì)劃制作。射野參數(shù)設(shè)置MF：2.5，pitchfactor：0.287，鉛門設(shè)置與前相同，共5個(gè)治療計(jì)劃。core中心位置和靶區(qū)中心位置（core中心上2.5 cm處）兩個(gè)點(diǎn)劑量位置測量。將靶區(qū)移植到Arccheck電離室曲面進(jìn)行面劑量驗(yàn)證計(jì)劃的制作和測量。

表5 C形靶區(qū)困難型調(diào)強(qiáng)計(jì)劃參數(shù)

1.2.2 點(diǎn)測量測量

由于A1SL電離室和Tomo-Electrometer靜電計(jì)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)，具有ND，wCo-60和KQ以及靜電計(jì)校準(zhǔn)因子KE，所以可以直接測量吸收劑量，不需要像常規(guī)直線加速器一樣利用標(biāo)準(zhǔn)射野進(jìn)行靜電計(jì)讀數(shù)的劑量換算。調(diào)取所需治療計(jì)劃，利用紅激光燈對cheese phantom模體進(jìn)行擺位，擺位完成后利用MVCT對模體位置進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)上文中所述點(diǎn)的位置分別進(jìn)行點(diǎn)劑量測量，計(jì)算點(diǎn)劑量偏差。

1.2.3 面劑量測量

取所需治療計(jì)劃，利用紅激光燈對Arccheck進(jìn)行擺位，擺位完成后利用MVCT對模體位置進(jìn)行校正，確認(rèn)位置無誤后進(jìn)行面測量驗(yàn)證。測量分析采用劑量偏差3%標(biāo)準(zhǔn)，分析方法采用Van Dyk percentage difference方法[13]，以通過率百分比為結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證結(jié)果分析、統(tǒng)計(jì)。對所測得參數(shù)進(jìn)行分析并計(jì)算置信區(qū)間為95%的測量數(shù)值落在該區(qū)間的概率[14-16]。

2 結(jié)果

2.1 點(diǎn)劑量測量置信區(qū)間

兩種劑量傳輸方式計(jì)劃中，靶區(qū)和危及器官的點(diǎn)劑量測量結(jié)果和計(jì)算所得置信區(qū)間如表6所示。Tomo-Helical傳輸模式中，所有靶區(qū)點(diǎn)劑量測量偏差均小于2%，范圍從-1.67%到+1.86%，根據(jù)CL公式計(jì)算置信區(qū)間為±2.43%，即測量靶區(qū)內(nèi)的高劑量低梯度點(diǎn)劑量時(shí)，95%的點(diǎn)測量偏差將<2.43%；危及器官測量點(diǎn)偏差范圍為-1.28%到+1.41%，置信區(qū)間為±1.46%，Tomo-Direct傳輸模式，靶區(qū)測量點(diǎn)偏差范圍為：-3.08%+1.57%，置信區(qū)間為2.72%；危及器官點(diǎn)劑量測量偏差置信區(qū)間為2.66%。需要注意的是，在危及器官點(diǎn)劑量測量時(shí)，由于測量點(diǎn)處于低劑量高梯度區(qū)，所以我們要對電離室測量位置準(zhǔn)確性給予特別關(guān)注，筆者測量過程中發(fā)現(xiàn)，電離室位置偏差2 mm，劑量偏差結(jié)果可能增大5倍。

表6 靶區(qū)和危及器官的點(diǎn)劑量測量結(jié)果和計(jì)算所得置信區(qū)間

2.2 面劑量置信區(qū)間

兩種劑量傳輸方式計(jì)劃中，面劑量驗(yàn)證結(jié)果和計(jì)算所得置信區(qū)間如表7所示，面劑量分析標(biāo)準(zhǔn)為：Threshold為10%， 3 mm Gamma分 析 結(jié) 果， 標(biāo) 準(zhǔn) 為>90%。 在Tomo-Helical傳輸模式中，面劑量測量通過率偏差范圍為96.7%～100%，置信區(qū)間為2.08%，即95%的面劑量測量通過率都將超過97.9%，Tomo-Direct傳輸模式面劑量測量通過率范圍為95.5%～100%，計(jì)算所得置信區(qū)間為3.07%。

表7 兩種劑量傳輸方式的面劑量驗(yàn)證結(jié)果和計(jì)算所得置信區(qū)間

3 討論

可以開展調(diào)強(qiáng)技術(shù)并不能等同于能開展好調(diào)強(qiáng)技術(shù)，由于調(diào)強(qiáng)技術(shù)的劑量特性，如果該技術(shù)的可靠性和精確性得不到保障，那么不僅無法體現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)越性，甚至給患者帶來病情復(fù)發(fā)、放療毒性加重等負(fù)面影響[17-19]。

本研究依據(jù)測量結(jié)果計(jì)算所得的置信區(qū)間均在TG119推薦范圍以內(nèi)，并且區(qū)間有了大范圍縮小，說明我科新安裝Tomotherapy HDA螺旋斷層調(diào)強(qiáng)放療系統(tǒng)在調(diào)強(qiáng)實(shí)施的整個(gè)流程的擬合度非常好。同時(shí)本研究所得點(diǎn)劑量偏差值均小于3%，符合根據(jù)Palta等[20]推薦的點(diǎn)劑量驗(yàn)證偏差糾正閾值：其中靶區(qū)點(diǎn)劑量驗(yàn)證行動(dòng)水平為5%，危及器官點(diǎn)劑量驗(yàn)證低劑量高梯度區(qū)行動(dòng)水平7%。同時(shí)，將根據(jù)計(jì)算所得的置信區(qū)間標(biāo)明日后臨床調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量驗(yàn)證的允許誤差范圍，更好的指導(dǎo)后續(xù)調(diào)強(qiáng)放療的質(zhì)控工作。

在進(jìn)行調(diào)強(qiáng)技術(shù)的驗(yàn)收測試時(shí)，測試人員可以根據(jù)本單位患者構(gòu)成比例和病種特色進(jìn)行測試項(xiàng)目優(yōu)化，如宮頸癌患者較多則可以加入帶有盆腔淋巴結(jié)引流區(qū)的馬蹄形靶區(qū)，以及照射腹主動(dòng)脈淋巴結(jié)引流區(qū)的病例[21-23]，乳腺癌患者較多則可以加入胸壁的對穿照射靶區(qū)等。

該部分測試目的并非單獨(dú)對計(jì)劃系統(tǒng)的劑量計(jì)算精度以及靶區(qū)和危及器官劑量分布進(jìn)行比較，其主要目的是測試從調(diào)強(qiáng)計(jì)劃制作到劑量傳輸?shù)恼麄€(gè)流程，評估的是計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算和放療設(shè)備實(shí)際執(zhí)行計(jì)劃的能力，因此需要根據(jù)測試目的對計(jì)劃制作的過程的各種參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)置、規(guī)劃，以做到盡量不影響測試結(jié)果的可靠性。

在進(jìn)行測量結(jié)果分析和置信區(qū)間計(jì)算時(shí)，最佳方法是根據(jù)自己的測量結(jié)果對計(jì)算公式的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的系數(shù)1.96進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以期讓所得置信區(qū)間更適合本單位的調(diào)強(qiáng)放療設(shè)備和劑量測量系統(tǒng)。在設(shè)置我們的行動(dòng)水平時(shí)，并沒有對國際推薦的靶區(qū)劑量誤差5%和危及器官劑量誤差7%進(jìn)行調(diào)整，但從測量結(jié)果顯示，所有靶區(qū)和危及器官點(diǎn)劑量偏差都在2%以內(nèi)，遠(yuǎn)小于報(bào)告中誤差區(qū)間，因此是否需要對行動(dòng)水平重新定義，是需要深入探討的問題[24-26]。

本研究參照AAPM TG119報(bào)告對新安裝Tomotherapy HDA新型螺旋斷層放療設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)測試，根據(jù)調(diào)強(qiáng)傳輸方式的不同分布對Tomo-Helical和Tomo-Direct兩種傳輸方式分別建立調(diào)強(qiáng)計(jì)劃質(zhì)控項(xiàng)目以及結(jié)果的置信區(qū)間，所得結(jié)果以及置信區(qū)間均在報(bào)告的推薦范圍之內(nèi)，并大大縮小了置信區(qū)間的范圍，為日后的調(diào)強(qiáng)質(zhì)控項(xiàng)目提供了可靠標(biāo)準(zhǔn)，為患者進(jìn)行精確放療打下基礎(chǔ)。