段小娟，戴红娅，赵利荣，周一兵

（陆军军医大学第二附属医院全军肿瘤研究所，重庆400037）

0 引言

放疗的目的是提高治疗增益比，即在提高肿瘤控制率的基础上，降低正常组织并发症的概率，因此剂量分布的适形性与准确性尤为重要。适形调强放疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）是通过叠加一系列由多叶光栅（multi-leaf collimator，MLC）形成的子野来实现适形、强度的调节。在子野的形成过程中可能会产生一些小的、形状很不规则的子野，小子野间隔期间加速器不出束，这对叶片运动精度具有较高的要求。另外，IMRT 耗时长，一旦出现摆位偏差或者剂量不准确，将严重影响靶区及正常组织或者危及器官受量，进而影响治疗的最终疗效。因此放疗前的剂量学验证工作（即QA）至关重要[1-3]。二维平面剂量验证方法主要包括以下几种：（1）胶片法[4-7]；（2）电子射野影像系统（electronic portal imaging device，EPID）法[8-10]；（3）二维矩阵法，包括进口设备和国产设备，其中进口设备包括PTW729[1，11-12]、MapCheck[2，13-14]、MatriXX[15-17]，国产设备包括瑞多思3Dmap 等。目前还没有采用国产3Dmap 进行剂量验证的相关报道。本研究随机选取25 例胸腹部肿瘤患者的IMRT 计划，分别利用进口二维矩阵与国产3Dmap 进行剂量学验证。

1 资料与方法

1.1 病例选择及治疗计划

随机选取2018 年9 月至2019 年1 月于本院接受放疗的25 例患者的IMRT 计划，肺癌、食道癌、乳腺癌、宫颈癌、骨转移癌各5 例，计划靶区平均体积分别为262.71、348.79、1 008.53、939.68、657.496 cm3。

采用治疗计划系统（treatment planning system，TPS）Oncentra 4.3 的CCC（collapsed cone convolution）算法完成3～7 野步进式逆向IMRT 计划及QA 计划。基于ELEKTA Synergy 医用直线加速器的6 MV 治疗用X 射线进行剂量验证，剂量率为400 MU/min，多叶光栅在等中心处可形成40 cm×40 cm 的射野，叶片在等中心的投影宽度为1 cm。

1.2 验证设备

（1）PTW 二维电离室阵列OCTAVIUS Detector 729（以下简称“PTW729”）。由729 个立方体空气电离室组成，每个电离室尺寸为5 mm×5 mm×5 mm，其灵敏体积为0.125 cc（1 cc=1 mm3），中心间隔为10 mm，有效测量范围为27 cm×27 cm。另需一套固体水模块。分析软件VeriSoft。

（2）3Dmap 非晶硅矩阵（以下简称“3Dmap”）。由400 多万个（2 048×2 048）非晶硅组成，分辨力为0.14 mm、测量线性为0.5%、重复性为0.5%、有效测量范围为28.6 cm×28.6 cm。分析软件3Dmap。

1.3 实验方法

（1）QA 计划设计。在Oncentra 4.3 计划系统上移植IMRT 计划，将每个照射野的机架角度、准直器角度、床角度都置为0°，TPS 重新计算各个野在测量平面的剂量分布得到模体计划，并将模体计划的各个野在矩阵测量层面的剂量分布文件导入验证设备相应的分析软件中进行Gamma 分析。

（2）加速器出束校准。选用0.6 cc 指型电离室对医科达直线加速器6 MV X 射线进行剂量校准。在源皮距为100 cm、射野为10 cm×10 cm 条件下，将电离室有效测量中心置于参考测量深度处（水下5 cm），重复测量5 次，并将剂量校准为100 MU（100 cGy）。

（3）PTW729 绝对剂量刻度。提前30 min 将PTW 729 置于测量机房环境内，收集2～3 min 测量环境的本底数据。将PTW729 上下各加4.5 和5.0 cm 固体水，使其中心电离室有效测量中心位于固体水下5.0 cm射野中心轴上。源皮距100 cm、射野10 cm×10 cm、出束100 MU，经过VeriSoft 软件进行温度、气压修正后测量5 次，得到吸收剂量的平均值为879.6 mGy；将0.6 cc 电离室有效测量点放在固体水下5.0 cm 处，相同条件下测得吸收剂量的平均值为871.3 mGy。因此得到矩阵中心电离室的校准因子kcross为0.991（871.3/879.6）。

（4）PTW729 平面剂量验证。机架和准直器角度置于0°、加速器垂直出束，PTW729 上下各加4.5 和5.0 cm 固体水，使其电离室有效测量中心位于固体水下5.0 cm 射野中心轴上。逐个射野采集，数据整体读取并保存，行镜像转换及单位统一后采用VeriSoft 软件与计划系统的计算值进行绝对剂量比较，得出整体的γ 通过率、平均γ 值（γmean）等指标。

（5）3Dmap 平面剂量验证。提前30 min 将3Dmap置于测量机房环境内。机架和准直器角度置于0°、加速器垂直出束，3Dmap 放在治疗床上，调整矩阵有效测量点位于等中心层面。逐个采集射野，数据整体读取并保存，行镜像转换及单位统一后采用3Dmap 软件与计划系统的计算值进行绝对剂量比较，得出整体的γ 通过率、γmean等。

（6）评价标准。目前，国内外普遍采用的剂量验证方法分为绝对剂量验证和相对剂量验证，本研究采用的是绝对剂量验证，即PTW729 的分析软件VeriSoft 采用local dose 分析方法，3Dmap 采用的计算类型为Absolute dose。本研究采用Stock 等[18]基于剂量偏差和位置误差（distance-to-agreement，DTA）提出的Gamma 分析方法，剂量误差设置为3%，距离误差标准为3 mm，有效测量点设定为阈值条件TH10（最大剂量的10%）。γ≤1 时，该计算点通过；γ＞1时，该点不通过。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0 软件对相同标准参数下PTW729和3Dmap 的验证结果做配对样本t检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

在距离偏差为3 mm、剂量误差为3%、阈值参数为TH10 的条件下，经PTW729 和3Dmap 采集QA计划实际平面剂量分布的数据后，由软件对比分析实测剂量分布与计算剂量分布，得出2 种验证工具中各个患者QA 计划的γ 通过率、γmean和配对t检验结果，详见表1 和图1。

表1 25 例患者IMRT 计划的PTW729 与3Dmap 验证结果

2.1 γ 通过率

25 例胸腹部IMRT 计划剂量验证的γ 通过率结果见表1。采用PTW729 和3Dmap 设备的γ 通过率均在90%以上，其中PTW729 的γ 通过率为（96.2±2.3）%，3Dmap 的γ 通过率为（97.1±1.8）%。利用SPSS 19.0 对2 组数据做配对样本t检验，P＞0.05，2 种验证工具间γ 通过率无统计学差异，可见2 种验证工具对胸腹部IMRT 计划剂量验证的γ 通过率结果是一致的。

2.2 γmean

25 例胸腹部IMRT 计划剂量验证的γmean见表1。采用PTW729 和3Dmap 设备的γmean均小于0.5，其中PTW729 的γmean为0.26±0.07，3Dmap 的γmean为0.40±0.06。可见，3Dmap 的γmean大于进口二维矩阵。利用SPSS 19.0 对2 组数据做配对样本t检验，P＜0.05，可以看出2 种验证工具对胸腹部IMRT 计划剂量验证的γmean具有显著的统计学差异。

图1 PTW729 与3Dmap 的γ 通过率和γmean 的分布

3 讨论

调强放疗提供了高度适形的三维剂量分布，能较好地保护危及器官并给予肿瘤足够的致死剂量，达到了提高治疗增益比的目的；但基于多叶准直器分步照射的技术需要多个子野，每个子野位置的精度、剂量的准确性需要通过放疗质控设备来验证。本研究选取25 例胸腹部肿瘤IMRT 计划作为研究对象，主要原因是临床计划靶区面积大小不一、射野边缘剂量梯度变化大、对剂量验证设备的测量精度和分辨力特性要求高。

相对于胶片验证的费力、耗时且受到批次的影响，二维矩阵是目前常规的剂量验证设备，其通过阵列直接测量照射野强度分布，提高了工作效率[19-21]。但是目前进口矩阵的探测器尺寸及探测器间距较大，当测量点与计算点距离偏差小于探测器间的距离时，不能在小距离偏差范围内寻找到满足剂量偏差3%条件下的TPS 计算值，影响计算精度。而且对于相同的剂量评估区域，参与通过率计算的点数较少，容易产生随机误差[22]。另外，吴爱林等[23]提出微小的距离偏差对进口二维矩阵验证通过率影响也非常大，因此对验证模体摆位提出了更严格的要求。3Dmap 作为一款新兴的国产剂量验证设备，分辨力更高（0.14 mm），克服了低分辨力带来的问题。

3Dmap 类似一款移动的EPID，相对传统二维矩阵具有以下优势：计算通量的原理是通过光子通量平方反比定律反推到加速器机头再到CT，因此3Dmap 在验证时可以不用加固体水，摆位更轻松、快捷。而且在建模时3Dmap 与目前常规二维验证设备不同，只需在TPS 中设定一个圆柱形、密度与空气等效的模体，通过采集通量进行刻度。此外，3Dmap 提供了详细的剂量体积直方图（dose-volume histogram，DVH）结果，通过评估计划靶区的ΔD98（98%靶区体积的受照剂量的变化）、ΔD95（95%靶区体积的受照剂量的变化）、ΔDmean（靶区平均受照剂量的变化）、危及器官的ΔDmax（最大照射剂量的变化）、ΔVX（接受照射剂量大于X的体积百分比的变化）[24]，能进一步反映剂量测量值与计算值的一致性。

对于大多数TPS，介质之间电子密度的差异、电子失衡导致剂量计算不准确。Najafzadeh 等[25]和Han等[26]认为TPS 剂量计算方法会影响验证结果，他们分别分析了CCC 和AAA（anisotropic analytical algorithm）算法的剂量准确性，Najafzadeh 等认为对于存在大量不均匀组织的胸腔内的放疗计划，利用CCC算法计算三维适形放疗的剂量具有足够的准确性；Han 等研究得出AXB（Acuros XB）算法更接近MC（Monte Carlo）算法，而AXB 算法与CCC 算法的差异很小。本研究中的TPS 正是采用CCC 算法，因此不会影响到剂量验证结果。

Kozelka 等[27]分析了射野尺寸对ArcCheck 系统验证结果的影响：对于较大面积的射野，由于散射体积增加，低能量光子会引起探测器的过度响应。在本研究中，肺癌、食道癌、乳腺癌、宫颈癌、骨转移癌5 种病例的平均体积分别为262.71、348.79、1 008.53、939.68、657.496 cm3，2 种验证设备得到的乳腺癌、肺癌的γ 通过率无差异。下一步工作中将增加病例进行深入分析。

25 例IMRT 计划中，除骨转移外，3Dmap 的γmean均大于进口二维矩阵，具有统计学差异。分析其原因可能由于3Dmap 的探测器数目更多、分辨力更高，但具体影响还需临床进一步研究。3Dmap 获得的γ通过率与进口二维矩阵无统计学差异，表明国产3Dmap 与进口二维矩阵对同一胸腹部肿瘤IMRT 计划的验证结果的评价是近似的。

由于进口矩阵PTW729 的探测器为电离室，国产3Dmap 矩阵的探测器为非晶硅，本研究中没有综合分析探测器特性对IMRT 计划通过率的影响，下一步工作将新增EPID（非晶硅探测器）进行剂量验证，并与本研究中2 种探测器对比分析探测器特性、分辨力等对γ 通过率的影响。同时，下一步工作中还将增加病例数量，进一步研究肿瘤体积对γ 通过率的影响等。

综上所述，对于胸腹部肿瘤患者的IMRT 计划，国产3Dmap 调强剂量验证设备准确度与进口二维矩阵一致，使用快捷、节省摆位时间、功能全面，能满足临床对IMRT 计划剂量验证的要求。