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栓臧
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1 917 放射治疗例调强放疗患者计划剂量验证结果分析杨瑞杰张喜乐刘路王俊杰北京大学第三医院肿瘤放疗科 DOI: / cma. j. issn 摘要目的分析例调强放疗计划剂量验证结果, 为改进和完善调强放疗计划验证方法提供参考方法回顾性分析北京大学第三医院 2012 年 2 月 2016 年 2 月美国瓦里安公司 Trilogy 加速器治疗的例计划的剂量验证结果, 其中调强放射治疗 ( IMRT) 计划 965 例, 容积旋转调强放疗 ( VMAT) 计划例计划设计使用 Eclipse 计划系统, 剂量验证采用 MatriXX 及 Multicube 模体分析计划和测量等中心点剂量差异,3% / 3 mm 标准平面剂量分布的 γ 通过率等中心点剂量差异 < ± 3% 定为通过, 平面剂量分布 γ 通过率 > 90% 定为通过分析病变部位治疗技术 (IMRT 和 VMAT) 对计划验证通过率的影响结果例计划等中心点剂量平均差异为 - 0 3% ± 2 4%,γ 通过率为 97 9% ± 3 4% 88 2% 和 96 7% 的计划能够通过点剂量验证和平面剂量验证标准不同病变部位计划验证 γ 通过率不同 ( F = 3 09,P < 0 05) 不同病变计划点剂量和面剂量验证通过率不同 (χ 2 = ,P < 0 05) IMRT 和 VMAT 计划验证点剂量通过率和面剂量验证通过率差异均无统计学意义 (P > 0 05) 结论大部分调强放疗计划能够通过计划验证, 不同病变部位计划验证通过率不同,IMRT 和 VMAT 计划验证通过率无差异关键词调强放射治疗 ; 容积旋转调强放疗 ; 质量保证 ; 剂量验证 ; γ 通过率基金项目 : 国家自然科学基金 ( ) Analysis of patient specific intensity modulated radiation therapy dosimetric verification results Yang Ruijie, Zhang Xile, Liu Lu, Wang Junjie Department of Radiation Oncology, Peking University Third Hospital, Beijing , China Abstract Objective To analyze the patient specific dosimetric verification results of intensity modulated radiation therapy ( IMRT) and volumetric modulated arc therapy ( VMAT) plans from different treatment sites, and provide a reference for improving the patient specific dosimetric verification program. Methods A total of ( 965 IMRT and VMAT ) patient specific dosimetric verification results were reviewed for isocenter dose difference and percentage of pixels passing planar dose γ analysis. All plans were designed with Eclipse planning system and delivered with Trilogy linear accelerator from February 2012 to February The dosimetric verification was performed with MatriXX array together with Multicube phantom. Point dose difference larger than ± 3% and / or γ pass rate (3% / 3 mm) less than 90% was defined as plan failure. Additional analysis was conducted for trends in difference of pass rates with treatment site and delivery technique ( IMRT vs. VMAT). Results The mean isocenter difference between measured and calculated doses was - 0 3% ± 2 4% for plans. The mean percentage of pixels passing the γ criteria was 97 9% ± 3 4%. 88 2% and 96 7% of plans passed the point and planar dose verification, respectively. The γ pass rate was different among the treatment sites (F = 3 09, P < 0 05). The pass rate of point and planar dose difference was different among the treatment sites(χ 2 = 40 93, 39 15, P < 0 05). There was no difference between IMRT and VMAT plans for both point dose and planar dose evaluation (P > 0 05). Conclusions Most of IMRT and VMAT plans passed the tolerance criteria of ± 3% and 90% for point and planar dose verification with MatriXX together with Multicube phantom, respectively. Both point and planar dose verification results varied among treatment sites, whereas no significant difference was found between IMRT and VMAT. Key words IMRT; VMAT; Quality assurance; Dosimetric verification; γ pass rate Fund program: National Natural Science Foundation of China ( )

2 918 中华放射医学与防护杂志 2016 年 12 月第 36 卷第 12 期 Chin J Radiol Med Prot, December 2016,Vol. 36,No. 12 鉴于调强放射治疗 ( IMRT) 剂量分布的高度适形性及计划和实施的复杂性, 在临床治疗前需对每例患者的计划进行剂量验证 [1 2] 二维探测器阵列测量和平面剂量差异分析是目前调强放疗常用的患者剂量验证方法 [3 4] 本研究回顾性分析北京大学第三医院自 2012 年 2 月 2016 年 2 月例调强放疗患者计划的剂量验证结果, 探讨病变部位和治疗技术对剂量验证结果的影响资料与方法 1. 一般临床资料 : 回顾性分析本院自 2012 年 2 月至 2016 年 2 月在美国 Varian Medical System Trilogy 直线加速器上治疗的例患者调强放射治疗计划的剂量验证结果所有计划均在美国瓦里安公司 Eclipse 计划系统 Version 10 0 完成计划设计治疗病变包括脑转移癌鼻咽癌喉癌乳腺癌肺癌食管癌直肠癌宫颈癌子宫内膜癌前列腺癌椎体肿瘤等其中, 固定机架角调强放疗计划 965 例, 容积旋转调强放疗 ( VMAT ) 计划例 2. 患者计划剂量验证及结果分析 : 每例患者治疗计划的剂量验证均采用德国 IBA 公司生产的 MatriXX 及其配套的 Multicube 模体使用前对 MatriXX 进行绝对和相对校准利用荷兰飞利浦公司 Big Bore 大孔径 CT 扫描 MatriXX 和 Multicube 模体, 将患者计划移植到验证模体, 由 Eclipse 计划系统计算模体剂量分布, 剂量计算算法是 Eclipse 计划系统的各向异性分析算法 ( AAA) 算法, 剂量计算网格 2 0 mm 导出平面剂量分布与测量的剂量分布进行比较固定机架角调强放疗验证比较多野合成测量剂量与计算剂量, 机架角度归零容积旋转调强放疗验证比较单弧 / 多弧合成测量剂量与计算剂量, 剂量计算时考虑了治疗床对剂量的影响, 剂量测量时使用角度感应器校正了探测器响应的角度依赖性分析数据包括等中心点剂量差异和平面剂量分布差异等中心点剂量差异率 = ( 计算剂量测量剂量 ) / 测量剂量 100%, 剂量差异 < ± 3% 定为通过使用 γ 值评价平面剂量分布差异,γ 评估标准剂量差异设置为 3%, 距离符合度 (DTA) 设置为 3 mm γ 通过率计算按绝对剂量归一, 剂量差异按最大剂量的百分比计算, 剂量阈值设置为 10% [5] 3% / 3 mm 标准下的 γ 通过率 > 90% 定为通过分析病变部位治疗技术 ( 固定机架角调强放疗和容积旋转调强放疗 ) 对计划验证通过率的影响临床实践中如果计划验证 γ 通过率 < 90% 或等中心点剂量差异 > ± 3%, 则分析查找原因, 重复测量或计算如果重复测量 / 计算结果优于首次测量 / 计算结果, 则记录重复测量 / 计算的结果人为操作错误 ( 模体摆位错误验证计划计算错误计划导出错误等 ) 的计划验证结果不计入分析, 设备验收测试期间治疗患者的计划也不包括在内对剂量验证结果不通过的计划逐步分析查找原因, 比如调强计划验证按照单个射野子野 / 控制点,VMAT 计划按照部分机架角度进行分析比较等对于各种努力还无法找到原因的计划, 如果对临床影响不大, 记录验证结果后进行治疗 ; 如果剂量整体偏差, 可以调整机器跳数后治疗 ; 对于剂量差异较大, 但不能通过上述方式解决的计划, 需要重新设计治疗计划 3. 统计学处理 : 数据以 x ± s 表示采用 SPSS 21 0 软件进行分析, 不同病变部位治疗技术等中心点剂量差异和 γ 通过率比较进行方差分析, 不同病变部位两两比较采用最小显著性差异法 ( LSD) 采用卡方检验比较不同病变部位治疗技术等中心点剂量差异和平面剂量分布差异的通过率 P < 0 05 为差异有统计学意义结果 1. 等中心点剂量差异 : 不同病变部位不同技术调强放疗计划剂量验证结果列于表 1, 点剂量差异分布结果如图 1 所示,9 例计划等中心点剂量差异 > ± 10% 没有列出,99 6 的计划等中心点剂量差异 < ± 10% 例调强放疗计划剂量验证等中心点剂量平均差异为 - 0 3% ± 2 4% ( 测量剂量稍高 ), 不同病变部位技术计划等中心点剂量差异不同 (F = ,P < 0 05) 按照剂量差异 < ± 3% 定为通过,88 2% 的计划能够通过点剂量验证标准不同部位计划验证点剂量通过率不同 ( χ 2 = 40 93,P < 0 05) 食管癌直肠癌宫颈癌子宫内膜癌计划等中心点剂量差异通过率较高, 乳腺癌椎体肿瘤喉癌和脑转移癌等中心点剂量差异通过率较低, 分别有 16 9% 17 4% 20 9% 和 22 0% 计划不能通过乳腺癌椎体肿瘤喉癌和脑转移癌等中心点剂量差异标准差也高于其他部位计划 1 例血管瘤 3 例乳腺癌 2 例乳腺癌骨转移 1 例肺

3 919 项目治疗部位 / 技术表 1 不同病变部位和技术调强放疗计划的剂量验证 ( x ± s) Table 1 Dosimetric verification results for different treatment sites and delivery techniques ( x ± s) 例数剂量差异等中心点剂量未通过计划最大剂量点剂量剂量差异未通过计划 γ 通过率平面剂量分布差异 γ 通过率下 95% 分位数未通过计划脑转移癌 ± ± ± 鼻咽癌 ± ± ± 喉癌 ± ± ± 乳腺癌 ± ± ± 肺癌 ± ± ± 食管癌 ± ± ± 直肠癌 ± ± ± 宫颈癌 ± ± ± 子宫内膜癌 ± ± ± 前列腺癌 ± ± ± 椎体肿瘤 ± ± ± 其他 ± ± ± 治疗技术 IMRT ± ± ± VMAT ± ± ± 合计 ± ± ± 注 :IMRT. 调强放射治疗 ;VMAT. 容积旋转调强放疗癌骨转移和 2 例肺癌脑转移计划等中心点剂量差异 > ± 10% 不同治疗技术 (IMRT vs. VMAT) 计划验证点剂量通过率差异无统计学意义 ( P > 0 05) 如果使用最大剂量点剂量归一, 乳腺癌椎体肿瘤喉癌和脑转移癌等中心点剂量不能通过的比例分别下降到 6 2% 7 5% 8 3% 和 8 5%, 其他部位等中心点剂量不能通过的比例也明显下降过,96 7% 的计划能够通过平面剂量验证标准不同部位计划验证通过率不同 ( F = 3 09,P < 0 05), 食管癌直肠癌和肺癌的 γ 通过率高于子宫内膜癌鼻咽癌和喉癌 IMRT 和 VMAT 两种治疗技术 γ 通过率差异无统计学意义 (P > 0 05) 图例计划调强放疗剂量验证 γ 通过率 Figure 2 The γ pass rate of planar dose difference for patients of IMRT / VMAT plans 图例调强放疗计划等中心点剂量差异 Figure 1 Isocenter dose difference for patients of IMRT / VMAT plans 2. 平面剂量分布差异 :2 010 例计划 γ 通过率的分布结果如图 2 所示 3% / 3 mm 标准 γ 通过率为 97 9% ± 3 4% (95% ~ 91 4%,14 例 γ 通过率低于 80% 的计划没有显示 ) γ 通过率 > 90% 定为通以 γ 通过率 > 90% 定为通过, 不同部位计划平面剂量验证通过率不同 ( χ 2 = 39 15,P < 0 00), 食管癌直肠癌前列腺癌计划平面剂量验证通过率高于子宫内膜癌乳腺癌和喉癌脑转移癌子宫内膜癌乳腺癌和喉癌分别有 5 5% 6 0% 7 2% 和 11 6% 的计划平面剂量验证不能通过 14 例 γ 通过率低于 80% 的计划中肝癌 2 例外阴癌 1 例

4 920 中华放射医学与防护杂志 2016 年 12 月第 36 卷第 12 期 Chin J Radiol Med Prot, December 2016,Vol. 36,No. 12 乳腺癌 7 例子宫内膜癌喉癌肺癌骨转移和肺癌脑转移各 1 例 IMRT 和 VMAT 两种治疗技术计划平面剂量验证通过率差异无统计学意义 ( P > 0 05) 讨与电离室结合胶片测量验证相比, 二维阵列测量更加便捷, 是目前临床常用的调强放疗患者剂量验证方法本研究报道单中心使用相同加速器计划系统验证系统验证方法和标准的例调强放疗患者剂量验证结果调强放疗最初应用于临床时, 经常使用电离室点剂量测量结合胶片平面剂量测量的方法进行调强放疗患者剂量验证, 这也是调强放疗系统调试北美医学物理师学会 (AAPM) [6] 推荐方法, 本院最初开展调强放疗时也曾使用该方法在应用二维阵列验证时, 本研究也分析了等中心点剂量差异,11 8% 的计划不能通过点剂量验证标准乳腺癌椎体肿瘤喉癌和脑转移癌等中心点剂量差异通过率较低, 分别有 16 9% 17 4% 20 9% 和 22 0% 计划不能通过分析原因主要是等中心点位于高剂量梯度区射野边缘甚至射野外 AAPM 对治疗计划系统质量保证推荐将剂量分布区域划分为高剂量区高梯度区 ( 或半影区 ) 和低剂量区, 针对不同的区域使用不同的剂量差异通过标准 [7] [8] Stojadinovic 等分析了 50 例调强放疗患者计划验证结果,3 mm 距离标准不同区域分别采用局部剂量差异 7% 15% 和 40% 的标准,γ 通过率为 93 4% ± 2 3% 另外, 分析等中心点剂量差异时, 本研究使用了较为严格的局部剂量差异的计算方法如果使用计划最大剂量点剂量归一, 乳腺癌椎体肿瘤喉癌和脑转移癌等中心点剂量不能通过的比例分别下降到 6 2% 7 5% 8 3% 和 8 5% 平面剂量验证中脑转移癌子宫内膜癌乳腺癌和喉癌分别有 5 5% 6 0% 7 2% 和 11 6% 的计划不能通过, 其原因主要是计划复杂程度包含窄条子野小子野如果使用 4% / 3 mm 标准不能通过平面剂量验证的比例分别下降到 2 1% 3 0% 3 6% 和 4 1% 本研究显示, 等中心点剂量差异和平面剂量验证通过率都和计划病变部位有关李成强 [9] 等随机选取 113 例鼻咽癌 48 例宫颈癌和 50 例直肠癌 VMAT 计划, ArcCHECK 半导体探头进行 VMAT 剂量验证,3 mm / 3% 的 γ 平均通过率分别为 [10] 93 5% 95 7% 和 97 5% Crowe 等研究显示, 论 IMRT 和 VMAT 剂量验证结果与治疗部位射野强度调制复杂程度有关本研究所用二维阵列调强放疗患者剂量验证的主要问题是只能进行点平面剂量差异验证分析, 不能进行三维剂量验证, 测量验证基于模体而非患者解剖结构, 没有患者解剖剂量体积分布的信 [11] [12] 息陈阿龙等和 Visser 等发现即使 3% / 3 mm 标准二维矩阵剂量验证 γ 通过率 > 95%, 基于患者解剖结构的三维剂量验证分析发现仍有部分计划靶区和危及器官的剂量体积分布存在明显偏差目前有很多技术方法和设备进行调强放疗剂量验证, 包括电离室探测器阵列胶片电子射野影像装置等 [13], 有基于测量的方法, 基于计算的方法, 也有基于测量和计算结合的方法 [14] 在验证结果分析参数分析方法和通过标准等方面也存在较大差异不同验证设备和方法具体验证内容提供信息不同, 其差异的灵敏度特异度阳性预测值和阴性预测值不同 [15] 各个单位开展调强放疗时, 要针对本单位的设备与流程, 综合考虑质量与效率, 建立所属单位的调强放疗患者剂量验证方法和接受标准要在整个调强放疗质量保证框架下分析和审视调强放疗患者剂量验证方法, 建立系统详细的操作规程详细了解本单位所使用系统方法的问题和局限性, 包括探测器形状分辨率方向性剂量率温度响应绝对剂量校准和相对剂量校准, 相应软件数据处理 ( 插值角度校正 ) 及分析方法的差异 [16] 同时做好加速器网络系统计划系统质量保证系统严格的加速器计划系统验收测试和调试是做好针对患者剂量验证的前提 [17] 王 [18] 清鑫等研究显示, 基于螺旋形半导体探测阵列 (ArcCheck) 3% / 3 mm 标准 VMAT 计划验证对 1 mm 以内的多叶准直器 ( MLC) 位置误差不敏感, 为保证 VMAT 计划执行准确性, 需要针对 MLC 做专门的质量控制采用 MatriXX 及 Multicube 模体进行固定机架角调强放疗和容积旋转调强放疗剂量验证, 等中心点剂量差异 < ± 3% 定为通过, 平面剂量分布 3% / 3 mm 标准的 γ 通过率 > 90% 定为通过, 大部分计划能够通过计划验证不同疾病部位计划验证通过率不同, 固定机架角调强放疗和容积旋转调强放疗剂量验证通过率无差异利益冲突本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展, 未接受有关公司的任何赞助, 不涉及各相关方的利益冲突

5 921 作者贡献声明杨瑞杰负责整体研究项目技术设计技术测试患者剂量验证审核数据整理与分析文稿撰写与修改, 参与部分患者计划剂量验证 ; 张喜乐负责部分患者计划剂量验证数据记录, 协助文稿修改 ; 刘路负责部分患者计划剂量验证数据记录 ; 王俊杰负责项目协调参考文献 [1] Low DA, Moran JM, Dempsey JF, et al. Dosimetry tools and techniques for IMRT[ J]. Med Phys, 2011, 38(3): DOI: / [2] 杨瑞杰, 王俊杰. 旋转调强放疗计划和实施技术进展 [ J]. 中华放射医学与防护杂志, 2012, 32 ( 3 ): DOI: / cma. j. issn Yang RJ, Wang JJ. Planning and delivery technology advancement of intensity modulated arc therapy[ J]. Chin J Radiol Med Prot, 2012, 32 ( 3 ): DOI: / cma. j. issn [3] Chandraraj V, Stathakis S, Manickam R, et al. Comparison of four commercial devices for RapidArc and sliding window IMRT QA[J]. J Appl Clin Med Phys, 2011, 12(2): [4] Lin H, Huang S, Deng X, et al. Comparison of 3D anatomical dose verification and 2D phantom dose verification of IMRT / VMAT treatments for nasopharyngeal carcinoma [ J ]. Radiat Oncol, 2014, 9: 71. DOI: / X [5] 杨瑞杰, 王俊杰, 张喜乐, 等. 多叶准直器透射对调强放疗剂量计算准确性影响观察 [ J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2013, 22 (2 ): DOI: / cma. j. issn Yang RJ, Wang JJ, Zhang XL, et al. Dosimetric effect of multi leaf collimator transmission on intensity modulated radiation therapy[ J]. Chin J Radiat Oncol, 2013, 22(2): DOI: / cma. j. issn [6] Ezzell GA, Burmeister JW, Dogan N, et al. IMRT commissioning: multiple institution planning and dosimetry comparisons, a report from AAPM Task Group 119 [ J]. Med Phys, 2009, 36(11): DOI: / [7] Fraass B, Doppke K, Hunt M, et al. American Association of Physicists in Medicine Radiation Therapy Committee Task Group 53: quality assurance for clinical radiotherapy treatment planning [ J ]. Med Phys, 1998, 25 ( 10 ): DOI: / [8] Stojadinovic S, Ouyang L, Gu X, et al. Breaking bad IMRT QA practice [ J]. J Appl Clin Med Phys, 2015, 16(3): DOI: / jacmp. v16i [9] 李成强, 李光俊, 冀传仙, 等. ArcCHECK 半导体探头特性及在容积调强弧形治疗剂量验证应用研究 [ J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2013, 22 ( 3 ): DOI: / cma. j. issn Li CQ, Li GJ, Ji CX, et al. The characteristics and clinical application of the ArcCHECK diode array for volumetric modulated arc therapy verification[ J]. Chin J Radiat Oncol, 2013, 22(3): DOI: / cma. j. issn [10] Crowe SB, Kairn T, Middlebrook N, et al. Examination of the properties of IMRT and VMAT beams and evaluation against pre treatment quality assurance results[ J]. Phys Med Biol, 2015, 60 (6): DOI: / / 60 / 6 / [11] 陈阿龙, 陈立新, 陈利, 等. 基于三维影像解剖结构的调强剂量验证的初步研究 [J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2014, 23(4): DOI: / cma. j. issn Chen AL, Chen LX, Chen L, et al. Primary research of intensity modulated dose verification based on anatomic structure of three dimensional images [ J]. Chin J Radiat Oncol, 2014, 23 ( 4 ): DOI: / cma. j. issn [12] Visser R, Wauben DJ, de Groot M, et al. Evaluation of DVH based treatment plan verification in addition to γ passing rates for head and neck IMRT[J]. Radiother Oncol, 2014, 112(3): DOI: / j. radonc [13] 杨瑞杰, 王俊杰, 许峰, 等. 电子射野影像系统用于调强放疗剂量验证的研究 [ J]. 中华放射医学与防护杂志, 2013, 33 ( 1 ): DOI: / cma. j. issn Yang RJ, Wang JJ, Xu F, et al. The electronic portal imaging device for dosimetric verification of intensity modulated radiation therapy[ J]. Chin J Radiol Med Prot, 2013, 33 ( 1 ): DOI: / cma. j. issn [14] Siochi RA, Molineu A, Orton CG. Point / Counterpoint. Patient specific QA for IMRT should be performed using software rather than hardware methods[ J]. Med Phys, 2013, 40 (7): DOI: / [15] Hussein M, Rowshanfarzad P, Ebert MA, et al. A comparison of the γ index analysis in various commercial IMRT / VMAT QA systems[ J]. Radiother Oncol, 2013, 109 (3): DOI: / j. radonc [16] Kry SF, Molineu A, Kerns JR, et al. Institutional patient specific IMRT QA does not predict unacceptable plan delivery[ J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2014, 90 ( 5 ): DOI: / j. ijrobp [17] 杨瑞杰, 张喜乐, 王俊杰. Axesse 加速器实施容积旋转调强放疗的主要性能测试 [J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2016, 25 (3): DOI: / cma. j. issn Yang RJ, Zhang XL, Wang JJ. Commissioning of Axesse accelerator for volumetric modulated arc therapy [ J ]. Chin J Radiat Oncol, 2016, 25 (3): DOI: / cma. j. issn [18] 王清鑫, 戴建荣, 张可, 等. 容积调强旋转放疗的计划验证通过率对多叶准直器位置误差的灵敏度 [ J]. 中华放射医学与防护杂志, 2013, 33 (4): DOI: / cma. j. issn Wang QX, Dai JR, Zhang K, et al. The sensitivity of patient specific VMAT QA to MLC positioning errors[ J]. Chin J Radiol Med Prot, 2013, 33(4): DOI: / cma. j. issn ( 收稿日期 : )

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5-25袁宏钧.indd 第 24 卷第 5 期 2015 年 5 月碘 131 doi:10.3978/j.issn.1005-6947.2015.05.005 http://dx.doi.org/10.3978/j.issn.1005-6947.2015.05.005 Chinese Journal of General Surgery, 2015, 24(5):643 647. Chinese Journal of