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1. 南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院） a. 肿瘤放疗中心；b. 医疗设备处，江苏南京 210006；2. SunNuclear公司，佛罗里达墨尔本 32940

[摘要]目的研究瓦里安IGRT治疗床模型对食管癌固定野调强计划ArcCHECK剂量验证结果的影响。方法选取14例食管癌患者的固定野调强计划进行研究。每例计划均采用5个不同机架角度的照射野。对每例治疗计划分别制作两个ArcCHECK剂量验证计划，一个模体图像中没有治疗床模型（验证计划A），另一个模体图像中添加了瓦里安IGRT治疗床模型（验证计划B）。使用瓦里安Clinac iX加速器执行验证计划A，得到ArcCHECK的测量剂量分布。将两组验证计划的计算剂量分布分别与测量剂量分布进行Gamma分析比较，分析参数为3 mm/3%和2 mm/2%。比较两组验证计划的Gamma通过率值。结果分析参数3 mm/3%时，验证计划A组和B组的Gamma通过率分别为99.57%±0.19%和99.22%±0.44%，两组数据有统计学差异（P＜0.05）；分析参数2 mm/2%时，验证计划A组和B组的Gamma通过率分别为97.26%±1.27%和96.31%±1.37%，两组数据有统计学差异（P＜0.05）。结论瓦里安IGRT治疗床模型对食管癌固定野调强计划的ArcCHECK剂量验证结果会产生影响。为了获得精确的剂量验证结果，在制作食管癌固定野调强计划的ArcCHECK剂量验证计划时，应考虑加入治疗床模型。

[关键词]食管癌；调强计划；治疗床模型；Gamma分析；ArcCHECK剂量验证计划

引言

食管癌是我国高发的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率均居我国恶性肿瘤第4位，放射治疗已成为除手术之外的标准治疗手段，调强放疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）技术在食管癌放疗中的应用越来越广泛，它比传统的适形放疗技术靶区适形度好，对重要组织器官的保护更好[1]。调强放疗技术的复杂性使得剂量验证工作越来越重要，传统的手工计算核对和单点剂量的验证已经不再适用[2-3]。ArcCHECK作为一种圆柱形半导体探测器阵列，与空气电离室阵列相比，具有更高的灵敏度[4]。与二维平面剂量测量工具（MatriXX，MapCHECK等）相比，ArcCHECK的圆柱形更接近患者的解剖结构。国内外许多单位使用ArcCHECK剂量验证工具，开展了对IMRT和容积旋转调强（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）计划的剂量验证工作[4-8]。在将患者的治疗计划移植到ArcCHECK模体图像中重新进行剂量计算时，厂家提供的模体图像上默认无治疗床，而在实际实施验证计划时，ArcCHECK模体被放置在治疗床上，有些角度的射野或射弧发出的射线需要穿过治疗床才能到达ArcCHECK模体[6]。瓦里安Eclipse 8.6治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）在设计放射治疗计划时提供薄、中、厚3种IGRT虚拟治疗床的选择，期望修正治疗床对吸收剂量的影响[9]。本工作通过比较ArcCHECK模体图像中有无瓦里安IGRT治疗床模型的实验数据，研究了图像引导放射治疗（Image Guide Radiation Therapy，IGRT）治疗床模型对食管癌固定野调强计划ArcCHECK剂量验证的影响。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

瓦里安Clinac iX医用电子直线加速器，配备了碳纤维材质的Varian Exact IGRT治疗床，采用6 MV高能X线进行本研究。Varian Eclipse 8.6 TPS，用于放疗计划和ArcCHECK验证计划设计。验证工具为SunNuclear公司的ArcCHECK，相应的分析软件为SNC Patient。ArcCHECK验证模体呈圆柱形，表面分布1386个高精度半导体探头，相邻探头间距为l cm；分析软件可显示测量的绝对剂量及相对剂量分布，并与计划系统计算的剂量分布进行对比[10]。

1.2 实验方法

选取14例食管癌患者设计固定野调强治疗计划，肿瘤靶区均位于胸中下段。患者中，男性12例，女性2例，年龄50～78岁，中位年龄66岁。治疗计划均采用如下5野机架角度分布：210°、300°、0°、60°和 150°。单次处方剂量为1.8 Gy或2.0 Gy。对每例治疗计划分别制作两个ArcCHECK剂量验证计划，一个验证计划的模体图像中没有治疗床模型（验证计划A），一个验证计划的模体图像中添加了IGRT治疗床模型（验证计划B，图1）。根据实验中ArcCHECK模体在治疗床上的摆放位置（LNG=100 cm），在TPS中治疗床模型采用“Exact IGRT Couch Top,thin”[9]。根据文献数据，治疗床模型内部（Panel Interior）CT值设置为-960 HU，床体表面（Panel Surface）CT值设置为-700 HU[11]。待验证计划剂量计算完成后，分别从验证计划A和B中，导出TPS计算的剂量分布文件，并导入SNC Patient分析软件中。

图1 食管癌验证计划ArcCHECK模体图像中的IGRT治疗床模型

使用瓦里安Clinac iX加速器执行验证计划A。由于都是剂量验证计划，验证计划A和验证计划B的每个射野的跳数和MLC走位情况完全一致，因此只执行验证计划A就可以了。使用ArcCHECK得到验证计划的测量剂量分布，然后使用SNC Patient软件分析测量剂量分布，将验证计划A组和B组的TPS计算剂量分布分别与测量计算分布进行比较（图2）。使用Gamma分析工具，分析参数采用3 mm/3%和2 mm/2%两种情况，剂量阈值均为10%，对Gamma通过率数据进行统计分析，对两组验证计划ArcCHECK剂量验证的Gamma通过率值进行比较。

图2 SNC Patient分析软件中食管癌验证计划测量剂量分布与计算剂量分布的比较

2 结果

14例食管癌验证计划，对每个计划5个射野总跳数进行统计分析，其最大值、最小值、平均值和标准差分别为：1041、453、674和143；对每个计划机架角度为150°和210°的两个射野的跳数和进行统计分析，其最大值、最小值、平均值和标准差分别为：435、169、262和65；对机架角度为150°和210°的两个射野的跳数和占五个射野总跳数的百分比例进行统计分析，其最大值、最小值、平均值和标准差分别为：44.09%、32.26%、38.83%和3.54%。

两种Gamma分析参数的情况下，A和B两组食管癌验证计划的Gamma通过率值，见图3。对Gamma通过率值进行统计分析，结果见表1。

图3 两种分析参数情形下验证计划A和B的Gamma通过率值

表1 两种分析参数下两组食管癌验证计划Gamma通过率值的统计（%）

当分析参数为3 mm/3%时，对A和B两组验证计划的Gamma通过率进行配对t检验，两组数据有统计学差异（P=3.93×10-3＜0.05）；当分析参数为2 mm/2%时，对A和B两组验证计划的Gamma通过率进行配对t检验，两组数据有统计学差异（P=2.39×10-5＜0.05）。

为了进一步研究验证计划Gamma通过率的差异具体来自哪些射野，通过对测量剂量分布进行拆分和制作单个射野的ArcCHECK剂量验证计划，对五个机架角度射野的Gamma通过率单独进行统计，获取每个机架角度射野Gamma通过率的差异（该射野验证计划B的Gamma通过率减去相应验证计划A的Gamma通过率）。其中2 mm/2%评价标准的计算结果示于图4，G210、G300、G0、G60和G150 分别代表 210°、300°、0°、60°和 150°机架角度射野的情形。3 mm/3%评价标准的计算结果与2 mm/2%评价标准的计算结果类似。

图4 每个射野Gamma通过率的差异（验证计划A和B，2 mm/2%）

3 讨论

由结果可知，分析参数为3 mm/3%和2 mm/2%时，验证计划A组和B组的Gamma通过率均有统计学差异（P＜0.05）。在实际执行验证计划时，食管癌验证计划的5野分布中机架角度150°和210°两个后斜野发出的高能X射线，需穿过碳纤维治疗床到达ArcCHECK模体。在验证计划B中，这两个角度的射野发出的射线穿过治疗床模型到达模体，从而导致验证计划A组和B组的计算剂量分布产生差异，最后导致两组计划的Gamma通过率存在差异。图3和表1的结果中，Gamma通过率表示的是5个照射野的总体通过率。图4反映了每个射野Gamma通过率的差异。由图4可见，300°、0°和60°三个机架角度射野的Gamma通过率差异很小；150°和210°两个机架角度射野的Gamma通过率差异较大。

在理想情况下，验证计划B组在计算剂量时考虑了IGRT治疗床的影响，其计算剂量分布应更接近实际测量剂量分布，因此与验证计划A组相比，其对应的Gamma通过率应该更高。但是本研究结果显示，验证计划B组的Gamma通过率普遍略低于A组的Gamma通过率。原因在于，对于具体某个加速器的各项参数设置条件（例如绝对剂量，导入TPS的原始测量数据等）下，验证计划的Gamma通过率并不一定最佳，这也是进行放疗计划剂量验证的目的[12]。在本研究中，验证计划B的Gamma通过率结果，是加速器绝对剂量、原始测量数据、MLC执行走位等的综合影响的结果。因此在TPS中是否考虑治疗床这一影响因素，对验证计划Gamma通过率结果的影响，有可能使Gamma通过率值变大，也有可能使Gamma通过率值变小。

ArcCHECK作为一种剂量验证设备，已广泛应用于临床中。吴爱林等[5]研究了ArcCHECK探测器在调强放射治疗剂量验证中的应用，姜仁伟等[6]利用ArcCHECK研究了在实际机架角与零机架角的IMRT剂量验证结果比较。但大多数的研究并未考虑治疗床模型对剂量验证结果中的影响，SunNuclear厂家提供的ArcCHECK模体图像中也不包括治疗床模型。而实际在实施验证计划时，ArcCHECK模体是摆放在治疗床上的，有些射野或部分射弧发出的射线需要穿过治疗床才能被探测到[13-17]。叶逢松等[13]的研究，证实了在设计IMRT计划时，有必要加入治疗床。瓦里安Eclipse治疗计划系统有添加治疗床模型的功能，有多种Exact和IGRT类型的虚拟治疗床模型可供选择。本研究结果显示，在使用ArcCHECK进行食管癌调强计划的剂量验证时，验证计划A组和B组的Gamma通过率具有统计学差异，因此在使用TPS计算ArcCHECK模体的剂量分布时，应该考虑治疗床的影响，使用添加治疗床模型的模体图像进行计算，以期得到准确的剂量验证结果。ArcCHECK是一种专门为旋转照射剂量验证而设计的圆柱体半导体探测器矩阵，不仅适用于固定野调强计划的剂量验证，更适用于容积旋转调强（VMAT）计划的剂量验证[11]。当对VMAT计划进行剂量验证时，VMAT的360°角度照射弧有一半角度需要穿过床板到达ArcCHECK，治疗床模型对VMAT计划的ArcCHECK剂量验证结果的的影响，有待于下一步的深入研究。

4 结论

由本研究的数据分析可见，在Eclipse治疗计划系统中是否添加瓦里安IGRT治疗床模型，会对食管癌固定野调强计划的ArcCHECK剂量验证结果产生影响。使用ArcCHECK对食管癌固定野调强计划进行剂量验证，为了获得精确的剂量验证结果，应考虑在制作剂量验证计划时添加IGRT治疗床模型。

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Influence of Treatment Couch Model on Dose verification of Intensity-Modulated Radiotherapy Plans of Esophageal Cancer with ArcCHECK

SHI Feiyue1a, BAI Zhenglu1b, TANG Xiaoyu2, ZHAO Huanyu1a
1. a. Radiation Therapy Center; b. Department of Medical Equipment, Nanjing First Hospital (Nanjing Medical University), Nanjing Jiangsu 210006, China; 2. SunNuclear Corporation, Melbourne Florida 32940, USA

Abstract:Objective To investigate the in fl uence of Varian IGRT treatment couch model on dose verification of intensity-modulated radiotherapy plans of esophageal cancer with ArcCHECK. Methods A total of 14 IMRT plans of esophageal cancer were selected and each of them was treated with 5 beams. Two ArcCHECK verification plans were created for each treatment plan, and there was no treatment couch model in the phantom image (verification plan A), and another one with a model (verification plan B). A Varian Clinac iX linear accelerator was employed to deliver the verification plans (verification Plan A) and to obtain the dose distribution of ArcCHECK. Gamma passing rates were acquired through analysis of comparing the measured dose distribution with corresponding two calculated dose distributions of the two verification plans, using parameters of 3 mm/3% and 2 mm/2%. Results With parameters of 3 mm/3%, the gamma passing rates of verification plans of Group A and Group B were 99.57%±0.19% and 99.22%±0.44%,respectively, and the difference of data between the two groups had statistical significance (P＜0.05). With parameters of 2 mm/2%,the gamma passing rates of the two groups were 97.26%±1.27% and 96.31%±1.37%, respectively, and the difference of data between the two groups had statistical significance (P＜0.05). Conclusion The Varian IGRT treatment couch model has in fl uence on dose verification of IMRT plans of esophageal cancer with ArcCHECK. When creating the ArcCHECK verification plans of esophageal cancer, the treatment couch model should be taken into consideration to acquire precise dose verification results.

Keywords:esophageal cancer; intensity-modulated radiotherapy; treatment couch model; Gamma analysis; ArcCHECK verification plans

通讯作者：赵环宇，博士，副主任医师，主要研究方向为肿瘤放射治疗。