放射治疗计划剂量归一问题的应用研究

放射治疗计划剂量归一问题的应用研究

王刚,祝锡雯,郭兴照,刘志斌,周宓

青岛市市立医院东院 肿瘤放射治疗科,山东 青岛 266000

[摘 要]目的 通过比较放射治疗调强计划在剂量归一后,展开计算多叶光栅(Muli-leaf Collimator,MLC)运动的剂量验证通过率与不计算的剂量验证通过率,初步探究标准的剂量归一方式。方法 选取15例肺癌调强计划进行分类设计,按照处方剂量达到95%体积的标准,每例调强计划从2.1%到16%不等提量到标准处方进行剂量归一,将归一后是否展开计算MLC运动的计划分别在EPID上进行剂量验证,将验证结果进行比较分析。结果 采用1%/1 mmγ通过率标准,两种不同调强计划验证结果平均值分别为(73.92±3.16)%和(75.61±3.04)%,差异具有统计学意义(P=0.045<0.05);采用2%/2 mmγ通过率标准,两种不同调强计划验证结果平均值分别为94.63±4.17和95.40±3.75,差异具有统计学意义(P=0.045<0.05)。结论 放疗调强计划剂量归一后,展开计算MLC运动的验证结果优于直接治疗计划的验证结果,所以调强计划经剂量归一后,应展开计算MLC运动后再执行治疗。

[关键词]剂量归一;调强计划;EPID;剂量验证

引言

国内肿瘤患者发病率逐年上升,其中肺癌患者的占有比例大约为20.03%[1-3],对居民健康生活水平产生一定影响。随着计算机和医学技术的发展,调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)和容积弧形调强放射治疗(Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT)等放射治疗技术在肺癌治疗中得到了广泛的应用[4-6],取得较好的治疗效果。在进行肺癌调强计划优化时会出现靶区剂量欠量的情况,可通过对靶区剂量重新归一后达到处方要求,目前还未有文献报道剂量归一后对于多叶光栅(Multi-leaf Collimator,MLC)的计算是否影响患者放疗剂量的准确性。目前本科室肺癌患者病例约占总病例数的一半,故选择肺癌病例作为研究对象。本文为探究调强计划归一后展开计算叶片运动与不计算两种计划优化方式的差异,是否会导致剂量验证通过率的不同,为提高治疗计划的执行性做初步的研究工作。

1 材料与方法

1.1 肺癌调强患者临床资料

本研究随机抽取2019年2月至2019年10月15例肺癌病例,其中男性9例、女性6例,年龄49~73岁(中位数59.5岁),患者详情如表1所示。

表1 病例选取标准

患者 性别 年龄/岁 肿瘤位置 T分期 PTV体积/cm3剂量/Gy 30 30 30 30 30 30照射次数/次1 女 59 右肺上叶 1a 192.5 60 30 2 男 52 右肺下叶 1a 189.6 60 30 3 女 73 左肺下叶 1b 216.3 60 30 4 男 72 右肺中叶 1b 1336.3 50 25 5 男 71 右肺中叶 1a 1559.0 56 28 6 男 52 右肺中叶 1a 370.7 60 30 7 男 49 左肺下叶 1a 365.1 60 30 8 女 53 左肺下叶 1b 738.3 60 30 9 男 53 右肺下叶 1b 255.7 60 30 10 11 12 13 14 15女女女男男男69 55 54 66 75 69左肺上叶右肺下叶右肺下叶右肺中叶左肺上叶右肺中叶1a 1a 1a 1b 1b 1a 248.2 415.6 234.3 106.1 152.9 308.6 60 60 60 60 60 60

1.2 计划设计

使用飞利浦Brilliance大孔径CT模拟定位机:孔径为85 cm,具有60 cm真实扫描视野(Filed of View,FOV),获取15例肺癌患者层厚5 mm定位图像,在Varian Eclipse 13.5计划系统进行靶区勾画、计划设计和剂量计算。15例肺癌患者的原始治疗计划为Planorig,人为制定Planorig计划未达到处方剂量包95%的体积,为5野动态IMRT计划,每例治疗计划均在美国Varian公司Eclipse 13.5逆向调强计划系统上完成:放疗计划采用6 MV X线,最大剂量率为500 MU/min,算法为各向异性分析算法(Anisotropic Analytical Algorithm,AAA), 计算网格为 2.5 mm。 对Planorig计划进行剂量归一处理,每位患者生成两例新计划,剂量归一后不计算生成的计划为Test1,展开计算叶片运动生成的计划为Test2。

1.3 计划验证

将Test1和Test2计划分别在aS1000型电子射野影像系统(Electronic Portal Image Dosimetry,EPID)上进行剂量验证。利用EPID进行计划验证之前,对EPID进行系列校准,包括本底野的校正(dark field)、泛野校正(flood field),以及在集成模式下采集一幅射野影像,获得灰度图像的校正系数[7]

1.4 评估标准

ICRU 83号报告[8]建议可将γ通过率标准放宽至5%/5 mm,我们在日常临床工作中仍遵循文献所建议的DQA计划接受标准[9-10]:3%/3 mm条件下γ通过率达90%以上即认为患者计划是可接受的。本文中比较标准为2%/2 mm和1%/1 mm,因分析中3%/3 mm通过率差异不大,故本文没有赘述3%/3 mm通过率。

1.5 数据处理方法

采用统计学软件SPSS 22.0对数据进行分析,运用配对t检验分析每组γ验证通过率差异是否具有统计学意义,以P<0.05为差异有统计学意义;对靶区感兴趣点绝对剂量相对偏差进行统计学分析,同样以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

采用1%/1 mm γ通过率标准,放射治疗调强计划在剂量归一后,不计算的剂量验证通过率与展开计算叶片运动后的剂量验证通过率平均值分别为(73.92±3.16)% 和(75.61±3.04)%,P=0.045, 差异具有统计学意义;采用2%/2 mm γ通过率标准,两种不同调强计划剂量验证通过率平均值分别为94.63±4.17和95.40±3.75,P=0.045,差异具有统计学意义,结果见表2。采用1%/1 mm γ通过率标准,两种优化方式相对偏差结果在-4.7%~6.5%,采用2%/2 mm γ通过率标准,两种优化方式相对偏差结果在-2.2%~2.5%,结果见图1。

表2 两种不同放疗计划验证γ通过率(%)

病例 1×1 2×2 Test1 Test2 Test1 Test2 1 58.4 62.6 93.7 94.7 2 74.1 75.2 95.8 96.7 3 76.9 74.4 97.1 98.2 4 66.9 70.5 96.4 94.2 5 44.5 48.4 81.7 84.0 6 74.3 79.2 96.5 98.1 7 70.1 72.1 94.9 95.8 8 81.4 82.4 97.0 95.9 9 87.1 88.0 98.1 99.1 10 70.0 71.9 96.8 98.5 11 74.3 80.8 98.2 99.1 12 90.9 94.0 89.9 92.4 13 77.7 73.0 95.6 94.8 14 92.6 93.9 94.6 94.1 15 69.6 67.7 93.1 95.4平均值 73.92±3.16 75.61±3.04 94.63±4.17 95.40±3.75 P值 0.045 0.045

图1 两种不同放疗计划验证γ通过率相对偏差示意图

3 讨论

IMRT和VMAT技术是通过形成复杂射野形状实施非均匀剂量分布,强度调制通过机动化的MLC实现[4-5],剂量实施非常复杂,故治疗计划实施时MLC叶片运动的精准度和重复性尤为重要[11-12],对于头颈部位的调强计划,每1 mm的叶片偏差分别会导致2.7%的剂量变化[12]。本文采用γ通过率标准2%/2 mm和1%/1 mm,由图1可得两种优化方式验证结果最大偏差为6.5%,差异较明显,两种优化方式的差异性说明归一后展开计算非常有必要。李长虎等[13]研究表明调强计划在调强放疗计划优化时,选择MLC运行方向垂直于靶区长轴方向,可有效减少子野或控制点数和机器跳数,提高治疗效率。同时有研究发现不同准直器角度选择在调强计划优化中对危及器官的受量也有一定的临床意义[14-16]

本研究中Test2验证结果整体优于Test1验证结果(表2)的原因可能为Test1采用提量优化方式是在直线加速器执行放疗计划时,通过MLC放慢运动速度等间接延长出束时间的方法达到提高剂量的目的。MLC运动速度变慢,会降低叶片执行效率,还会导致MLC到位不准确等后果。Test1采用降量优化方式时,放疗计划总体跳数变小,MLC运动速度提升,可能会使部分MLC运动速度达到极限,MLC还未到位,就会出现射束停止或射束结束警告错误,导致放疗计划不能准确执行,与Park等[17]研究表明MLC速度与加速能力的差异会影响VMAT计划执行的准确性一致。但如果进行展开计算MLC运动,加速器就通过调整MLC运动等方式达到提高剂量或降低剂量的目的,同时避免了不展开运算的弊端。

本文虽然取得初步研究结果,验证了调强计划归一后展开计算叶片运动优化方式优于不计算计划优化方式,为放疗物理师设计放疗计划时提供一定参考,提高患者放疗剂量的准确性。但本研究仍存有不足之处,在接下来会增加其他部位患者放疗计划优化的研究,为放疗计划剂量归一问题探讨一种可行性的解决方法。

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Application Study of Standard Dose Normalization in Radiotherapy Planning

WANG Gang, ZHU Xiwen, GUO Xingzhao, LIU Zhibin, Zhou Mi
Department of Radiation Oncology, Qingdao Municipal Hospital, Qingdao Shandong 26600, China

Abstract:Objective To explore the standard dose normalization method by comparing the intensity modulated radiation plan after dose normalization, the dose verification pass rate of with and without multi-ieaf collimator (MLC) motion are calculated.Methods The 15 cases of lung cancer intensity modulation plan were selected for classification design. According to the standard of the prescription dose reaching 95% volume, the intensity modulation plan of each case was increased from 2.1% to 16% to the standard prescription for dose normalization. The plan that was not calculated and expanded calculation of the MLC motion were dose-verified on the EPID, respectively, and the verification results were compared and analyzed. Results The 1%/1 mm γ pass rate standard was used. The average verification rate of the two different IMRT plans was (73.92±3.16)% and (75.61±3.04)%,respectively, (P=0.045<0.05). The 2%/2 mm γ pass rate standard was used. The average passing rate verifications of the two different IMRT plans were 94.63±4.17 and 95.40±3.75, the difference was statistically significant (P=0.045<0.05). Conclusion After the dose nomalization of intensity modulated radiation plan, the verification result of the calculated MLC motion is better than the result of direct treatment plan. Therefore, after the the dose nomalization of intensity modulated radiation plan, the MLC motion should be calculated and then executed.

Key words:dose normalization; intensity modulation plan; EPID; dose verification

收稿日期:2020-04-24

通信作者:周宓,副主任医师,主要研究方向为肿瘤放射治疗学。

通信作者邮箱:313826894@qq.com

[中图分类号] R815

[文献标识码] A

doi: 10.3969/j.issn.1674-1633.2021.02.014

[文章编号] 1674-1633(2021)02-0058-03

本文编辑 韩莹