剂量验证是保证鼻咽癌调强放疗安全可靠的一个重要环节。利用多叶准直器(MLC)产生的日志文件(dynalog file)提取实际治疗时的叶片序列,检测静态、动态调强以及容积调强技术的机械稳定性及剂量验证,方便快捷^{[1, 2, 3, 4, 5, 6]}。叶片位置偏差对剂量的影响呈线性相关^[7]。随机误差对剂量的影响很小,系统误差对剂量的影响明显^[8]。这些研究结果是基于单次(实际治疗的1个分次)剂量重建得出,而实际的放疗包括多个分次的累积。在整个疗程中,实际的随机误差不可避免地累积或抵消,系统误差可能累积,也可能由于日常的质量保证消除或减小。因此,本研究利用MLC日志文件对鼻咽癌动态调强放疗的全程累积剂量进行验证,明确全疗程中叶片位置偏差的大小,并分析其对靶区和危及器官剂量的影响。

1. 临床资料:随机选取5例鼻咽癌患者的调强放射治疗(IMRT)计划。靶区和危及器官由临床医生勾画。肿瘤靶区(GTV)包括原发灶(GTV_nx)和转移淋巴结(GTV_nd),分别外放5和0~3 mm作为计划原发灶靶区(PGTV_nx)和计划淋巴结靶区(PGTV_nd);临床靶区(CTV)定义了高危区(CTV1)和预防照射区(CTV2),分别外扩3 mm得到计划靶区(PTV1和PTV2)。靶区处方剂量按照同步推量方式给予,PGTV_nx:7 095~7 392 cGy,33次;PGTV_nd:6 996~7 095 cGy,33次;PTV1:6 105~6 270 cGy,33次;PTV2:5 040~5 152 cGy,28次。治疗分两个阶段,第1阶段28次,第2阶段舍弃PTV2再照射5次,由于第2阶段强度调制用的叶片比第1阶段少,为了更严谨地研究叶片位置偏差,只跟踪第1阶段28次日志文件。

2. 叶片位置偏差描述:利用美国瓦里安公司生产的Varian Trilogy直线加速器,配备千分(Millennium)120叶MLC,共A、B两组(平行组),每组各有60个叶片。调强放疗照射期间,系统间隔50 ms记录1次MLC叶片位置信息,并写入日志文件。该文件是按时序生成的一长串ASCII字符,可读性差,借助Varian Argus软件对其进行解析和数据提取,便于逐个叶片与计划 MLC文件比较。为了表征全疗程MLC的整体位置偏差,定义了整体平均叶片位置偏差 ± s,A、B组单个叶片平均位置偏差 ± s_A、 ± s_B,和每对叶片的平均叶片间隙差异△Gap,相关计算公式如下。

式中,x₁、x_p分别表示日志文件记录的实际和计划叶片的绝对位置,cm;N_m、N_c、N_f、N_p分别表示运动叶片数、控制点数、射野数、病例数;XL_A、XL_B、XP_A、XP_B分别表示日志文件记录的A、B组实际和计划叶片的绝对位置,cm;△Gap＞0、=0和＜0分别表示实际叶片间隙缩小、不变和扩大。

3. 剂量验证:剂量验证的评价指标有95%靶区受到的最低剂量D_95%、靶区平均剂量D_mean,脊髓、脑干、眼晶状体的最大剂量D_max,以及靶区和危及器官剂量体积直方图(DVH)差异。Siebers等^[9]提出当剂量差异达到3%~5%时,可能导致靶区欠量或并发症发生概率增加,因此,定义相对剂量差异来评估叶片位置偏差对剂量的影响程度:相对剂量偏差(%)=(D_P-D_L)/D_L×100%。式中,D_P、D_L分别为计划和实际剂量,cGy。

对单个病例,将每个射野的日志文件通过Argus解析后导出为MLC格式文件,用C+[KG-*4]+编程进行转换,生成Eclipse兼容格式的MLC文件。在Eclipse中复制原计划,并导入MLC文件,进行剂量重建计算,得到重建计划。需要注意的是,跳数和原计划保持不变(相同的有效位)、算法和计算网格(2.5 mm×2.5 mm)相同。每个病例各得到28个重建计划,并分别进行计划叠加,得到基于日志文件的28次累积剂量,和原治疗计划28次累积剂量做比较和分析。随机选取1例患者的4次日志文件,比较4个单次(第1次~第4次)和累积计划中靶区与危及器官相对剂量差异的大小。

4. 统计学处理:采用SPSS 17.0软件分别对重建计划与原计划的累积剂量和单次剂量进行Wilcoxon秩和检验。P < 0.05为差异有统计学意义。

1. MLC叶片位置偏差:5例患者各机架角的平均叶片位置偏差、单个病例的平均叶片位置偏差和整体平均叶片位置偏差列于表1。5例患者各机架角的平均叶片位置偏差在0.14~0.20 mm,无明显的角度依赖性;每例患者的平均叶片位置偏差在0.15~0.17 mm之间;整体平均叶片位置偏差为0.16 mm。各机架角MLC叶片位置偏差、两组各叶片的平均位置偏差和平均叶片间隙差异结果分别示于图1、2。5例患者各28次治疗,逐个叶片统计得出叶片位置偏差＜0.50 mm约占90%,0.50~1.00 mm之间的占4%~11%,1.00~1.50 mm约占8‰,未发现＞1.50 mm的情况。A、B组的平均位置偏差分布趋势一致,但A组叶片位置偏差基本是B组叶片位置偏差的两倍;ΔGap>0,表明整体上实际的叶片间隙有所减小;另外,由于MLC两端叶片未参与剂量调制,位置偏差明显减小。

表 1

表 1 5例患者在不同机架角度的叶片平均位置偏差（mm）

表 1 5例患者在不同机架角度的叶片平均位置偏差（mm）

图1

图1 各机架角MLC叶片位置偏差

图2

图2 两组各叶片的平均位置偏差和平均叶片间隙差异

2. 累积剂量学差异:靶区与危及器官的累积相对剂量差异结果列于表2。5例患者靶区D_95%、D_mean的累积剂量学差异均在-0.05%~0.09%之间;危及器官累积相对剂量差异在-0.37%~0.51%之间,其中以病例2结果最为显著,脑干差异为0.51%,脊髓差异为-0.37%,左、右眼晶状体差异分别为0.04%、0.41%,剂量分布差异均无统计学意义(P>0.05)。危及器官的累积相对剂量差异比靶区稍大,但总体上差异都在±1%以内,剂量分布差异无统计学意义(P>0.05)。

表 2

表 2 5例患者靶区与危及器官的累积相对剂量差异（%）

表 2 5例患者靶区与危及器官的累积相对剂量差异（%）

3. 单次与累积相对剂量差异的比较:靶区与危及器官的单次和累积相对剂量差异结果列于表3。4个单次的靶区D_95%、D_mean相对剂量差异在-0.06%~0.10%之间,而累积剂量学差异均在-0.01%~0.06%之间,且剂量差异有统计学意义(z=-2.02~4.61,P < 0.05);4个单次的危及器官D_max剂量差异在-0.25%~0.25%之间,而累积剂量学差异在-0.02%~0.11%之间,除左眼晶状体外,其他危及器官的D_max差异有统计学意义(z=4.46、-4.51、2.07,P < 0.05)。单次计划相对剂量差异有正有负,累积计划在一定程度上减小了单次MLC叶片位置偏差对剂量的影响。

表 3

表 3 靶区与危及器官的单次和累积相对剂量差异（%）

表 3 靶区与危及器官的单次和累积相对剂量差异（%）

4. DVH结果:某例患者两种计划DVH差异如图3所示。DVH图一致性很好,靶区较危及器官DVH差异稍大,但总体上每个结构的DVH改变＜0.8%,原计划与实际计划的剂量分布基本吻合,说明叶片位置偏差对剂量的影响甚小。

图3

图3 两种计划的DVH图差异（重建计划与原计划之差） 注:PGTVnx.计划原发灶靶区;PGTVnd.计划淋巴结靶区;PTV1.计划靶区1;PTV2.计划靶区2

Luo等^[7]的研究显示,0.20 mm的平均位置偏差将导致1%剂量改变。Mu等^[10]分别模拟了随机误差和系统误差对简单和复杂鼻咽癌计划的影响,表明随机误差对复杂计划(子野数＞50)靶区的影响在1%左右,对危及器官的影响稍大但平均不超过2%,而系统误差的影响非常明显。本研究采用了动态调强放疗技术,子野(或控制点)数目均远＞50,同时,通过实际治疗的日志文件得到的0.16 mm整体平均叶片位置偏差,来源于随机误差和系统误差的叠加,而由此导致的靶区累积剂量改变＜0.1%,危及器官累积剂量改变也＜1%,低于单次计划的相对剂量差异,也远低于其他研究,甚至比单纯的随机误差引起的剂量改变还小^{[7, 10, 11]}。因此,与单次治疗相比,较多分次的治疗确实可以在一定程度上减小叶片位置偏差的影响。本研究未发现叶片位置偏差的角度依赖性,说明重力作用影响很小,可以忽略。结果显示,危及器官累积相对剂量变化比靶区大,可能原因是,危及器官一般位于剂量跌落区,小野照射或窄条野照射的次数较多,叶片走位复杂,导致出现走位误差的次数增加,更多的叶片偏差对剂量分布的影响也会更大^[12];在相同的网格分辨率条件下,[JP+1]危及器官体积较小,微小的叶片位置偏差可能带来较明显的剂量差异。同时发现,A、B两组的实际位置相对计划位置有一定的延迟,且A组更明显,说明这是一种系统误差,可能由于控制系统的延迟或每天开机时的MLC刻度产生。这种误差造成了实际叶片间隙的减小,但剂量差异可忽略。而在用Argus 软件解析日志文件时却发现每次治疗中总会出现某个别射野的实际控制点数比计划控制点数多1个,且最后一个控制点的MU都显示为0,说明在执行该控制点之前,已经停止了出束,结合这一发现,可以推断,本研究系统误差来源于控制系统的延迟的可能性非常高。一般来说,系统的延迟是控制系统本身固有的,很难消除,但从本研究结果来看,其影响是没有临床意义的。同时,为了避免严重的MLC叶片位置偏差,本研究中,加速器叶片允许偏差设置为2 mm,统计的1 400个日志文件中8‰的叶片位置偏差超过Klein等^[13]建议的1 mm,但这对剂量分布造成的影响却可忽略不计。加速器叶片允许偏差不宜太小,过小容易造成连锁停止出束,反而容易引起剂量的改变,建议叶片偏差设定在1.50~2.00 mm之间。

值得注意的是,调强放疗实际照射的每个子野的MU也有可能变化。Luo等^[7]的研究发现动态调强治疗中MU会有微小的改变,但其对剂量的影响极小,可以忽略。在本研究中并未发现MU的改变,因此,并没有涉及MU改变对剂量的影响。此外,动态调强放疗中,叶片运动速度是剂量率的函数,叶片的延迟会导致剂量率的改变,但在日志文件和记录验证系统中,没有记录每个子野(控制点)的实际剂量率。而本研究与之前的相关研究在剂量重建时,假设实际剂量率和计划剂量率保持不变,这可能给剂量重建的准确性带来一定的影响,影响的程度尚无法估计。但可通过观察叶片位置偏差的大小来定性评估剂量率改变的程度,本研究结果表明,叶片位置偏差的范围非常小,说明剂量率的改变也非常小。因此,如果要把基于日志文件的动态调强验证作为一种日常的验证手段,就要更加注意MLC本身的日常质控和维护保养,尽可能减小叶片位置偏差。基于此,建议该方法不应成为一个放疗中心调强验证的唯一手段,而应结合其他测量方法,保证调强放疗的安全性。

综上所述,基于动态调强日志文件的多分次累积剂量验证在一定程度上减小了单次MLC叶片位置偏差对剂量的影响,验证结果更加精确地反映了患者的实际受照剂量。