与传统调强放疗(IMRT)技术相比，容积旋转调强放疗(VMAT)技术能显著降低治疗时间，提高治疗效率，且具有不低于IMRT的计划质量，现已广泛应用于临床肿瘤放疗中^[1-3]。在VMAT执行过程中不仅多叶光栅(MLC)的位置在连续变化，同时还伴有机架角度和输出剂量率的改变^[2]，因此该技术复杂度较高，在实施时加速器机架旋转角度、MLC叶片位置、输出剂量等参数运行误差均可能影响患者的实际受照剂量。本研究通过10例宫颈癌患者的VMAT计划，研究加速器各参数的运行误差对宫颈癌VMAT的剂量学影响，并分析主要的影响因素。

1.材料：本研究采用荷兰Philips公司的Pinnacle³ V9.2治疗计划系统，VMAT计划由SmartArc优化模块生成；瑞典Eleka Synergy加速器，MLC由40对等中心宽度为1 cm的叶片组成。

2.病例选择：选取四川大学华西医院已收治的10例行VMAT的宫颈癌病例，年龄为37~74岁，平均年龄47.2岁；根据美国癌症联合会(AJCC)第6版宫颈癌分期标准，Ι期4例，Ⅱ期4例，Ⅲ期2例。患者接受放疗剂量为全盆腔淋巴引流区50 Gy，单次治疗剂量为2 Gy，1次/d，5次/周，共25次完成整个疗程。所有病例VMAT计划均由2个359°弧形旋转照射野组成，控制点间隔为4°，采用的光子束能量为6 MV。

3.加速器运行误差模拟：提取Pinnacle³ V9.2计划系统中每个临床计划的plan.Trail文件，使用Matlab编写程序读取并修改每个控制点机架角度、准直器位置或MLC叶片位置等信息，从而模拟加速器各参数运行误差。①机架旋转角度误差：对临床计划的每个控制点分别引入顺时针0.5°和1°的机架角度误差，每个病例产生2个含有不同机架角度误差信息的计划。②准直器到位误差：对临床计划的每个控制点分别引入两侧准直器反向或相向运动误差，其幅度为±1和±2 mm，子野面积增大或减小；对临床计划的每个控制点分别引入准直器同向偏移误差，其幅度为1和2 mm，子野面积不变，每个病例产生6个含有不同准直器位置误差信息的计划。③MLC叶片到位误差：对临床计划的每个控制点分别引入两侧MLC叶片反向或相向运动误差，其幅度为±0.5、±1和±2 mm，子野面积增大或减小；对临床计划的每个控制点分别引入MLC叶片同向偏移误差，其幅度为1和2 mm，子野面积不变，每个病例产生8个含有不同MLC叶片位置误差信息的计划。④治疗中日志文件记录的各参数的实际误差值：对临床计划的每个控制点分别引入执行临床计划时记录在加速器日志文件中对应控制点的机架角度、准直器位置、MLC叶片位置和输出剂量的实际值，每个病例产生1个含有各参数实际运行误差信息的计划，每个病例产生17个含不同参数信息的计划，共计180个计划。

4.剂量学参数评估：所有计划均以95%PTV满足处方剂量进行归一，使用剂量体积直方图评估靶区和危及器官(OAR)的剂量分布。靶区受量的评估指标包括：D_98%、D_95%、D_2%、D_mean、适形度指数(conformity index，CI)和均匀性指数(homogeneity index，HI)，其中CI=(TV_RI/TV)×(TV_RI/V_RI)，HI=(D_2%-D_98%)/D_mean，TV_RI为处方剂量线包绕的PTV体积，V_RI为处方剂量线包绕的所有体积，TV为PTV体积，D_2%、D_98%和D_mean分别为PTV所接受最大剂量、最小剂量和中位剂量^[4]。OAR受量的评估指标包括：膀胱、直肠和小肠的V₅₀和D_mean。

5.统计学处理：采用Origin 9.1绘制图表。采用SPSS 23.0软件对数据进行线性回归分析，比较斜率即描述每单位误差所引起的剂量变化，R²越大表示线性关系越强，P < 0.05为差异有统计学意义。

1.临床治疗计划剂量学参数：本研究中10例临床计划PTV的D_98%、D_95%、D_2%和D_mean各剂量限值的平均值和标准差分别为(49.3±0.4)、(50.1±0.3)、(53.9±0.6)和(52.2±0.4)Gy，CI和HI分别为0.865±0.040和0.087±0.010；膀胱的V₅₀和D_mean各剂量限值平均值和标准差分别为(35.2±0.4)%和(41.9±3.7)Gy；直肠的V₅₀和D_mean分别为(20.9±10.4)%和(38.9±10.0)Gy；小肠的V₅₀和D_mean分别为(8.7±4.3)%和(25.0±6.3)Gy。

2.机架旋转角度系统误差：0.5°和1°的机架角度误差导致所有计划的PTV各剂量限值和各危及器官剂量限值变化均在1.0%内，CI和HI均基本不变(图 1)。

图 1 机架角系统误差引起的剂量限值变化    A.计划靶区；B.危及器官 Figure 1 The dosimetric effect of systematic accelerator gantry rotation angle errors    A.PTV; B.OAR

3.准直器到位系统误差：两侧准直器反向或相向运动误差，其幅度为±1和±2 mm，子野面积增大或减小时，导致PTV各剂量限值变化范围分别为-0.17%~0.33%和-0.43%~0.46%，各OAR剂量限值变化范围分别为-0.55%~0.32%和-1.32%~0.57%，CI和HI基本不变。两侧准直器反向或相向运动误差对PTV和OAR剂量影响呈强线性相关性(t=6.900~49.315，P < 0.05)，剂量变化范围为(0.15~0.46)%/mm，R²值最小为0.970(表 1)。两侧准直器同向偏移误差，其幅度为1和2 mm，子野面积不变时，PTV各剂量限值和各OAR剂量限值变化范围分别为-0.21%~0.03%和-0.66%~-0.08%，CI和HI基本不变(图 2)。

表 1(Table 1)

表 1 两侧准直器和MLC叶片反向或相向运动误差的剂量影响 Table 1 The dosimetric effect of collimator and MLC banks shifted in opposing directions 参数 准直器 MLC叶片 剂量变化(%/mm) R2值 t值 P值 剂量变化(%/mm) R2值 t值 P值 PTV   D98%(Gy) 0.23 0.993 15.021 0.001 2.83 0.994 21.201 < 0.001   D95%(Gy) 0.20 0.999 49.315 < 0.001 2.49 0.996 24.984 < 0.001   D2%(Gy) 0.15 0.996 19.270 < 0.001 2.59 0.994 21.188 < 0.001   Dmean(Gy) 0.17 0.998 25.446 < 0.001 2.64 0.996 23.824 < 0.001 膀胱   V50(%) 0.33 0.997 23.889 < 0.001 10.22 0.997 27.853 < 0.001   Dmean(Gy) 0.19 0.998 30.960 < 0.001 2.84 0.998 40.750 < 0.001 直肠   V50(%) 0.33 0.996 18.203 < 0.001 8.67 0.999 42.603 < 0.001   Dmean(Gy) 0.25 0.976 7.790 0.004 3.42 0.998 40.085 < 0.001 小肠   V50(%) 0.30 0.995 18.007 < 0.001 12.19 0.998 53.234 < 0.001   Dmean(Gy) 0.46 0.970 6.900 0.006 3.90 1.000 90.562 < 0.001 注：MLC.多叶光栅

表 1 两侧准直器和MLC叶片反向或相向运动误差的剂量影响 Table 1 The dosimetric effect of collimator and MLC banks shifted in opposing directions

图 2 准直器到位系统误差引起的剂量限值变化    A、C.计划靶区；B、D.危及器官 Figure 2 The dose change for the collimator position errors    A, C.PTV; B, D.OAR

4.MLC叶片到位系统误差：两侧MLC叶片反向或相向运动误差，其幅度为±0.5、±1和±2 mm，子野面积增大或减小时，导致PTV各剂量限值变化的最大值分别为2.11%、3.04%和6.03%，各OAR平均剂量变化的最大值分别为2.17%、3.92%和7.97%，CI减小的最大值分别为0.051、0.232和0.453，HI增大的最大值分别为0.004、0.006和0.015。两侧MLC叶片反向或相向运动误差对靶区和OAR的剂量影响呈强线性相关性(t=21.201~90.562，P < 0.05)，剂量变化范围为(2.49~12.19)%/mm，R²值均>0.994(表 1)。两侧MLC叶片同向偏移误差，其幅度为1和2 mm，子野面积不变时，导致PTV各剂量限值变化的最大值分别为0.25%和0.57%，OAR各剂量限值变化的最大值分别为0.13%和0.44%，CI和HI基本不变(图 3)。

图 3 MLC叶片到位系统误差引起的剂量限值变化    A、C.计划靶区；B、D.危及器官 Figure 3 The dose change for the MLC leaf position errors    A, C. PTV; B, D.OAR

5.治疗中各参数误差：在引入各参数实际执行误差的情况下，PTV和OAR各剂量限值最大变化分别为0.16%和1.30%，CI和HI基本不变。

加速器运行误差如准直器、机架旋转角度和MLC叶片到位等误差有不同程度的剂量学影响^[5-6]。本研究模拟机架旋转角度误差的结果显示，随着机架旋转角度误差增加，PTV各剂量限值变化和各OAR剂量限值变化的总体趋势变大。0.5°机架角度误差导致PTV各剂量限值的最大变化为0.11%，对VMAT剂量有较小的影响，在Bai等^[5]研究中提到0.5°的机架旋转角度误差对剂量的影响可以忽略。两侧准直器反向或相向运动误差导致PTV各剂量限值和各OAR剂量限值总体变化呈线性变化趋势，且对VMAT剂量学影响不明显。

本研究表明，相比MLC叶片同向运动误差，两侧MLC叶片反向或相向运动误差对PTV和各OAR的剂量影响明显，且呈强线性关系。这与Oliver等^[6]研究结果一致，其研究，两侧MLC叶片同向、相向和反向运动误差导致PTV70(D_mean)剂量变化分别为-0.66、-3.39和2.77 Gy/mm，R²值分别为0.977、0.998和1.00。程燕铭等^[7]研究鼻咽癌对MLC叶片位置误差的剂量学敏感性发现，PTV和OAR剂量学对两侧MLC同向、反向和相向运动误差的敏感性依次递增。李成强等^[8]研究10例鼻咽癌病例得出，2 mm范围内的MLC叶片随机误差及同向偏移误差的剂量学影响无统计学意义，2 mm MLC叶片反向运动误差导致PGTV(D_95%)、脊髓(D_{0.1 cc})、脑干(D_{0.1 cc})和左右腮腺(D_mean)受量显著增加(t=8.97、6.16、9.22、7.12、4.25，P < 0.05)。因此，应针对MLC叶片到位误差进行独立地质量检测和质控。

此外，两侧MLC叶片反向或相向运动误差对各器官的剂量影响各不相同，PTV、膀胱、直肠和小肠的V₅₀和D_mean变化趋势相同，但小肠V₅₀变化相对直肠较大，这可能受PTV与各OAR的相对位置关系、形状体积、处方剂量限值等因素影响。

本研究引入临床计划执行过程中各参数实际误差值，导致PTV和各OAR剂量限值最大变化分别为0.20%和0.13%。Bai等^[5]研究表明，引入幅度 < 2 mm的随机MLC叶片到位误差导致IMRT计划中PTV70(D_95%)和脊髓(D_{0.1 cc})的剂量变化分别为-0.35%和0.37%，没有造成明显的剂量学影响。Oliver等^[6]研究表明，采用高斯分布模拟机架角度、机器MU和MLC叶片随机误差，导致PTV、膀胱和直肠的等效均匀剂量最大变化分别为-0.080%/°、-0.014%/%和0.387%/mm。Rangel和Dunscombe ^[9]研究指出，采用高斯分布模拟随机MLC叶片位置误差对前列腺IMRT计划中CTV、膀胱和直肠的剂量影响可以忽略。显然，引入加速器实际执行过程中产生的误差对剂量学的影响趋近于随机误差。但加速器的传感器或MLC系统等故障^[10]以及加速器校准误差和状态变化都将导致加速器日志文件无法准确地记录加速器各参数运行误差, 因此应加强加速器日常QA工作。

1°机架角度误差、2 mm准直器到位误差和临床计划执行时各参数误差导致PTV和OAR各剂量限值变化均 < 1.4%，但MLC叶片反向或相向运动误差导致PTV和各OAR平均剂量变化高达3.90%/mm。这与Vieillevigne等^[11]研究结果一致，其研究，对于 < 3°的准直器、床和机架旋转误差造成的平均或最大剂量偏差均 < 2%，然而，1 mm的MLC叶片反向运动误差导致前列腺和头颈病例的直肠、膀胱和腮腺的平均剂量分别改变了6.5%、5.5%和8.3%，脊髓的最大剂量变化了5.6%。而影响MLC叶片到位精度的主要因素是机械设定和MLC系统的控制，如叶片到位的重复性、叶片校准误差、光野射野的一致性和机器控制的准确性等^[12-13]，不同机架角度将影响MLC叶片到位重复性的精度，在机架零度时叶片到位重复性明显好于其他角度，在机架旋转过程中由于重力影响和MLC的校准误差影响MLC到位精度^[12]。在美国医学物理学家协会(AAPM)于2009年公布的142号报告中指出，对于IMRT技术，MLC叶片位置误差应该控制在1 mm以内^[14]。但随着VMAT技术的不断发展，对MLC叶片容差有更高的要求。Chang等^[15]研究指出，VMAT技术的叶片位置误差应该控制在0.5 mm内。Mohammadi和Bezak^[16]研究要求MLC叶片位置误差应该控制在±0.3 mm内。因此应针对MLC叶片到位精度进行独立地质量检测和质控，以确保MLC叶片位置误差在0.5 mm内。

综上所述，在执行宫颈癌VMAT计划时，机架旋转角度系统误差、准直器到位系统误差、MLC叶片同向偏移误差和引入各参数实际运行误差对宫颈癌VMAT剂量学的影响不明显，而两侧MLC叶片反向或相向运动误差对宫颈癌VMAT剂量学有显著的影响。因此，为确保VMAT计划实施过程中剂量递送的准确性，应加强加速器日常QA工作和定期地对机架旋转角度、准直器到位和MLC叶片到位等误差的质量控制，并且针对MLC叶片到位精度进行独立地质量检测。