2023, Vol. 43
宫颈癌是一种常见的女性恶性肿瘤，通过放射治疗可取得较好的疗效[1-2]。其中容积旋转调强放疗(VMAT)技术应用广泛，具有治疗时间短、靶区均匀性好、治疗效率高等优势[3-4]。美国医学物理师协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)在TG-218报告[5]中强调，剂量验证有助于控制偏差，提高治疗的安全性与精确性。ArcCHECK是一种专门用于VMAT的三维剂量验证设备，灵敏度较高，靶区的有效测量长度为21 cm[6]，在二极管阵列和电子元件之间包含辐射剂量计，用于返修时读取数据，对其直接辐照存在保修失效的风险。而部分宫颈癌患者的靶区超过21 cm，常规等中心摆位的验证方法会直接照射辐射剂量计，可能对设备造成损伤。本研究旨在通过对宫颈癌超长靶区剂量验证的初步研究，探索可靠的剂量验证方法，为临床验证工作提供一定的理论依据。
资料与方法1.病例选择：回顾性分析宜宾市第二人民医院肿瘤中心2021年12月至2022年12月期间收治的宫颈癌患者100例(宫颈鳞癌89例，宫颈腺癌11例)，临床分期为IB1~IV期。其中，常规靶区和超长靶区各50例，年龄27~74岁，中位年龄为53岁，两组患者的年龄差异无统计学意义(P > 0.05)。
2. 体位固定与模拟定位：患者体位采用仰卧位，双手环抱于头顶，使用体部热塑膜进行固定。在16层螺旋CT机(日本东芝公司，Activion 16 TSX-031A)上进行CT扫描，扫描层厚设置为5 mm，扫描范围为膈上3 cm至股骨中段。
3. 靶区勾画与处方剂量：放疗医生依据美国放射治疗肿瘤协作组(Radiation Therapy Oncology Group，RTOG)418报告[7]，在CT图像上勾画靶区和危及器官，临床靶区(clinical target volume，CTV)外扩5 mm得到计划靶区(planning target volume，PTV)。阳性临床靶区(阳性淋巴结)、高危临床靶区(宫旁区域)和低危临床靶区(子宫体、宫颈、阴道、淋巴引流区等区域)PTV的处方剂量分别为61.6、55.0、50.4 Gy，共照射28次，要求处方剂量的靶区覆盖率≥ 95%。危及器官的处方要求为：脊髓Dmax < 40 Gy、膀胱V50 < 50%、直肠V50 < 50%、股骨头V50 < 10%、肾脏V20 < 25%、小肠V50 < 10%。
4. 计划设计：使用瑞典RaySearch公司提供的计划系统RayStation 4.7，计划设计采用6 MV X射线、VMAT技术、最大剂量率600 MU/min。设置两个全弧，起止角度分别为181°和179°。每个弧的最大控制点为91，控制点间隔4°，计算网格设置为3 mm，剂量计算使用CC卷积叠加算法。将通过审核的计划传至MOSAIQ系统进行排程，等待瑞典医科达公司直线加速器Elekta Synergy的执行。
5. 移植计划：移植计划至由美国Sun Nuclear公司提供的ArcCHECK模体上，重新计算得到单次计划的剂量分布，导出RT Plan和RT Dose文件备用。通过移植的剂量分布可知，当靶区长度为26 cm时，中心点处(iso)处的照射范围刚好处于安全边界附近(模体横截面层面为-11 cm)；当靶区长度达到最长37 cm时，由iso沿出床方向平移5 cm(iso 1)处的照射范围亦在安全范围内，如图 1所示。本研究以26 cm为临界值分为常规靶区组和超长靶区组，超长靶区组(26~37 cm)通过偏离模体中心5 cm进行摆位的方式可满足验证需求。
|
图 1 宫颈癌靶区在不同摆位中心处的剂量分布 A. 26 cm的靶区在iso处摆位；B. 26 cm的靶区在iso 1处摆位; C. 37 cm的靶区在iso处摆位; D. 37 cm的靶区在iso 1处摆位 Figure 1 Dose distribution in the target volumes of cervical cancer under different positioning centers A-B. 26 cm-long target volume under positioning centers at iso (A) and iso 1 (B); C-D. 37 cm-long target volume under positioning centers at iso (C) and iso 1 (D) |
6. 剂量验证：验证工具采用ArcCHECK和SNC Patient 6.2分析软件，ArcCHECK由1 386个半导体探头组成，所有探头呈螺旋形分布于圆柱面上，探头间距为10 mm，可测量入射剂量和出射剂量，并能同时获得相对剂量(relative dose，RD)和绝对剂量(absolute dose，AD)。
验证设备在使用时，需在相同条件下完成本底校准、矩阵校准和绝对剂量校准，以获得各个探测器的响应系数，以及将RD转化为AD的校准文件。将激光线对准圆柱形模体的十字线，在iso处采集常规靶区的剂量分布(Short-0 cm)；将ArcCHECK沿出床方向平移5 cm，在iso 1处分别采集得到常规靶区(Short-5 cm)和超长靶区(Long-5 cm)的剂量分布。
7. 剂量验证评价指标：γ分析法是目前使用较为广泛的剂量验证方法，受剂量梯度的影响较小[8]。将验证设备检测所得剂量分布和计划系统计算所得剂量分布之间的差异定义为剂量通过率，可用于评估和判断放疗计划可否执行。AAPM TG-119[9]推荐使用3%/3 mm和10%最小阈值作为评价标准，要求容差限值(tolerance limit，TL，见式1)为95%，干预限值(action limit，AL，见式2)为88%~90%；AAPM TG-218报告[5]与国家癌症中心/国家肿瘤质控中心[10]为了适应临床需求，将推荐标准调整为3%/2 mm，TL ≥ 95%，AL ≥ 90%。TL和AL可用于判断治疗计划是否满足临床需求，当通过率大于TL时计划可执行；当通过率介于AL和TL之间时，需结合其他指标进行综合评估；当通过率低于AL时不能直接用于治疗，需对加速器和计划系统的稳定性进行检测[11]。
| $ \begin{array}{c} T L=\frac{1}{n} \sum\nolimits_1^n x- \\ 2.66 \times \frac{1}{n-1} \sum\nolimits_{i=2}^n\left|x_i-x_{i-1}\right| \end{array} $ | (1) |
| $ A L=100 \%-\frac{\beta \sqrt{\sigma^2+(\bar{x}-T)^2}}{2} $ | (2) |
式(1)中，n为测量总例数，xi为第i例放疗计划的γ通过率；式(2)中，β为两种因子的组合(一种是衡量测量数据变化的可接受范围，另一种是平衡假设检验中的一类和二类错误)，σ2为方差，x为均值，T为流程目标值。本研究中按β = 6，T = 100%进行计算。
根据TG-119报告[9]对调强计划剂量验证的大数据分析，建议使用通过率的置信限(confidence limit，CL，见式3)水平来判断总体剂量精度的可信度。
| $ C L=100-\mid \text { Mean } \mid+1.96 \sigma $ | (3) |
式中，Mean为γ通过率的平均值，σ为标准差。若95%置信水平下的偏差小于CL值(100-CL ≥ 95%)，则表明总体的剂量精度稳定和可靠，即验证通过，否则需要进行检查和调试[12]。
本研究采用全局归一，剂量阈值10%，3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm等误差标准下的γ通过率作为评价指标，对各组数据的γ通过率和阈值进行综合分析。
8. 统计学处理：使用SPSS 19.0软件进行统计学分析，计量资料经正态性检验符合正态分布以x±s表示。对常规靶区和超长靶区两组计划的几何参数、机器参数与Short-5 cm和Long-5 cm两组的剂量分布进行独立样本t检验，对Short-0 cm和Short-5 cm两组的剂量分布进行配对样本t检验，同时使用Pearson相关系数分析各参数之间的相关性。P < 0.05为差异具有统计学意义。
结果1. 参数比较：常规靶区组和超长靶区组的几何参数(靶区长度和靶区体积)、机器参数[机器跳数(MU)和照射时间]进行对比分析，结果表明，两组各参数的差异均具有统计学意义(t = 18.56、7.94、2.80、2.61，P < 0.05)。常规靶区组的靶区长度与靶区体积呈正相关(r = 0.47，P = 0.00)；超长靶区组的靶区长度与靶区体积呈正相关(r = 0.47，P = 0.00)，靶区长度与机器跳数呈正相关(r = 0.35，P = 0.01)，靶区体积与MU呈正相关(r = 0.34，P = 0.02)。由此认为，照射范围的增加在一定程度上会增加直线加速器的负荷，影响治疗效率[13]。
2. 不同检测条件下的γ通过率：如表 2所示，3组数据在3%/3 mm标准下的通过率均表现良好(≥ 95%)，能够满足临床需求。Short-0 cm和Short-5 cm两组γ通过率的差异具有统计学意义(t = 6.43、2.15、7.54、2.55、8.17、2.14，P < 0.05)。由此可见在常规靶区组中，模体摆位中心的偏移一方面会引入摆位误差，一方面导致ArcCHECK的有效检测长度由21 cm缩短至16 cm，探头利用率明显降低(t = 161.60，P < 0.01)，从而影响γ通过率。Short-5 cm和Long-5 cm两组在iso 1处的剂量分布差异有统计学意义(t = -4.65、-3.07、-3.72、-2.73、-4.70、-3.71，P < 0.01)。由此认为，模体摆位中心的偏移与靶区长度均会影响剂量通过率。
|
表 1 常规靶区组和超长靶区组的参数比较(x±s) Table 1 Comparison between parameters of conventional target volume group and ultra-long target volume group (x±s) |
|
|
表 2 不同检测条件下的γ通过率(%, x±s) Table 2 Gamma pass rates under different detection conditions(%, x±s) |
3. 限值分析：计算各组通过率在不同评估标准下的100-CL、TL、AL值，如表 3所示，Short-0 cm组中3%/3 mm标准下的各限值均达到95%以上，能够满足临床需求。随着评估标准愈加严格，各组限值均呈下降趋势；在相同评估标准下，摆位中心偏离或靶区范围变大均可导致各限值有所降低。
|
|
表 3 不同检测条件的评估标准的限值(%) Table 3 Limits of assessment criteria under different detection condition(%) |
讨论
目前使用较多的三维验证设备主要有Delta 4、COMPASS和ArcCHECK等。Delta 4使用半导体探测器，测量长度可达到38 cm，但剂量分布不能随意选择归一点，且等中心的剂量梯度大小对验证结果影响较大。COMPASS的检测长度为24.4 cm，使用MatriXX平面电离室矩阵，可排除算法不同对剂量差异的影响，但探测器的角度响应偏差较大，整个运算过程对设备数据有依赖性，数据来源不直接[14]。而ArcCHECK不具有角度依赖性，不会丢失信号，具有操作简便、采集高自动化、测量结果实时显示、测量通过率高、结果稳定等优势[15]。何勇等[16]通过实验证明ArcCHECK相比Delta 4效果更优。Li等[17]通过实验证明ArcCHECK在剂量线性、剂量率稳定性和方向依赖性等方面均具有突出表现，对基于不同调强技术的剂量验证均表现良好。姚升宇等[18]和解传滨等[19]使用ArcCHECK的Merge功能对(全脑)全脊髓调强计划进行剂量验证，可将检测范围延长至36 cm，验证结果可满足临床需求。但Merge功能对软件的版本和物理师的要求较高、操作流程复杂，对日常的剂量验证工作不友好，本研究旨在探讨如何采用更为简便的方式解决超长靶区的剂量验证问题。
本研究结果表明，常规靶区的两组数据均能满足临床需求，超长靶区组中的γ通过率在3%/3 mm和3%/2 mm的标准下仍表现良好。同时，摆位中心的偏离和靶区长度是影响验证结果的主要因素，分析其原因为：①改变验证模体的摆位中心可能引入摆位误差。②ArcCHECK的有效检测长度由21 cm缩短至16 cm，探头利用率明显降低。③宫颈癌的靶区范围较大，超出了验证工具的有效测量范围，导致头脚方向的探头处于射野边缘或剂量梯度较大区域[12]。④ArcCHECK探测器阵列间距较大(1 cm)、仅能反应局部感兴趣区域的剂量分布，可能造成漏检[15]。
综上所述，对于某些特殊靶区，如超长靶区、偏中心等，可适当调整摆位中心，使得靶区尽可能落在探测阵面上，从而确保剂量通过率，并对验证设备进行有效保护。而各个放疗中心的计划系统、传输系统和测量工具不尽相同，建立统一的质量控制标准较为困难，各中心需要根据自身的临床需求(如治疗部位、治疗目的、临床策略等)建立相适应的质控标准[20-21]。一方面，可排除摆位中心点偏移和靶区长度的影响，认定其稳定性和可靠性；另一方面，可结合多维度评估指标进行综合评估，合理判断放疗计划是否可执行，以满足剂量验证的临床需求[22]。同时加强直线加速器、计划系统和传输系统的质控，以确保此类患者的精确治疗。
利益冲突 无
作者贡献声明 周本梅负责选题与设计、数据分析和论文撰写；查小英负责VMAT计划设计、参与论文撰写；谭拥负责数据收集和VMAT计划设计；肖鹏参与数据收集和论文修改；胡明宗负责指导选题设计和论文修改
| [1] |
Sung H, Ferlay J, Siegel RL, et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries[J]. CA Cancer J Clin, 2021, 71(3): 209-249. DOI:10.3322/caac.21660 |
| [2] |
Huang K, Jia M, Li P, et al. Radiotherapy improves the survival of patients with metastatic cervical cancer: A propensity-matched analysis of SEER database[J]. Int J Gynecol Cancer, 2018, 28(7): 1360-1368. DOI:10.1097/IGC.0000000000001313 |
| [3] |
王宁, 孙海涛, 黄国森. ArcCHECK摆位误差对直肠癌VMAT计划剂量验证通过率的影响[J]. 中国医疗设备, 2019, 34(5): 65-67, 72. Wang N, Sun HT, Huang GS. Effect of ArcCHECK setup errors on the dosimetric verification pass rate of VMAT plan in the treatment of rectal cancer[J]. Chin Med Devices, 2019, 34(5): 65-67, 72. DOI:10.3969/j.issn.1674-1633.2019.05.017 |
| [4] |
鄢佳文, 高靖琰, 刘旭红, 等. ArcCHECK用于VMAT计划剂量的验证[J]. 医疗装备, 2017, 30(5): 26-27. Yan JW, Gao JY, Liu XH, et al. ArcCHECK is used for verification of VMAT planned doses[J]. Med Equip, 2017, 30(5): 26-27. DOI:10.3969/j.issn.1002-2376.2017.05.015 |
| [5] |
Miften M, Olch A, Mihailidis D, et al. Tolerance limits and methodologies for IMRT measurement-based verification QA: Recommendations of AAPM Task Group No. 218[J]. Med Phys, 2018, 45(4): e53-e83. DOI:10.1002/mp.12810 |
| [6] |
Thiyagarajan R, Nambiraj A, Sinha SN, et al. Analyzing the performance of ArcCHECK diode array detector for VMAT plan[J]. Rep Pract Oncol Radiother, 2016, 21(1): 50-56. DOI:10.1016/j.rpor.2015.10.004 |
| [7] |
Jhingran A, Winter K, Portelance L, et al. A phase Ⅱ study of intensity modulated radiation therapy to the pelvis for postoperativepatients with endometrial carcinoma: Radiation therapy oncology group trial 0418[J]. Int J Radiat Oncol, 2012, 84(1): e23-e28. DOI:10.1016/j.ijrobp.2012.02.044 |
| [8] |
吴爱林, 吴爱东, 耿国星, 等. PTW729和ArcCheck探测器在调强放射治疗剂量验证中的应用[J]. 中国医学物理学杂志, 2016, 33(5): 473-477. Wu AL, Wu AD, Geng GX, et al. Application of PTW729 and ArcCheck detector in dose verification of intensity modulated radiotherapy[J]. Chin J Med Phys, 2016, 33(5): 473-477. DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2016.05.009 |
| [9] |
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): 5359-5373. DOI:10.1118/1.3238104 |
| [10] |
国家癌症中心/国家肿瘤质控中心. 调强放疗剂量验证实践指南[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2020, 29(12): 1021-1024. National Cancer Center/National Cancer Quality Control Center. Practice guideline of patient-specific dosimetric verification for intensity-modulated radiotherapy[J]. Chin J Radiat Oncol, 2020, 29(12): 1021-1024. DOI:10.3760/cma.j.cn113030-20200525-00273 |
| [11] |
郭伟, 毛荣虎, 李兵, 等. 基于AAPM-TG218报告对调强放疗计划剂量验证容差和干预限值的初步研究[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2021, 30(8): 817-821. Guo W, Mao RH, Li B, et al. Preliminary study of tolerance limits and action limits of IMRT plan dose verification based on AAPM-TG218 report[J]. Chin J Radiat Oncol, 2021, 30(8): 817-821. DOI:10.3760/cma.j.cn113030-20200330-00146 |
| [12] |
程燕铭, 丘贺金, 游鸿强, 等. 调强放疗计划验证γ通过率的参考范围[J]. 医疗装备, 2021, 34(7): 1-4. Cheng YM, Qiu HJ, You HQ, et al. Reference range of γ pass rate in the verification of intensity-modulated radiotherapy plan[J]. Med Equip, 2021, 34(7): 1-4. DOI:10.3969/j.issn.1002-2376.2021.07.001 |
| [13] |
吴仕章, 陈进琥, 李振江, 等. IMRT计划剂量验证924例结果分析[J]. 中华肿瘤防治杂志, 2018, 25(18): 1323-1327. Wu SZ, Chen JH, Li ZJ, et al. Analysis of dose verification results for 924 IMRT plans[J]. Chin J Cancer Prev Treat, 2018, 25(18): 1323-1327. DOI:10.16073/j.cnki.cjcpt.2018.18.009 |
| [14] |
谭丽娜, 孙晓欢, 马奎, 等. 三维剂量验证系统Delta4在容积旋转调强计划剂量验证中的应用[J]. 中国医学物理学杂志, 2013, 30(6): 4497-4499. Tan LN, Sun XH, Ma K, et al. Application of 3D dosimetric verification system Delta4 for VMAT verification[J]. Chin J Med Phys, 2013, 30(6): 4497-4499. DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2013.06.007 |
| [15] |
吴伟章, 朱夫海, 王勇, 等. 旋转照射剂量测量仪(ArcCHECK)在螺旋断层放疗计划剂量验证中的应用[J]. 肿瘤预防与治疗, 2014, 27(1): 20-23. Wu WZ, Zhu FH, Wang Y, et al. Application of ArcCHECK in dose verification of tomotherapy planning[J]. J Cancer Cont Treat, 2014, 27(1): 20-23. DOI:10.3969/j.issn.1674-0904.2014.01.005 |
| [16] |
何勇, 王宇, 廖雄飞. 不同三维剂量验证系统对鼻咽癌容积旋转调强放疗计划的验证价值比较[J]. 川北医学院学报, 2022, 37(5): 661-664. He Y, Wang Y, Liao XF. Verification value of different three-dimensional dose verification systems for volumetric modulated arc therapy plans of nasopharyngeal carcinoma: a comparative study[J]. J North Sichuan Med College, 2022, 37(5): 661-664. DOI:10.3969/j.issn.1005-3697.2022.05.027 |
| [17] |
Li G, Zhang Y, Jiang X, et al. Evaluation of the ArcCHECK QA system for IMRT and VMAT verification[J]. Phys Med, 2013, 29(3): 295-303. DOI:10.1016/j.ejmp.2012.04.005 |
| [18] |
姚升宇, 陈旭明, 赵国旗, 等. ArcCHECK用于全脑全脊髓容积旋转调强验证的研究[J]. 中国医疗设备, 2019, 34(1): 44-48. Yao SY, Chen XM, Zhao GQ, et al. ArcCHECK for the verification of craniospinal irradiation with volumetric modulated arc therapy[J]. Chin Med Devices, 2019, 34(1): 44-48. DOI:10.3969/j.issn.1674-1633.2019.01.012 |
| [19] |
解传滨, 徐寿平, 徐伟, 等. 运用ArcCHECK实施旋转调强全脊髓照射超长靶区的计划验证[J]. 中国医疗器械杂志, 2015, 39(1): 68-71. Xie CB, Xu SP, Xu W, et al. Patient-specific dose verification method using ArcCHECK for total marrow irradiation with intensity modulated arc therapy[J]. Chin J Med Instrum, 2015, 39(1): 68-71. DOI:10.3969/j.issn.1671-7104.2015.01.019 |
| [20] |
Kutcher GJ, Coia L, Gillin M, et al. Comprehensive QA for radiation oncology: report of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group 40[J]. Med Phys, 1994, 21(4): 581-618. DOI:10.1118/1.597316 |
| [21] |
Low DA, Moran JM, Dempsey JF, et al. Dosimetry tools and techniques for IMRT[J]. Med Phys, 2011, 38(3): 1313-1338. DOI:10.1118/1.3514120 |
| [22] |
Stasinou D, Patatoukas G, Kollaros N, et al. Implementation of TG-218 for patient-specific quality assurance tolerance and action limits determination: Gamma passing rate evaluation using 3DVH software[J]. Med Phys, 2022, 49(7): 4322-4334. DOI:10.1002/mp.15703 |