杜曉宏 全 紅 邱 杰 楊 波 劉 峽 龐廷田 劉 楠 于 浪 李文博 董婷婷 汪之群 王 貝

計劃驗證是放射治療中非常重要的環(huán)節(jié)，驗證通過后治療計劃才可以用于患者的治療[1-3]。Mobius驗證系統(tǒng)軟件是對治療計劃進行復(fù)核的驗證工具。本研究依照治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)的調(diào)試過程，對Mobius驗證系統(tǒng)軟件的建模參數(shù)進行調(diào)試，并選用美國醫(yī)學(xué)物理家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)頒布的醫(yī)學(xué)物理第五號實用指南(Medical Physics Practice Guideline MPPG 5.a.)中的調(diào)試序列對其調(diào)試結(jié)果進行驗證，使用調(diào)試后的Mobius驗證系統(tǒng)軟件分析40例患者的TPS計算結(jié)果。

1 材料和方法

1.1 患者計劃的測試

隨機選取2017年7月至2018年5月期間在北京協(xié)和醫(yī)院治療的頭胸腹盆各10例共40例患者，將其治療計劃導(dǎo)入到調(diào)試后的Mobius驗證系統(tǒng)軟件中，計算出40例患者的平均γ通過率。

1.2 儀器設(shè)備

Trilogy型直線加速器(美國瓦里安公司)，射線能量6 MV，60對多葉準(zhǔn)直器(multi-leaf collimator，MLC)；Eclipse 13.6的TPS、Mobius驗證系統(tǒng)軟件(美國瓦里安公司)。Blue phantom三維水箱(德國IBA公司)；Dose 1靜電計；CC13電離室(德國IBA公司)，SFD電離室(德國IBA公司)，PFD電離室(德國IBA公司)；OmniPro-Accept7.4數(shù)據(jù)收集軟件(德國IBA公司)。Mobius驗證模體(Mobius verification phantom，MVP)，26 cm×23 cm×10 cm，帶有7個電離室插孔(美國瓦里安公司)，如圖1所示[4]。大孔徑CT模擬定位機(荷蘭飛利浦公司)。

圖1 Mobius驗證模體實物圖

1.3 模體的建立

在Eclipse 13.6的TPS中構(gòu)建48 cm×48 cm×48 cm的虛擬水模體。使用大孔徑CT模擬定位機對Mobius驗證模體進行CT掃描，掃描層厚為2 mm，將掃描的圖像傳輸至Eclipse 13.6的TPS中。

1.4 數(shù)據(jù)的采集

(1)百分深度劑量(percent depth dose，PDD)曲線的獲取。在能量為6 MV，源皮距(source surface distance，SSD)為100 cm條件下，使用三維水箱(Blue phantom)和CC13電離室測量射野大小分別為5 cm×5 cm、10 cm×10 cm和15 cm×15 cm，水下PDD為5 cm、10 cm和15 cm。

(2)離軸曲線(off-axis ratios profile，OAR)的獲取。在能量為6 MV，SSD=100 cm，射野大小為40 cm×40 cm的條件下，使用三維水箱和PFD電離室，在水下5 cm處測量距離射野中心軸1 cm、2.5 cm、5 cm、7.5 cm、10 cm、15 cm和20 cm的離軸比(off-axis ratios，OAR)。

(3)輸出因子(output factors，OF)的測量。按照Mobius驗證系統(tǒng)軟件內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置，測量能量為6 MV，SSD=100 cm；水下10 cm處，射野大小的OF分別為1 cm×1 cm、2 cm×2 cm、3 cm×3 cm、4 cm×4 cm、5 cm×5 cm、6 cm×6 cm、8 cm×8 cm、10 cm×10 cm、12 cm×12 cm、15 cm×15 cm、20 cm×20 cm、25 cm×25 cm、30 cm×30 cm以及40 cm×40 cm。按照AAPM 9.a.報告規(guī)定，對于＞2 cm的射野，采用CC13電離室進行測量；對于≤2 cm的射野，采用半導(dǎo)體二極管探測(stereotactic diode field detector，SFD)電離室進行測量，然后通過菊鏈的方法求出1 cm×1 cm和2 cm×2 cm射野的OF[5]。

(4)多葉光柵劑量學(xué)葉間隙(dosimetric leaf gap，DLG)的調(diào)試。采用兩種方法對DLG進行調(diào)試：①根據(jù)廠商提供的方法，即用具體例子來調(diào)試DLG[6]。首先在TPS中基于MVP的圖像制作6個計劃，2個VMAT計劃，2個stepshoot模式的FF-IMRT計劃和2個slidingwindow模式的FF-IMRT計劃，將這6個計劃導(dǎo)入到Mobius驗證系統(tǒng)軟件中，運用不同的DLG值對6個計劃進行計算，找到最優(yōu)解使得Mobius計算的這6個計劃的平均γ通過率最高的同時靶區(qū)的平均差異最??；②按照文獻7提供的方法來調(diào)試DLG：基于MVP的圖像制作一系列計劃，對于同一計劃MLC以固定的葉片間隔從射野左端滑到右端，對于不同計劃MLC葉片間隔不同。Mobius驗證系統(tǒng)軟件以不同的DLG對這些計劃進行計算，尋求最優(yōu)值使得Mobius計算的C點(電離室所在位置，如圖1所示)的劑量與實際測量的偏差最小。

1.5 基于MPPG 5.a.的驗證

基于MPPG 5.a.報告，在TPS構(gòu)建的虛擬水模體(48 cm×48 cm×48 cm)上制作1 cm×1 cm～40 cm×40 cm基礎(chǔ)野計劃和斗篷野(DPY)，非對稱野(ASY)，斜入射野(G30)，MLC移動到對側(cè)最大位置(MLC MAX)等復(fù)雜計劃，將這些計劃導(dǎo)入到Mobius驗證系統(tǒng)軟件中，計算出這些計劃的3 Dγ通過率。

2 結(jié)果

2.1 不同方野PDD調(diào)試前后的結(jié)果

以實測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，歸一到最大劑量點，得出PDD。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)只有射野大小為15 cm×15 cm，水下15 cm點的PDD，實測數(shù)據(jù)與Mobius驗證系統(tǒng)軟件原始數(shù)據(jù)偏差為2.61%，其他的均未超過2%，見表1。

2.2 不同位置離軸比調(diào)試前后的結(jié)果

射野大小為40 cm×40 cm，SSD=100 cm，水下5 cm處Profile調(diào)試前后的結(jié)果按中心軸進行歸一，Mobius驗證系統(tǒng)軟件的原始數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)符合良好，誤差為-0.2%～1.36%，見表2。

表1 PDD調(diào)試前后的結(jié)果(%)

表2 不同位置離軸比的調(diào)試結(jié)果(%)

2.3 輸出因子調(diào)試前后的結(jié)果

在1 cm×1 cm射野實際測量的輸出因子與Mobius原始數(shù)據(jù)偏差較大是4.07%；其他射野，兩者的差異均未超過3%(如圖2所示)。

圖2 不同射野輸出因子調(diào)試結(jié)果曲線圖

2.4 DLG調(diào)試的結(jié)果

(1)第一種方法。測試后的DLG=0 mm，此時Mobius與TPS之間的平均γ通過率最大、靶區(qū)的平均差異最小，見表3。

表3 DLG與平均γ通過率(%)

(2)第二種方法調(diào)試的結(jié)果是DLG=0.5 mm，見表4。

表4 DLG與電離室平均劑量的關(guān)系(cGy)

2.5 MPPG 5.a.報告中測試序列驗證的結(jié)果

(1)對于基礎(chǔ)野測試序列，除了40 cm×40 cm射野，調(diào)試后γ通過率(采用2 mm/2%的評判標(biāo)準(zhǔn)時)有微小降低，其他射野通過率均不低于調(diào)試前。雖然γ通過率整體提升，但＞27 cm×27 cm的測設(shè)序列，γ通過率仍低于90%(如圖3所示)。

圖3 基礎(chǔ)野調(diào)試前后γ通過率變化圖

(2)對于復(fù)雜野測試序列，只有MLC MAX序列，γ通過率(采用2 mm/2%的評判標(biāo)準(zhǔn)時)為86.2%，其他復(fù)雜序列的γ通過率均＞90%。采用3 mm/3%的評判標(biāo)準(zhǔn)時，這些序列的γ通過率均在90%以上，如圖4所示。

圖4 復(fù)雜野對Mobius驗證結(jié)果示圖

2.6 Mobius驗證系統(tǒng)軟件對實際患者檢驗的結(jié)果

對于選取的40例患者的治療計劃，頭、胸、腹、盆各10個。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Mobius驗證系統(tǒng)軟件計算的劑量分布和TPS計算的劑量分布符合度較高，兩者之間的γ通過率都在90%以上，平均值高達97.39%，如圖5所示。

圖5 40例患者γ通過率測試示圖

3 討論

治療計劃驗證是放射治療過程中非常重要的環(huán)節(jié)，基于模體的驗證方法已得到廣泛認可[9-11]。然而，治療計劃驗證仍然存有缺陷：①該方法缺少與臨床相關(guān)性指數(shù)的檢測，如劑量體積直方圖；②該方法是對模體進行實際測量，需要花費大量的時間。有研究指出，對于調(diào)強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)而言，基于測量的驗證方法在檢測計劃存在的一些潛在的錯誤時不敏感[12]。因此，尋找一種簡便、有效且符合臨床要求的驗證方法非常必要。Mobius是具備以上特點的計劃驗證軟件，將其應(yīng)用于臨床前需要進行調(diào)試。

本研究根據(jù)TPS的調(diào)試過程，對Mobius驗證系統(tǒng)軟件進行調(diào)試。在調(diào)試PDD和Profile過程中發(fā)現(xiàn)，Mobius驗證系統(tǒng)軟件的原始數(shù)據(jù)和實際測量的數(shù)據(jù)一致性較高，誤差均在3%以內(nèi)。按照廠商的建議，3%以內(nèi)的誤差無需修改，但為了使Mobius驗證系統(tǒng)軟件更精確的完成放射治療計劃的二次驗證，仍將這些參數(shù)調(diào)至與實測數(shù)據(jù)一致。在對輸出因子調(diào)試時，按照AAPM 9.a.報告的規(guī)定，使用SFD電離室測量小野、CC13電離室測量大野，并運用菊鏈的方法計算1 cm×1 cm和2 cm×2 cm射野的輸出因子[4]。對于1 cm×1 cm射野，Mobius驗證系統(tǒng)軟件的原始數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)為4.07%，超出臨床工作可接受的范圍，因此對Mobius驗證系統(tǒng)軟件調(diào)試時要注重小野輸出因子的調(diào)試。對DLG進行調(diào)試是整個調(diào)試過程中關(guān)鍵的一步，不同于TPS中DLG的定義，Mobius驗證系統(tǒng)軟件的DLG只是虛擬概念，其在建模時已考慮MLC弧形末端的影響，因此調(diào)試DLG只是尋找合適的修正因子[13]。采用兩種方法對DLG進行調(diào)試，但結(jié)果卻不一樣。第一種方法(采用具體實例調(diào)試DLG)可能選取的例子太少，只得到一個次優(yōu)的結(jié)果。相比于第一種方法，第二種(文獻7提供的方法)方法在本研究中更值得認可。但如果想得到最優(yōu)的DLG，推薦采用第一種(采用具體實例調(diào)試DLG)方法，但要選取大量臨床實例進行測試。

基礎(chǔ)調(diào)試后，采用一系列驗證序列對調(diào)試結(jié)果進行驗證。MPPG 5.a.報告測試序列驗證結(jié)果：對于1 cm×1 cm～40 cm×40 cm基礎(chǔ)野序列，調(diào)試后γ通過率整體提升，但≥27 cm×27 cm射野的γ通過率仍低于90%，猜想可能Mobius驗證系統(tǒng)軟件本身建模不足造成，對于這個問題的具體原因需進一步研究分析。

4 結(jié)語

Mobius作為一個獨立于計劃系統(tǒng)的驗證軟件，經(jīng)過細致調(diào)試后可以完成治療計劃的驗證。本研究對Mobius驗證系統(tǒng)軟件進行調(diào)試，主要調(diào)試其建模參數(shù)PDD、Profile、OF以及DLG。在整個調(diào)試過程中，OF和DLG的調(diào)試過程至關(guān)重要，需要選取合適的測量工具以及調(diào)試方法。調(diào)試后的驗證軟件能很好的完成治療計劃驗證，但在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，還需進一步的研究。