ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统在宫颈癌容积旋转调强放射治疗三维剂量验证中的应用

陈伟思，史亚滨，陈洪涛，郑芳，张定，付鑫，钟鹤立（通信作者）

深圳市人民医院（暨南大学第二临床医学院，南方科技大学第一附属医院）放疗科（广东深圳 518010）

容积旋转调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）是临床治疗宫颈癌术后患者的最常用放射治疗技术。在VMAT 实施过程中，多叶光栅、加速器剂量率、准直器角度和机架旋转速度等不断变化、协同工作，在提高计划执行效率的同时，也增加了放射治疗的不确定性[1-2]，进而提高了对质量保证的要求[3]。目前，放射治疗计划的验证通常是利用γ 通过率判断计划是否通过（γ 通过率>90%为计划通过）；但γ 通过率仅能评估设备执行的计划与治疗计划系统（treatment planning system，TPS）计算值之间的整体符合度， 并不能给出靶区和危及器官的具体剂量差异。近年来，一种新的三维剂量验证方式被应用于临床，其可利用剂量验证数据文件重建患者体内的剂量分布，不仅可以得出γ 通过率，还可计算出靶区和危及器官的计划剂量和验证剂量的具体差异[4-5]，其中以ArcCHECK-3DVH剂量验证系统为代表。ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统由Sun Nuclear 公司生产，可利用ArcCHECK 模体结合配套的3DVH 软件对VMAT 计划进行三维剂量验证。目前，国内对该系统的二维剂量验证研究较多，而对其三维剂量验证研究报道较少，且尚未有针对宫颈癌VMAT 计划的三维剂量验证研究。基于此，本研究探讨ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统在宫颈癌VMAT 三维剂量验证中的应用，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 设备与软件

瑞典医科达公司的Synergy 直线加速器及Monaco 5.11.01 TPS； 美 国Sun Nuclear 公 司 的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统[包括ArcCHECK 模体、SNC patient 8.4.1 剂量计算软件和3DVH（版本为 3.3.2）剂量分析软件]，该系统不仅能够计算验证计划的γ通过率，还可以借助剂量微扰算法（planned dose perturbation，PDP）[6]，利用验证测量文件和计划信息重建患者体内的三维剂量分布，并与Manoco 5.11.01 TPS 的计算剂量进行比较。

1.2 患者选取及计划设计

选取2021年1—12 月深圳市人民医院肿瘤放疗科收治的行VMAT 的20例宫颈癌术后患者。所有患者采用热塑膜、俯卧位进行体位固定，CT 扫描层厚为3 mm，定位图像传输至Manoco 5.11.01 TPS进行三维重建。主管医师勾画计划靶区（planning target volume，PTV）及危机器官（包括小肠、直肠、膀胱、股骨头和骨髓），处方量为4 860 cGy/27 f，选用6 MV 光子线，179°～181°顺时针和181°～179°逆时针两个全弧照射，准直器和治疗床角度均设置为 0°。

1.3 测量方法

在Monaco 5.11.01 TPS 上将患者的治疗计划移植到ArcCHECK 模体中，创建验证计划，并将验证计划的Total dose 传输至 ArcCHECK 电脑中。在治疗床上按照用户手册要求摆放、连接ArcCHECK模体，自动测量本底并选择对应的剂量校准文件，依次对所有患者的治疗计划进行剂量验证并保存测量文件。将患者的治疗计划（RTplan）、靶区结构（RTstructure）、剂量（RTdose）和CT 图像（CT Images）连同验证计划对应的计划（RTplan）和剂量（RTdose）及相应患者的测量文件导入3DVH 软件，采用PDP 重建三维剂量分布，得到PTV 和危及器官的γ 通过率及ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量与TPS 计算剂量的差异。

1.4 数据分析

γ 分析的条件设置为3 mm/3%，阈值为10%。PTV 参考指标为98%的体积受量（D98%）、2%的体积受量（D2%）和平均剂量（Dmean），危及器官的主要参考指标为V40、V30、V20、V10（Vx为xGy 的剂量所包绕的相对体积）和平均剂量Dmean。ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量（DoseMeasure）与TPS计 算 剂 量（DoseTPS）的 差 异 值Diff=（DoseMeasure-DoseTPS）/DoseTPS×100%。

1.5 统计学处理

采用SPSS 26.0 统计软件进行数据分析，符合正态分布的计量资料以±s表示，采用配对t检验，非正态分布的数据用M（P25，P75）表示，采用Wilcoxon秩和检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

20例宫颈癌患者的3 mm/3% γ 通过率为（93.58±2.9）%，这个通过率包括了所有靶区和危及器官的比较结果。图1为其中1例患者的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量与TPS 计算剂量的剂量体积直方图。

图1 基于TPS（实线）和3DVH 软件（虚线）获得的剂量体积直方图

2.1 PTV 剂量差异

20例患者的PTV ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量与TPS 计算剂量差异见表1。 PTV的3 mm/3%标准下的γ 通过率为（93.83±4.04）%；PTV 的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量均大于TPS 计算剂量；D98%、D2%和Dmean的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建值与TPS 计算值比较，差异有统计学意义（P<0.05）,且差异值均小于3%。

表1 ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统和TPS 的PTV 剂量差异

2.2 危及器官剂量差异

20例患者的危及器官 ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量与TPS 计算剂量差异见表2。在3 mm/3% 标准下，小肠、直肠、膀胱和左右股骨头的γ通过率均大于95%，骨髓的γ通过率大于90%，均满足临床要求[7-8]。危及器官的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量均大于TPS 计算剂量。左右侧股骨头的V40和V30的ArcCHECK-3DVH剂量验证系统重建值与TPS 计算值差异较大，且差异有统计学意义（P<0.05）。除膀胱的V20及骨髓的V20、V10外，危及器官其他剂量参数的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建值与TPS 计算值的差异均有统计学意义（P<0.05）。

表2 ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统和TPS 的危及器官剂量差异

3 讨论

VMAT 因其治疗时间短、设备效率高，已成为宫颈癌放射治疗最常选用的技术。VMAT 技术多参数变化的特性使计划执行过程中更容易出现偏差，从而导致剂量投照误差，因此治疗前的剂量验证工作变得尤为重要[9-10]。目前，临床常用的VMAT计划验证工具主要包括电离室矩阵、半导体探测器等，但这些验证工具仅可测量得到点剂量和二维平面剂量，无法获得PTV 和危及器官的具体剂量差异。Sun Nuclear 公司的ArcCHECK 模体为圆柱形，内有1 386个呈螺旋分布的半导体探测器，相邻探测器之间间隔10 mm[11]，配套的3DVH 软件可基于患者的治疗计划、靶区结构、剂量、CT 图像、实际测量文件和PDP 算法，分析得出基于模体实际测量文件的重建剂量和TPS 计算剂量的三维剂量差异[12]，且已有相关研究证实了此系统的准确性[13-14]。

本研究基于ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统对20例宫颈癌术后患者的VMAT 计划进行三维剂量验证，在3mm/3%标准下，患者PTV 和危及器官的整体γ 通过率为（93.58±2.9）%，其中有3例患者的γ 通过率低于90%，分别为88.2%、89.2%、88.7%。查找原因发现，此3例患者的计划中存在数目较多的小子野，计划执行过程中小子野受多叶光栅、机架速度等计划执行因素的影响较大，从而造成γ 通过率较低。PTV 的各项剂量指标的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量和TPS计算剂量的差异值均小于3%，可以满足临床要求，且PTV 各项剂量指标的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建值均高于TPS 计算值，差异均有统计学意义（P<0.05）。这一结果表明，ArcCHECK-3DVH剂量验证系统重建剂量和TPS 计算剂量之间存在差异，但此差异在临床上可以接受[15]。

危及器官剂量差异结果显示，所有危及器官的γ 通过率均大于90%，且双侧股骨头的γ 通过率大于99%；除膀胱的V20及骨髓的V20、V10外，其他剂量参数的ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建值与TPS 计算值的差异值均有统计学意义（P<0.05）。危及器官中差异值最大的是双侧股骨头的V40，分析其原因为，宫颈癌中股骨头与其他危及器官相比体积较小，同时40 Gy 的剂量线所包绕的体积较小，小的剂量差异就会导致差异的百分比骤增，这与冯瑞兴[16]的研究结果相似。体积较小的危及器官或高剂量区受VMAT 计划的复杂性和设备执行的准确性影响较大，导致其易出现较大的偏差，这也是今后特别需要注意和解决的问题。本研究所有参数的ArcCHECK-3DVH 验证重建剂量均高于TPS 计算剂量，说明ArcCHECK-3DVH 软件的验证重建剂量系统性地高于TPS 计划值，这与Infusino 等[17]的研究结果相似。ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统重建剂量与TPS 计算剂量之间存在差异的原因为：首先，3DVH 软件在剂量重建过程中采用的PDP 算法所使用的校准因子来自ArcCHECK 模体测量和TPS计算，这个过程可能会导致误差的出现[18]；其次，ArcCHECK 模体内相邻探测器间间隔10 mm，而计算网格的大小通常为3 mm×3 mm，远小于1 cm，因此在计算时或图像形变过程中也会引入误差；最后，ArcCHECK 是一个均质模体，而人体组织是非均质的，3DVH 软件在剂量重建时并未考虑介质的均匀性因素，这也会在一定程度上引起误差的增大[19]。虽然存在误差，但是ArcCHECK-3DVH 剂量验证系统可以满足临床要求，并且其在临床应用中的准确性已得到证实[14，17]。

综上所述，ArcCHECK-3DVH 验证系统利用患者的验证测量数据不仅可以分析得到γ 通过率，同时可以分析PTV 和危及器官的三维剂量差异，是传统剂量验证方式的有效补充和延伸，能够为宫颈癌VMAT 治疗的准确性提供保障。