IMRT计划剂量验证通过率对机架角度误差灵敏度分析要点
中华放射肿瘤学杂志2016年12月第25卷第12期 ChinJRadiatOncol,December2016,Vol.25,No.12㊃ 1327㊃
㊃ 物理㊃ 生物㊃ 技术㊃
IMRT计划剂量验证通过率对机架角度误差灵敏度分析
王宁 王彬 陈阿龙 黄晓延
528400中山市中医院医学影像科(王宁);510060广州,华南肿瘤学国家重点实验室中山大学肿瘤防治中心放射治疗科(王彬㊁ 陈阿龙㊁ 黄晓延)通信作者:黄晓延,Email:huangxiaoy@sysucc.org.cn
DOI:10.3760/cma.j.issn.1004⁃4221.2016.12.012
ʌ 摘要ɔ 目的 分析患者IMRT计划剂量验证通过率对机架角度误差的灵敏度㊂ 方法 选取带有误差的新计划㊂ 利用螺旋形半导体探测阵列(ArcCHECK)进行验证测量,得到每个病例原计划和新计划的剂量分布㊂ 分别采用绝对剂量DTA和Gamma的计算方法,3%/3mm和2%/2mm为评价指标,以原计划计算剂量分布为参考,分别得到每个计划的通过率㊂ 通过率行非参数Wilcoxon秩和检验㊂ 结果 当评价指标取3%/3mm时,9例原计划的平均通过率分别为DTA方法95.2%和Gamma12.2%㊁23.5%㊁6.3%㊁0.9%㊁2.9%(P=0.008㊁0.008㊁0.008㊁0.036㊁0.012);采用DTA方法-2.0ʎ㊁2.0ʎ㊁-1.0ʎ㊁1.0ʎ㊁0.5ʎ机架角度误差的计划平均通过率降低了16.2%㊁23.8%㊁1.7%㊁6.8%㊁3%(P均=0.008)㊂DTA方法较Gamma方法,以及2%/2mm评价指标较3%/3mm对机架角度误差更敏感㊂ 结论 机架角度误差越大,平均通过率下降越大㊂ 0.5ʎ机架角度误差,IMRT计划的剂量验证也对其敏感㊂ 为保证IMRT计划执行的准确性,需要对机架角度做更加严格的质量控制和质量保证㊂
ʌ 关键词ɔ 剂量验证; 机架; 角度误差; 通过率
Sensitivityofpassingratesofintensity⁃modulatedradiotherapyplansindoseverificationagainstgantryangleerrors WangNing,WangBin,ChenAlong,HuangXiaoyan
DepartmentofMedicalImaging,ZhongshanTraditionalChineseMedicineHospital,Zhongshan528400,China(WangN);StateKeyLaboratoryofOncologyinSouthChina,DepartmentofRadiationOncology,CancerCenter,SunYat⁃senUniversity,Guangzhou510060,China(WangB,ChenAL,HuangXY)Correspondingauthor:HuangXiaoyan,Email:huangxiaoy@sysucc.org.cn
ʌ Abstractɔ Objective Toanalyzethesensitivityofpassingratesofintensitymodulatedradiationtherapy(IMRT)plansindoseverificationagainstgantryangleerrors.Methods Gantryangleerrors(ʃ 2.0ʎ,ʃ1. 0ʎ,andʃ0. 5ʎ)wereintroducedintotheclinicalIMRTplansof9patients.Therewere7IMRTplansforeachpatient,containing1originalIMRTplanand6IMRTplanswithgantryangleerrors.ThedosedistributionoftheoriginalandmodifiedplansforeachpatientwasmeasuredbyArcCHECKarray.Basedonthedosedistributionoftheoriginalplan,thepassingrateofeachplanwascalculatedusingabsolutedistancetoagreement(DTA)analysisandGammaanalysiswiththecriteriaof3%/3mmand2%/2mm.Theobtainedpassingrateswereanalyzedbynon⁃parametricWilcoxonranktest.Results Underthecriteriaof3%/3mm,themeanpassingratein9originalIMRTplanswas95.2%usingDTAanalysisand96.5%usingGammaanalysis.AccordingtoGammaanalysis,theplanswithgantryangleerrorsof-2.0ʎ,2.0ʎ,1.0ʎ,-0.5ʎ,and0.5ʎhadthemeanpassingratesdecreasedby12.2%,23.5%,6.3%,0.9%,and2.9%,respectively(P=0.008,0.008,0.008,0.036,0.012).AccordingtoDTAanalysis,theaboveplanshadthemeanpassingratesdecreasedby16.2%,23.8%,1.7%,6.8%,and3%,respectively(allP=0.008).ThepassingratescalculatedbyDTAmethodweremoresensitivetothegantryangleerrorsthanthosebyGammamethod,whilethepassingratesunderthecriterionof2%/2mmweremoresensitivethanthoseunderthecriterionof3%/3mm.Conclusions Thegreaterthegantryangleerrors,thelargerthedecreaseinthemeanpassingrate.IMRTdoseverificationisevensensitiveenoughtodetectthegantryangle
万方数据errorswithin0.5ʎ.Enhancedqualitycontrolandassuranceofgantryangleisneededtoguaranteethe方法96.5%;采用Gamma方法-2.0ʎ㊁2.0ʎ㊁1.0ʎ㊁-0.5ʎ㊁0.5ʎ机架角度误差的计划平均通过率降低了
9例IMRT计划,引入机架角度误差(ʃ2. 0ʎ㊁ʃ1.0ʎ㊁ʃ0.5ʎ)㊂每个病例有7个计划,1个原计划和6个
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accuracyofIMRTdelivery.
ʌ Keywordsɔ Doseverification; Gantry; Angleerrors; Passingrate
近年来,随着放疗技术的不断发展,IMRT在临床肿瘤治疗中应用广泛,其安全性和可靠性也越来越受到重视,需要更高要求的质量保证和质量控制,每个患者IMRT计划执行前的剂量验证是确保治疗准确的关键步骤[1⁃2]㊂ Delta4㊁ArcCHECK等探测器阵列能提供三维剂量分布验证[3⁃5],可模拟IMRT计划的实际执行过程,提供更准确的验证信息㊂ 在不差代表顺时针方向的误差,使机架角度变大;负的误差代表逆时针方向的误差,使机架角度变小㊂ 例如,+2ʎ代表每个计划的5个射野角度都有偏大2ʎ的误差;-2ʎ代表每个计划的2个射野角度偏小2ʎ的误差㊂ 通过直线加速器4DTC上的override功能人为引入机架角度误差并执行,每个病例都有1个原计划和6个引入误差的新计划㊂ 为了去除ArcCHECK同机架角度下,MLC受重力㊁ 摩擦力㊁ 惯性等因素影响,导致MLC叶片实际到位误差㊁ 物理半影㊁ 漏射线等与计划系统的不同,IMRT头具有方向依赖性,射线束从不同角度入射时㊂ 而时实际剂量分布所受到的影响也不尽相同[6⁃8]ArcCHECK半导体探,探头ArcCHECK所受的响应不同[3⁃4]㊂ 本研究针对IMRT技术,利用
量验证通过率对机架角度误差的灵敏度三维半导体探测器研究患者治疗计划剂㊂
材料与方法
共有 1.60材料对叶片:美国瓦里安,中心40对叶片宽度为每片Triology直线加速器5,MLCmm,两端各10对叶片宽度为1cm,叶片最大运动速度为2.5cm/s,计划剂量率设置为600MU/min㊂TPS为瓦里安Eclipse10.1,计划采用6MVX线,剂量算法为各向异性mm㊂ArcCHECK验证工解具析为算螺法旋(AAA),形半导计体算网探格测为矩2.阵
5析软件㊂ ArcCHECK及其配套的由1386SNC个半导体探头组成PatientV6.1.1剂量分,半导体探头截面为0.64mm2
,灵敏体积为0.3
呈柱形放射状螺旋分布在离中心10.4cm的矩阵直019mm,径21cm长度21cm的圆柱面上,探头间距为1cm,
可测量入射和出射剂量㊂
放疗的2.病例选择9例患者:IMRT选取中山大学肿瘤防治中心进行
计划,中心型肺癌㊁ 右侧乳腺癌和左侧颞叶部位脑胶质瘤各3例㊂ 所有IMRT计150ʎ㊁210ʎ划均采用5个野照射,肺癌射野角度为0ʎ㊁60ʎ㊁
130ʎ㊁300ʎ和240ʎ㊁280ʎ和300ʎ,330ʎ,乳脑腺胶癌质瘤射射野野角角度度为为30ʎ㊁0ʎ㊁40ʎ㊁100ʎ㊁3
其中脑瘤PTV和320ʎ㊂平均值为所有108.PTV8为cm101.73 490.3cm,
均值为323.6cm3,肺癌PTV平均值为,乳腺癌435.3PTVcm3平㊂
置:本研究在每个病例的3.IMRT计划执行过程中机架角度误差模拟设IMRT计划中引入的机架
角度到位误差分别为万方数据ʃ2. 0ʎ㊁ʃ1.0ʎ和ʃ0. 5ʎ,正的误
摆位误差带来的影响,所有病例及其7个计划都在相同的摆位条件下进行剂量验证软件对每个计划的测量剂量分布和计算剂量分布进4.评价指标:利用SNCPatientV6.㊂
1.1剂量分析
行分析处理,取最大剂量点为剂量归一点,剂量阈值设置为10%㊂分别采用绝对剂量结合等DTA方法和Gamma方法得到每个计划的剂量验证通过率,其中误差限定条件为2%(剂量误差)/2mm(位置误差)和3%/方法下原计划通过率和引入误差后的通过率行非参5.统计方法3mm㊂
:采用SPSS20.0软件对两种分析
数Wilcoxon秩和检验,P<0.05为差异具有统计学意义㊂
结 果
所有病例的计划通过率 1.原计划通过率:当评价指标取Gamma标取75%,2%方法平均通过率分别为/2mm96.5%时,和所DTA>90%,平均通过率分别为3%/3mm时,有Gamma病方法例的95.计划2%;通当评价指过率都>方法84.4%(表1和表2中的0ʎ时的值方法84.)㊂
6%和DTA
表1 9例病例引入误差后剂量验证的Gamma方法
平均通过率和标准差(%,x
ʃ s)误差3%/3mmP值2%/2mmP值--2.0ʎ84.3ʃ5.30.0080.008-1.0ʎ0.5ʎ95.2ʃ2.795.6ʃ2.20.13865.8ʃ8.80.03681.4ʃ5.883.5ʃ7.00.0110.1920.5ʎ0ʎ
1.0ʎ93.6ʃ3.196.50ʃ1.8
0.01284.6ʃ5.70.0082.0ʎ90.2ʃ4.473.0ʃ11.2
0.00877.7ʃ7.80.008
71.3ʃ8.152.6ʃ10.8
0.0080.008
3% /32.mm引入误差时,采用后Gamma计划的方法与原计划相比平均
通过率:当评价指标取通过率下降了12.2%㊁23.5%㊁6.3%㊁0.9%㊁2.9%;采用DTA方法与原计划相比平均通过率下降了
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16.2%㊁23.8%㊁1.7%㊁6.8%㊁3.0%;当评价指标取2%/2mm时,采用Gamma方法与原计划相比平均通过率下降了18.9%㊁32%㊁3.2%㊁13.4%㊁6.9%;采用DTA方法与原计划相比平均通过率下降了21.9%㊁31.3%㊁4.2%㊁13.9%㊁1.8%和7.1%;详见表1和表2㊂相同的旋转方向上,机架角度误差越大,平均通过率下降越大;相同的角度误差绝对值下,顺时针方向误差较逆时针方向误差的通过率下降更大;相同的角度误差下,DTA方法较Gamma方法通过率下降更大㊂ 图1同时显示了应用3%/3量所得剂量分布和计算所得剂量分布相对应点处做剂量对比,以选用3%/3mm指标为例,当满足以下任何一个条件时则认为该点通过:(1)剂量差别在为半径的圆内存在一点和测量所对应的点处剂量相同㊂ Low等[10⁃12]在1997年最初提出Gamma指数方法同时考虑到了剂量偏差和位置偏差,计算点通过的标准降低,通过的点更多也是更全面的评判方法,相比于DTA方法通过率更高㊂ 引入机架角度误差,主要引起测量所得剂量分布和计算所得剂量分布剂ʃ3% 以内;(2)以此点为圆心计算剂量分布上3mm
mm过率的变化和2%/2,mm从中可以发现为评价指标时每种误差引起的通3%/3mm通过率变化更大,2%对机架角度误差更敏/2mm评价指标较DTA感㊂ 机架角度顺时针方向误差时,Gamma方法和
差时,DTA方法平均通过率变化较为接近方法较Gamma方法,平均通过率变化更,逆时针方向误大,对机架角度误差更敏感㊂
表2 9例病例引入误差后剂量验证的DTA方法
平均通过率和标准差(%,x
ʃ s)误差3%/3mmP值2%/2mmP值--2.0ʎ79.1ʃ7.80.0080.008-1.0ʎ0.5ʎ93.5ʃ2.90.00862.5ʃ6.90.25880.1ʃ4.182.6ʃ5.40.0110.0380.5ʎ0ʎ
94.5ʃ2.195.2ʃ1.61.0ʎ92.2ʃ2.90.00884.4ʃ4.777.3ʃ6.30.0082.0ʎ88.4ʃ4.071.4ʃ8.4
0.0080.008
70.5ʃ6.253.1ʃ8.3
0.0080.008
图1 不同评价指标时9例病例引入每种误差前后平均通过率变化
讨 论
对剂量差别和相对剂量差别两种方法 ArcCHECK进行剂量对比时,剂量差别分为绝,当选用绝对剂ArcCHECK量差别为评价指标时,在测量之前需要对等剂Nelms量距离进行绝对剂量的校准差别方法(DTA)时㊂ 当绝对剂量结合采用Jursinic和
[9]描述的算法计算通过率万方数据㊂ 选用此方法对测
量点位置的偏差,导致DTA方法的通过率下降幅度大于响,当引入机架角度误差后通过率变化也受多方面IMRTGamma计划的剂量验证通过率受多方面因素影方法,对机架角度误差更敏感㊂
因素影响㊂ 第一,ArcCHECK三维探测器阵列为圆柱形,不同机架角度,射线的入射角度不同,入射横截面也不同;第二,ArcCHECK阵列的半导体探头具有方向依赖性,射线不同角度入射,线衰减影响;第三,射线角度变化导致平板床对射线衰减,部分射野角度还受到平板床对射探头剂量响应也有差别[3⁃4]也产生变化;第四,不同角度下加速器剂量输出量也有细微差别;第五,加速器不同机架角时MLC叶片重力㊁ 摩擦力㊁ 惯性等原因导致MLC叶片到位误差㊁ 物理半影㊁ 漏射线不同对IMRT剂量分布确有影响[6⁃8]向)相比负角度误差㊂ 相同角度误差下(逆时针方向,正角度误差)的通过率下降更(顺时针方大㊂ 主要考虑两方面因素:首先,圆柱形ArcCHECK模体摆位时(0ʎ(器月检数据表明参见 +,其旋转平衡状态下可带有顺时针方向
ArcCHECK0.5ʎ)或逆时针方向,加速器机架自身存在偏向顺时针的帮助文档(0ʎ); -其次0.5ʎ),近的角度误差2年加速一侧0ʎ +0.5ʎ的角度误差[13]剂量验证时机架相对于ArcCHECK㊂ 2个因素叠加后模体存在偏向,顺时针一侧的原始角度误差;引入顺时针0.5ʎ误差后真实误差>0.5ʎ,引入逆时针0.5ʎ误差后真实误
差<0.5ʎ,其他角度误差依次类推㊂ 因此,造成机架角正角度误差通过率降低更大㊂
尽管对于ʃ2ʎ 的机架角度误差,本研究仍有部分病例3%/3mm的通过率>90%,单纯依靠IMRT计划通过率能否达到90%来判断计划是否通过,并不能反映出加速器执行过程中可能出现的这些误差㊂ 可以根据加速器和计划系统验收后一段时间的验证结果建立容许范围,以后验证结果是否在此范围之内来判断治疗计划是否符合要求和反映加速器
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2013.03.024.
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阮长利,徐利明,宋启斌,等.不同机架角时多叶准直器叶片对状态㊂ 每个单位容许范围可能有所不同㊂ 另外一点需要指出的是,机架角度的误差对剂量影响和每个射野角度的剂量权重有关,不同计划系统IMRT计划对机架角度误差敏感度可能有所不同㊂ 此外,不同计划验证设备对机架角度误差敏感度不同,所得结果也有所不同㊂
2mm时,引入机架角度误差后Gamma和DTA通过率都下降明显,且误差越大下降越大;2%/2mm指标下2ʎ误差降幅都达到30%以上,0.5ʎ机架角度误[7][5][6]
本研究结果显示评价指标为3%/3mm和2%/
差IMRTIMRT计划的剂量验证也对其敏感㊂ 为保证精确摆位计划执行的准确性,并针对机架角度做更加严格的质量控制,需要三维探测器矩阵的和质量保证㊂
参 考 文 献
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