三种剂量验证系统在直肠癌容积旋转调强放疗计划中的验证结果比较.pdf
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1、1医疗装备 2023 年 8 月第 36 卷第 16 期 Medical Equipment,August.2023,Vol.36,No.16三种剂量验证系统在直肠癌容积旋转调强放疗计划中的验证结果比较江柳清1,2,3(通信作者)1福建医科大学附属协和医院(福建福州350001);2福建省肿瘤智能影像与精准放疗重点实验室(福建福州350001);3福建省消化、血液系统与乳腺恶性肿瘤放射与治疗临床医学研究中心(福建福州350001)摘要目的比较和分析 Delta4、EDose 和 Portal Dosimetry(PD)3 种剂量验证系统在直肠癌容积旋转调强放疗(VMAT)计划中的剂量验证结果,
2、为剂量验证选择合适的验证方法和评价标准。方法回顾性选取在福建医科大学附属协和医院行 VMAT 放疗的直肠癌患者 45 例,依据治疗计划分别创建基于 Delta4、EDose 和 PD 系统的验证计划并进行剂量验证。采用 Kruskal-Wallis 检验比较 3 种剂量验证系统在 3%/3 mm、3%/2 mm、2%/3 mm、2%/2 mm 4 种 评价标准下的绝对剂量的 通过率。结果在 3%/3 mm 的评价标准下,Delta4、EDose 和 PD 系统的平均 通过率分别为 99.90%、98.34%和 98.60%。在 3%/3 mm、3%/2 mm、2%/3 mm 的评价标准下,3
3、种验证系统的平均 通过率均 95%,满足临床要求。3 种剂量验证系统在 4 种评价标准下的 通过率比较,差异有统计学意义(P0.05)。通过进一步两两比较发现,Delta4 系统的 通过率高于 EDose 系统和 PD 系统,差异有统计学意义(P0.05)。结论Delta4 系统的 通过率优于 EDose 系统和 PD 系统,PD 系统的 通过率和 EDose 系统相近。Delta4 系统、EDose 系统和 PD 系统均可用于直肠癌 VMAT 计划的剂量验证中。由于 EDose 系统和 PD 系统在保证验证精度的同时,摆位简单、使用方便、验证效率高,在临床应用中可以优先考虑。Delta4 系
4、统严格的剂量验证 评价标准可以采用 2%/2 mm,EDose系统和 PD 系统严格的剂量验证 评价标准可以采用 3%/2 mm 或 2%/3 mm。关键词剂量验证系统;Delta4;EDose;Portal Dosimetry;直肠癌;容积旋转调强放射治疗中图分类号R811.1 文献标识码B 文章编号1002-2376(2023)16-0001-06基金项目:福建省卫健委科技计划项目(2020QNA030)收稿日期:2023-04-26论著Comparison Verification Results of Three Dose Verification Systems in the Vol
5、umetric Modulated Arc Therapy Plan for Rectal CancerJiang Liuqing1,2,3(Corresponding Author).1 The Union Hospital Affiliated to Fujian Medical University,Fuzhou Fujian 350001,China;2 Fujian Key Laboratory of Intelligent Imaging and Precision Radiotherapy for Tumors,Fuzhou Fujian 350001,China;3 Fujia
6、n Provincial Clinical Medical Research Center for Radiotherapy and Treatment of Digestive,Hematological,and Breast Malignant Tumors,Fuzhou Fujian 350001,China【Abstract】ObjectiveTo compare and analyze the dose validation results of Delta4,EDose,and Portal Dosimetery(PD)dose validation systems in the
7、volumetric modulated arc therapy(VMAT)plan for rectal cancer and select appropriate validation methods and evaluation criteria for dose validation.MethodsWith retrospective selection of 45 patients with rectal cancer who received VMAT radiotherapy in the Department of Radiotherapy,the Union Hospital
8、 Affiliated to Fujian Medical University,the validation plans based on Delta4,EDose,and PD systems were created according to the treatment plans,and dose validation was performed.The Kruskal-Wallis test was used to compare the passing rates of absolute dose 2医疗装备 2023 年 8 月第 36 卷第 16 期 Medical Equip
9、ment,August.2023,Vol.36,No.16结直肠癌是我国常见恶性肿瘤,放射治疗是治疗直肠癌的主要手段。有研究表明,术前或术后同步放化疗结合全系膜切除术是/期直肠癌标准的治疗方案1-3。容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)作为新型的直肠癌放射治疗技术,不仅能减少周围膀胱和小肠等危及器官的剂量,提高靶区剂量的均匀性和适形性,还能减少治疗时间,提高治疗效率4。由于 VMAT 计划的剂量率、机架旋转角度和速度及多叶准直器叶片位置在出束过程中不断变化,为保证患者剂量投照的准确性和治疗的安全性,必须在放射治疗前对治疗计划进行剂量验证
10、5-6。Delta4 三维半导体矩阵作为主流的 VMAT 三维剂量验证系统,具有良好的剂量响应、剂量率响应和角度响应特性7-8;但需要将治疗计划移植到模体上进行剂量计算和验证,增加了模体摆位和连接线路的时间,且可能会引入摆位误差9。电子射野影像系统(electronic portal imaging device,EPID)是加速器自带的位置验证和剂量验证系统,具有良好的剂量线性响应、测量重复性和稳定性,空间分辨率高,且摆位方便10-12。EDose 系统和Portal Dosimetry 系统(PD 系统)是基于 EPID 研发的剂量验证系统,已经被广泛的应用于 IMRT和 VMAT 的 剂
11、 量 验 证 中13-16。与 Delta4 相 比,EDose 系统和 PD 系统摆位简单,使用方便,验证效率高。Delta4、EDose 和 PD 三者系统性能和精度的差别可能会影响直肠癌 VMAT 的剂量验证结果。因此,本研究采用 分析方法,比较 Delta4、EDose 和 PD 3 种剂量验证系统在直肠 VMAT 计划剂量验证中的 通过率差异,旨在为临床剂量验证选择合适的验证系统和评价标准提供数据支持,现报道如下。1 材料与方法1.1 患者资料与治疗计划设计回顾性选取 2022 年 10 月至 2023 年 2 月在福建医科大学附属协和医院接受放射治疗的 45 例直肠癌患者,其中男
12、31 例,女 14 例;年龄 3280 岁,平均(60.0011.00)岁;计划靶区体积 490.361 361.70 cm3,平均(743.34170.93)cm3。所有患者的 VMAT 治疗计划在 Varian Eclipse(V15.6)系统设计,采用 179181 顺时针和 181179 逆时针两个全弧照射;采用 6 MV 光子线模式,各向异性解析算法(anisotropic analytical algorithm,AAA),计算网格 2.5 mm 2.5 mm,剂量率 600 MU/min。其中23例患者接受短程放疗,计划靶体积(planning target volume-cli
13、nical target volume,PTV-CTV)剂量为 2 500 cGy/5 次,22 例患者接受长程放疗,计划大体肿瘤靶体积(planning target volume-gross target volume,PTV-GTV)5 000 cGy/25 次,PTV-CTV 剂量为 4 500 cGy/25 次。1.2 治疗设备与验证系统所有病例均在 Eclipse 系统上创建验证计划,for the three dose-validation systems in the four evaluation criteria with 3%/3 mm,3%/2 mm,2%/3 mm,a
14、nd 2%/2 mm.ResultsWith the evaluation criteria of 3%/3 mm,the average passing rates of Delta4,EDose,and PD systems were 99.90%,98.34%,and 98.60%,respectively.With the evaluation criteria of 3%/3 mm,3%/2 mm and 2%/3 mm,the average passing rate of the three validation systems was 95%,which met the cli
15、nical requirements.The passing rates of the three dose-validation systems with the four evaluation criteria were compared,and the differences were statistically significant(P0.05).Through further pairwise comparison,it was found that the passing rate of Delta4 system was higher than that of EDose sy
16、stem and PD system,and the differences were statistically significant(P0.05).ConclusionsThe Delta4 system has a better passing rate than the EDose system and the PD system,and the PD system has a similar passing rate to the EDose system.The Delta4 system,the EDose system and the PD system can all be
17、 used for dose validation of the VMAT plan for rectal cancer.With the validation accuracy ensured,the EDose system and PD system has simple positioning,convenient use,and high validation efficiency,which can be prioritized in clinical applications.2%/2 mm can be used as a rigorous dose-validation ga
18、mma evaluation criterion for the Delta4 system,3%/2 mm or 2%/3 mm can be used as strict dose-validation evaluation criteria for EDose systems and PD systems.【Key words】Dose verification systems;Delta4;EDose;Portal dosimetry;Rectal cancer;Volumetric modulated arc therapy3医疗装备 2023 年 8 月第 36 卷第 16 期 M
19、edical Equipment,August.2023,Vol.36,No.16在 Varian 公司生产的 Trilogy 直线加速器上实施治疗和验证。本研究使用的验证系统包括Delta4系统、EDose 系统和 PD 系统,具体内容如下:1.2.1 Delta4 系统该系统是由瑞典 ScandiDos 公司开发的三维剂量验证系统,由 Delta4 模体和剂量分析软件组成。Delta4 模体由两个正交的半导体阵列平板嵌在一个直径 22 cm、长 40 cm 的圆柱形聚甲基丙烯酸甲酯模体中,该半导体阵列平板面积为 20 cm20 cm,内共有 1 069 个尺寸为 0.78 mm2的 p-S
20、i 型半导体探头。中心 6 cm6 cm 区域内的半导体探头间距为0.5 cm,其余区域为1 cm。剂量响应最小为1 mGy。1.2.2 EDose 系统该系统是由广州瑞多思公司开发的用于治疗前和在体的剂量验证系统,由非晶硅 aS1000 EPID、EDose 5.0 软件组成,有效的探测面积 40 cm30 cm,共7681 024个有效像素点,相邻像素点间距0.39 mm。1.2.3 Portal Dosimetry 系统该系统是 Varian Trilogy 直线加速器配备的剂量验证系统,包括非晶硅 aS1000 EPID 探测器和内置于 Eclipse15.6 系统的 PD 软件模块,
21、有效的探测面积、像素点及相邻像素点间距均同 EDose 系统,根据 EPID 获取的图像采用射野剂量图像预测算法(portal dose image prediction,PDIP)计算剂量预测分布图。1.3 剂量验证方法1.3.1 Delta4 系统方法将完成的 VMAT 治疗计划移植到 Delta4 的 CT模体上,由于 Delta4 模体是放在治疗床板上执行验证,床板会对剂量产生影响,所以为计划添加虚拟床板。采用AAA算法进行剂量计算,创建验证计划。然后将验证计划的计划文件(RT plan)、剂量文件(RT dose)通过网络传输并导入到 Delta4 软件中。测量前对 Delta4 进
22、行参考点校准、绝对剂量校准、相对剂量校准和方向性校准,将 Delta4 模体置于加速器治疗床上,利用激光灯和十字线进行准确摆位,并连接加速器和 Delta4 的信号线及电脑网线。验证计划前在加速器上先执行射野 10 cm10 cm,机架角度为 0、90、180 和 270,每个射野跳数为100 的盒式计划,得到每日校准因子,校正当日加速器绝对剂量输出不稳定的误差,然后再执行验证计划,测量结果采用配套的 Delta4 剂量分析软件进行分析。1.3.2 EDose 系统方法打开 EDose 服务器,在 Eclipse 计划系统中将患者的 CT 图像、结构文件(RT structure),计划剂量文
23、件(RT dose)、计划文件(RT plan)传输至服务器上。伸出 EPID 至离源距离 100 cm 处,测量前对 EPID 进行暗野、泛野及绝对剂量校准。打开 EDose 软件执行验证计划,采集 EPID 射野剂量图像并保存至服务器上。在 Edose 客户端上打开患者验证计划,计算三维剂量,并与计划系统的剂量进行对比分析。1.3.3 Portal Dosimetry 系统方法在 Eclipse 系统上基于患者的治疗计划创建 PD验证计划,设置源至 EPID 的距离(source-imager distance,SID)为 100 cm,通过 PDIP 算法计算剂量预测分布图,并在计划排程
24、中为每个照射野添加Integrated Image。测量前对 EPID 进行暗野、泛野及绝对剂量校准,将 EPID 置于 SID 为 100 cm 的位置并实施照射,获取的剂量验证图像自动保存,在TPS 的 PD 模块中合成射野剂量图像并与 Eclipse 计算的射野剂量预测图像自动配准,然后进行 分析。1.4 剂量对比分析采用 分析方法比较计划系统计算的剂量与3 种系统实际测量得到的剂量之间的差别,设置剂量阈值为 10%,选择绝对剂量模式,采用 4 种 评价标准(3%/3 mm、3%/2 mm、2%/3 mm、2%/2 mm)进行 分析。1.5 统计学处理采用 SPSS 27.0 统计学软件
25、进行数据分析,采用Shapiro-Wilk 检验分析各组的 通过率是否符合正态分布。若数据不符合正态分布所以采用中位数和四分位数间距 M(Q1,Q3)表示。利用 Kruskal-Wallis 检验比较三种验证系统在不同评价标准下的 通过率,三者 通过率比较,差异有统计学意义时,进一步采用两两比较的 Bonferroni 校正法检验两种系统之间的 通过率差异,以 P95%,均满足临床要求,其中在 3%/3 mm 的评价标准下,3 种验证设备的平均通过率均 98%。在 2%/2 mm 评价标准下,Delta4 系统的平均 通过率 95%,EDose 及 PD 系统的平均 通过率均 90%。3 种验
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