MatriXX调强验证在精确放疗质量控制中的作用

孔旭东，孔栋

江南大学附属医院 放疗科，江苏 无锡 214000

引言

放射治疗作为肿瘤治疗的三大主要手段之一，尤其在个性化、精准化、分子生物水平及诱导免疫治疗的新阶段，愈发体现出重要的价值。为了保证精确、安全和有效地完成放射治疗，必须对整个治疗过程实施质量保证（Quality Assurance，QA）[1]。目前市面常见的二维电离室矩阵如IBA MatriXX有良好的剂量线性、重复性，无剂量率依赖性；多野光栅射野较大时，计算和测量的剂量分布一致性较好，能用于调强放疗的剂量验证[2]。每个单位的放疗部门在国标和行标的指导下建立起符合本单位实际的调强计划剂量验证标准[3]。一旦超出此标准，出现异常情况，就要认真分析评价、结合其他质控手段迅速找出原因，及时调整解决问题，保证患者治疗的精准和安全[4-5]。本文回顾分析了我科在2020年5月发生的一起用MatriXX矩阵对30例在Elekta Synergy加速器上的调强计划进行治疗前剂量验证时，发现其中有12例Gamma通过率异常降低，由此展开仔细排查，发现问题、分析问题到完全解决问题的过程，从中体现调强放疗计划验证异常结果及日常质控异常综合分析在放疗QA和质量控制（Quality Control，QC）中起着非常重要的作用。

1 材料与方法

1.1 材料

选取2020年5月11日至15日江南大学附属医院放疗中心物理室完成的所有放疗医生已确认但未实施放疗的30例计划进行治疗前计划验证，其中包括5例头颈部肿瘤、3例乳腺癌、2例肺癌、4例食管癌、12例妇科肿瘤、2例脑转移及2例骨转移计划；男性17例，女性13例；年龄19～69岁，中位年龄48岁。

1.2 方法

1.2.1 治疗计划

所有病例使用医科达公司XIO 4.8治疗计划系统进行计划设计，其中除了2例脑转移及2例骨转移病例使用三维适形计划，其他病例全部使用IMRT调强计划，妇科肿瘤全部使用10 MV X线，其他部位肿瘤使用6 MV X线。计划野数从5～9野不等，使用子野优化保证子野最小跳数大于4 MU，子野最小面积大于3 cm2，总子野数从60～150不等；使用治疗设备为医科达公司的Synergy加速器，配备80叶等中心处宽度为1 cm的多叶光栅（Multi-Leave Collimators，MLC）及XVI kV级锥形束CT。

1.2.2 计划验证

我科制定的IMRT验证计划通过与否的标准通过大量实践分析，将3 mm/3%标准下的Gamma通过率低于93%作为计划验证通过与否的标准，目前已经使用IBA MatriXX剂量矩阵做了3200多例验证计划，总体通过比例为97.7%，通过计划的Gamma通过率为96.7±0.8。

30例IMRT计划在治疗前生成机架角度归零的MatriXX矩阵模体的验证计划，在Elekta Synergy加速器下用MatriXX矩阵进行验证，在OmniPro I’mRT软件中用3 mm/3%的标准进行Gamma通过率分析，发现有一批计划通过率异常降低，总数12例，Gamma通过率为63.6%±6.13%。对于批次结果异常首先排除了验证人员操作失误及结果分析方法错误，其次并非全部30例结果异常，所以基本可以排除MatriXX设备故障或剂量响应异常，决定将12例结果异常计划与正常计划进行多因素比较，找出其中是否存在系统性差异；再从差异入手排查差异源头，最终考虑用三维水箱对加速器进行相对剂量的复核及用校准电离室进行绝对剂量复测。

1.3 数据分析

将12例结果异常的验证计划与结果正常的计划从肿瘤部位、计划能量、计划野数、子野数目等方面进行分析，找出两者之间是否存在系统性差异；然后将验证结果异常与正常的两部分计划与科室日常验证通过率进行统计学分析，是否存在显著性差异。

1.4 统计学分析

采用 IBM SPSS 23.0 统计软件处理。计量资料符合正态分布，计量数据用均数±标准差（±s）表示，采用样本均数与整体均数t检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果分析

2.1 数据分析

发现这批异常计划诊断都是妇科肿瘤（包括宫颈癌及子宫内膜癌），计划所用能量全是10 MV X线，将Gamma通过率均值与我科正常Gamma通过率均值比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；其余18例6 MV验证计划结果正常，Gamma通过率为96.40%±1.67%，与日常Gamma通过率比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。结果提示Elekta Synergy加速器10 MV X线可能存在异常（表1）。

表1 30例IMRT验证计划结果及Gamma通-过率与日常总体Gamma通过率统计学分析（±s）

表1 30例IMRT验证计划结果及Gamma通-过率与日常总体Gamma通过率统计学分析（±s）

能量/MV例数Gamma通过率/%我科日常Gamma通过率/% t值 P值6 18 96.40±1.67 96.70±0.80 -0.89 0.385 10 12 63.60±6.13 96.70±0.80 -18.73 ＜0.001

还原分析该批次验证计划生成流程的每一环节，发现该批次计划为同一物理师完成，每一步流程都符合操作规程，未发现异常情况。进一步发现该批次异常结果不是整体剂量偏高或偏低，而是在冠状面的第二象限，即x轴的负方向及y轴的正方向出现明显的问题。排除绝对剂量因素，考虑可能是加速器Profile在G-T和A-B两个方向都出现了超标的异常情况（图1）。

图1 MatriXX计划验证发现第二象限存在明显剂量差异

2.2 用MatriXX初步验证10 MV方野的平坦度和对称性

用IBA Matrixx矩阵对Synergy加速器10 MV X线进行STD=100 cm，10 cm×10 cm大小方野进行测定，初步证实加速器10MV X线A-B向和G-T向平坦度和对称性超标（图2）。

图2 IBA MatriXX平板初步测定Synergy加速器10 MV X线A-B（a）和G-T（b）向平坦度和对称性超标

2.3 三维水箱进行相对剂量测量及电离室绝对剂量测量

大致初步确定原因后物理师决定用三维水箱进行百分深度剂量和Profile测量，并用电离室对绝对剂量测定，来最终验证我们的推论，找到问题所在并纠正。

两名物理师配合架好IBA BluePhantom2三维水箱进行测量，最终测量结果与分析的完全一致，Elekta Synergy加速器10 MV X线10 cm×10 cm水下10 cm处Profile在G-T和A-B向平坦度和对称性都明显超标（图3），40 cm×40 cm水下10 cm处Profile在G-T和A-B向平坦度和对称性也明显超标（表2）。正常范围平坦度≤106%，对称性≤103%。

图3 三维水箱测量10 MV X线SSD=100 cm水下10 cm处Inline（a）和crossline（b）向平坦度和对称性明显超标

表2 10 MV X线 40 cm×40 cm水下10 cm处Profile结果（%）

测量6 MV X线Profile发现G-T及A-B向Flatness和Symmetry值都在正常范围（图4）。

图4 三维水箱测量6 MV X线SSD=100 cm 水下10 cm处Inline（a）和crossline（b）向平坦度和对称性正常

对Synergy加速器10MV profile平坦度和对称性进行了调整，使得结果调整至正常水平（图5），调整前后三维水箱实测profile差异如表3所示。

图5 调整后三维水箱测量10 MV X线10 cm×10 cm射野大小

表3 三维水箱实测调整前后10 MV X线Profile差异（%）

用小水箱加IBA DOSE1剂量仪及FC-65G电离室进行6 MV及10 MV X线绝对剂量测定，结果都在正常范围内。将12例未通过计划重新进行验证，结果全部通过。调整前后12例计划验证Gamma值差异如表4所示。

表4 调整前后12例计划验证Gamma通过率差异比较（%）

3 讨论

目前调强放疗是肿瘤放疗的主流技术，与三维适形相对进一步提高肿瘤靶区的剂量均匀性及适形度，同时显著降低危及器官的剂量，提高了放疗的治疗比[6-7]。调强放疗计划剂量验证是QA、QC的重要内容和手段[8]，可以通过Gamma通过率反映加速器实际的机械、剂量与TPS原建模数据的差异、MLC到位执行精度的误差以及TPS计划设计上存在的问题，如理想的剂量高梯度实际执行可能达不到要求等[9]；每个单位的放疗部门在国标和行标的指导下建立起符合本单位实际的调强计划剂量验证标准[10]。一旦超出此标准，出现异常情况，就要认真分析评价、结合其他质控手段迅速找出原因，及时调整解决问题，保证患者治疗的精准和安全。IBA MatriXX二维电离室矩阵具有很好的剂量响应特性[11]，可实现直线加速器调强放疗的剂量验证[12]。我科目前已经对3200多例IMRT计划用MatriXX进行剂量验证，具有较高的Gamma通过率， 而且测量过程耗时较短，是目前剂量验证的较为准确、高效的电离室矩阵QA工具之一[13]。 其电离室矩阵通过校准后可以用作计划绝对剂量的验证，还可以分析射野的半影区、平坦度、对称性及光学野和辐射野比较等工作，在满足Nyist采样定律前提下，能够满足临床的剂量验证工作[14]。 但同时由于IBA MatriXX电离室间距为7.6 mm，实际空间分辨力和胶片相比还存在一定的不足，在测量SBRT大剂量跌落梯度条件时通过率较低，所以计划剂量均匀性和Gamma通过率有显著的相关性[15]。

我科在以往实际工作中对IMRT计划验证分析常见的Gamma通过率低原因为：① 物理师人为误差选错剂量平面；② 电离室矩阵未预热；③ 计划优化程度不够，有大量小跳数或小面积子野；④ 计划要求非常苛刻，导致子野数量非常多，危及器官条件太苛刻导致计划过于复杂，具体执行效率明显下降，MLC叶片移动精度具体执行存在问题[16]；⑤ 计算网格、统计不确定性等因素。其中最多见的是第③种情况，所以要求物理师充分优化计划，在满足临床剂量要求的前提下尽可能减少子野数目[17]，尽量避免出现小跳数和小面积子野。参考其他文献还存在其他问题，如TPS拟合数据失真[18]，由于同台加速器长期的使用和维修造成了加速器机械和剂量参数的改变[19]，与当初采集拟合的数据相比，机械和剂量学参数有了较为明显的改变。因此调强计划验证在保证计算剂量分布与受照剂量分布一致性的同时也在对加速器进行QA和QC。当一批次验证结果出现剂量体积直方图或Gamma通过率与加速器装机时的测量值相比有较大变化时，就提示物理师需对加速器机械及剂量方面进行严格的QC措施，保证患者放疗的精准性和安全性。这批次10 MV IMRT计划验证未通过最后发现是10 MV X线Profile平坦度和对称性存在明显的异常，有可能是Synergy加速器偏转线圈伺服系统或开放电离室出现问题。放疗部门按照质控要求需要配备晨检仪，对加速器的机械及剂量参数进行频度的初步检测，保证放疗的安全与剂量及位置精准[20-21]。以后在科室中增加定期用MatriXX做剂量验证时先对10 cm×10 cm、20 cm×20 cm射野进行测量，记录平坦度和对称性的动态变化，以利于早期发现问题。当用IBA MatriXX剂量验证系统进行剂量验证时，出现任何异常结果时，我们都要结合其他质控设备和手段的结果进行综合分析，推理和验证，用科学方法找出原因，及时纠正，保障患者得到最精准最安全的精确放疗，QA和QC贯穿精确放疗的任何一个环节，在每位患者治疗前对其调强计划进行验证是保证放射治疗精准安全的重要环节，不仅是对计划本身的质量保障，更是对涉及加速器机械性能、剂量学参数、TPS参数设置、计算剂量与受照剂量一致性等多环节、多因素的综合质量控制，其中任何环节出现问题，最终都能在计划验证结果里有所反映。