Matrixx Evolution在国产联影加速器调强剂量验证中的应用

Application of Matrixx Evolution in Intensity Modulated Dose Verification of Domestic UIH Accelerator

摘要: 目的：研究基于Matrixx Evolution电离室矩阵在最新国产联影uRT-Linac 506C医用直线加速器调强剂量验证中的临床应用。方法：随机选取常德市第一中医医院20例行放疗的肿瘤患者，其中头颈部10例、胸部5例和盆腔部5例。对每例患者分别行VMAT及IMRT计划设计并导出Matrixx矩阵模体的验证计划，分为实际机架角VMAT组、实际机架角IMRT组和机架角归零组IMRT_0。主要分析基于两种通用临床评判标准TG119 (3%/3mm)和TG218 (3%/2mm)三组调强剂量验证γ通过率以及比较常规计算分辨率3 mm和通用临床评判标准下三组Gamma通过率。结果：20例患者三组调强剂量验证γ通过率分别为TG119标准：VMAT (99.65 ± 0.95)%、IMRT (97.85 ± 4.78)%、IMRT_0 (99.97 ± 0.78)%，TG218标准：VMAT (98.81 ± 2.20)%、IMRT (95.79 ± 6.93)%、IMRT_0 (99.92 ± 0.14)%；在TG119评判标准下，任意两组之间γ通过率均无差异(P > 0.05)，在TG218评判标准下，VMAT组与IMRT组通过率差异无统计学意义(P > 0.05)，而IMRT_0组均优于VMAT组与IMRT组(P < 0.05)，平均γ通过率分别高1.12和4.14个百分点。结论：本平台下基于TG119和TG218评判标准，三种剂量验证方式的γ通过率均远远高于95%，符合临床要求，其中IMRT_0组γ通过率最高。剂量验证可根据临床实际灵活选择评判标准和测量方法。

Abstract: Purposes: To study the clinical application of the Matrixx Evolution ionization chamber matrix based on the latest domestic UIH uRT-Linac 506C medical linear accelerator in intensity modulated dose verification. Methods: A total of 20 cancer patients who underwent radiotherapy in the No.1 Traditional Chinese Medicine Hospital in Changde were randomly selected, including 10 cases of head and neck, 5 cases of chest and 5 cases of pelvis. The VMAT and IMRT plans were designed for each patient and the verification plan for the MatriXX matrix model was derived, which was divided into the actual gantry angle VMAT group, the actual gantry angle IMRT group and the gantry angle zeroing group IMRT_0. The gamma pass rate of intensity-modulated dose verification was mainly analyzed based on the two general clinical evaluation criteria TG119 (3%/3mm) and TG218 (3%/2mm) as well as a comparison of three groups of gamma pass rates at the conventional calculation resolution of 3 mm and the general clinical evaluation criteria. Results: The gamma pass rates of the three groups of 20 patients with dose verification were TG119 criteria: VMAT (99.65 ± 0.95)%, IMRT (97.85 ± 4.78)%, IMRT_0 (99.97 ± 0.78)%, TG218 criteria: VMAT (98.81 ± 2.20)%, IMRT (95.79 ± 6.93)%, IMRT_0 (99.92 ± 0.14)%. There was no difference in gamma pass rate between any two groups under the TG119 criterion (P > 0.05), and there was no significant difference in the pass rate between the VMAT group and the IMRT group under the TG218 criterion (P > 0.05), while the IMRT_0 group was better than the VMAT group and the IMRT group (P < 0.05), and the average gamma pass rate was 1.12 and 4.14 percentage points higher, respectively. Conclusion: Based on the evaluation criteria of TG119 and TG218, the gamma pass rates of the three dose verification methods are all much higher than 95%, which meets the clinical requirements in this platform, and the IMRT_0 group is the highest. Actually, dose verification can flexibly select evaluation criteria and measurement methods according to clinical practice.

1. 引言

放疗作为肿瘤治疗的主要手段之一 [1] ，随着调强放疗(Intensity Modulated Radiation Therapy, IMRT)、容积旋转调强放疗(Volume Modulated Arc Therapy, VMAT)等技术的出现，已经快速步入精准放疗时代。由于精准放疗技术临床实施的复杂性和特殊性，为确保治疗精确、安全和有效，剂量验证等质控工作就变得非常重要 [2] ，需要对每一例行调强放疗的患者进行剂量验证。二维电离室矩阵Matrixx作为放疗剂量分布验证的质控工具，临床应用广泛 [3] [4] [5] 。本文拟在最新国产联影uRT-Linac 506C医用直线加速器6 MV X射线下，利用Matrixx evolution基于不同评判标准及测量方式进行调强2D/3D剂量学验证，为精准放疗技术在本平台的临床实施、后续质控工作及本地标准化流程构建奠定基础和提供必要参考依据。

2. 材料与方法

2.1. 一般资料

随机选取2023年3月至2023年9月在常德市第一中医医院肿瘤放射治疗中心行调强放疗的20例患者计划，其中包括8例鼻咽癌、1例舌癌、1例口咽癌、3例肺癌、1例食管、1例乳腺癌、3例宫颈癌和2例直肠癌。男性12例，女性8例；年龄49~83岁，中位年龄63岁；KPS > 75分。

2.2. 设备平台

验证设备采用德国IBA公司的evolution系列Matrixx电离室矩阵，平板尺寸31.5 cm × 31.5 cm × 4.0 cm，有效测量范围24.4 cm × 24.4 cm。其由1020个空气电离室组成，排列成32 * 32的矩阵，相邻电离室中心间距7.62 mm，有效测量点距离表面3.5 mm。采用miniPhantom模体与Matrixx相匹配。测量前进行剂量刻度。所有测量均在最新国产联影uRT-Linac 506C医用直线加速器上进行，内置60对MLC，中间40对叶片在等中心的投影宽度为0.5cm，两侧各10对叶片在等中心投影宽度为1 cm。选取6 MV X射线等中心照射，实际角度调强验证配备旋转机架角度传感器。定位采用联影加速器自带24排16层诊断级螺旋CT，FOV 70 cm。计划设计采用联影自带TPS。验证分析软件为myQA patient (2022-001版)。

2.3. 计划设计

同一计划均按相同的临床要求采用IMRT和VMAT两种技术。根据肿瘤类别、靶区位置及大小，合理选择射野方向，IMRT布5~9野，VMAT采用多个部分弧或单个全弧或双全弧。IMRT模体验证计划导出分为实际机架角照射的IMRT组和所有机架角归零照射的IMRT_0组，VMAT模体验证计划按实际角度照射。

2.4. 剂量验证及分析方法

首先进行验证模体摆位(如图1)，将Matrixx放置于miniPhantom中，并把miniPhantom正面向上水平放置于加速器治疗床上，Matrixx y轴正方向对应枪方向，按照激光灯将Matrixx中心置于加速器等中心位置。接着将联影TPS中创建的Matrixx验证计划在加速器上执行，其中VMAT组和IMRT组需连接旋转机架角度传感器。最后将Matrixx实测的剂量与TPS里计算的RTDOSE基于γ分析法进行对比分析。采用绝对剂量模式，剂量阈值为10%，主要评判标准为TG119 (3%/3mm)和TG218 (3%/2mm)，γ通过率 ≥ 95%即符合临床要求，同时探讨其它剂量差异及吻合距离的验证。

Figure 1. Verification equipment (A: Matrixx ionization chamber matrix; B: miniPhantom; C: Rotating Gantry Angle Sensor)

图1. 验证设备(A：Matrixx电离室矩阵；B：miniPhantom模体；C：旋转机架角度传感器)

2.5. 统计学方法

应用SPSS25.0软件进行统计学分析，数据以均数 ± 方差( $\bar{\chi }\pm s$ )表示，两组数据间进行配对t检验，P < 0.05表示差异具有统计学意义。

3. 结果分析

3.1. 本平台下调强验证通过率情况

Table 1. The gamma pass rates for different techniques and measurements under two internationally recognized clinical criteria (%, χ ¯ ± s )

表1. 两种国际通用临床评判标准下不同技术及测量方式调强验证γ通过率(%, $\bar{\chi }\pm s$ )

由表1可以看出，使用Matrixx Evolution剂量验证系统在联影直线加速器uRT-Linac 506c上进行剂量验证，基于国际上通用的两种评判标准(TG119与TG218)三种验证测量方式的Gamma通过率均远高于95%，符合临床要求。结果分析示例如图2。

3.2. 在TPS常用计算分辨率3 mm和通用评判标准下，比较不同技术及测量方式的调强验证γ通过率

由表2可见，基于不同评判标准和TPS常规计算分辨率3 mm，在TG119标准下，容积旋转调强剂量验证VMAT、常规固定野调强实际机架角剂量验证IMRT以及常规固定野调强机架角归零剂量验证IMRT_0任意两组之间均无差异(P > 0.05)；在TG218标准下，VMAT组与IMRT组通过率差异无统计学意义(P > 0.05)，而IMRT_0组均优于VMAT组与IMRT组(P < 0.05)，平均通过率分别高1.12和4.14个百分点。

3.3. 不同剂量验证方式在不同评判标准下γ通过率

由表3可见在不同评判标准下，平均验证通过率IMRT_0 > VMAT > IMRT；角度响应器应用方面，IMRT组相较VMAT组较差。

4. 讨论

随着精确放疗技术的发展，IMRT、VMAT等技术在临床中得到广泛应用，剂量验证等质控工作日益重要，对质控工具和放疗新设备全面验证决定了临床实施可靠性。二维电离室阵列Matrixx因其便捷性、准确性以及稳定性，仍是目前主流验证设备之一。相较其他高端医用加速器，自主研发的国产联影加速器uRT-Linac 506c投入临床应用时间较短，对其性能的全面评估具有重要意义 [6] [7] [8] 。

本研究中，是基于国际通用评判标准TG119和TG218 [9] [10] ，使用Matrixx Evolution剂量验证系统在联影直线加速器uRT-Linac 506c上进行剂量验证。众所周知，相较其余肿瘤，鼻咽癌靶区及计划均非常复杂，图2是鼻咽癌VMAT剂量验证分析示例，基于较严格的TG218评判标准，其γ验证通过率可达99.8%；另从表1可以看出，无论是实际机架角照射的VMAT和IMRT技术，还是机架角归零照射IMRT，两种评判标准γ验证通过率均高于95%，完全符合标准及临床需求，证实uRT-Linac 506c平台优良性能。不仅如此，我们从表2发现，在TPS常规计算分辨率3 mm下，基于TG119和TG218标准，VMAT组与IMRT组之间γ通过率均无差异(P > 0.05)，说明经角度响应传感器修正，不同放疗技术对实际角度测量通过率可能无影响或影响较小；而在TG218标准下，IMRT_0组均优于VMAT组与IMRT组(P < 0.05)，

Figure 2. Example of nasopharyngeal carcinoma: dose verification analysis of VMAT based on TG218

图2. 鼻咽癌示例：基于TG218 VMAT剂量验证分析

Table 2. Paired analysis of the gamma pass rates across technologies at conventional computational resolution and common clinical criteria (%, χ ¯ ± s )

表2. 常规计算分辨率和通用临床评判标准下，不同技术Gamma通过率两两比较(%, $\bar{\chi }\pm s$ )

注：星号^*标注为具有统计学差异(P < 0.05)。

Table 3. The gamma pass rate for different verification methods at conventional computational resolution and different clinical criteria (%, χ ¯ ± s )

表3. 常规计算分辨率和不同临床评判标准下，不同验证方式Gamma通过率(%, $\bar{\chi }\pm s$ )

说明实际角度测量相较归零组γ验证通过率普遍偏低，同其他学者研究结果 [11] [12] ，同时距离吻合度变化可能对实际角度测量结果影响较大，本研究表3数据亦可印证。

除此之外，从表3还可以看出，评判标准越严，通过率越低，同时标准差也明显变大，反映在一定程度上，微小偏差对通过率的影响增大，尤其是吻合距离的差异。除了剂量学自身因素，大量研究表明，MLC走位精度、准直器角度、验证设备角度是否修正、射野边界位置等都会影响加速器剂量验证通过率 [13] [14] [15] [16] ，在调强剂量验证实际临床工作中要分析全面。

本研究也存在一些不足之处，因样本量较小，剂量验证分析未细化至具体癌种；另外，在不同技术调强验证中，剂量差异及吻合距离的变化对通过率影响的敏感性还有待进一步研究。

综上所述，放疗及质控新设备投入临床应用前后的剂量验证测试都非常有必要。对于国产联影uRT-Linac 506c高端加速器，基于国际通用的TG119和TG218评判标准，三种剂量验证方式的γ通过率均超95%，符合临床要求，其中机架角归零IMRT_0组γ通过率最高。剂量验证也可根据临床实际，科学、灵活选择评判标准和测量方法。

基金项目

常德市科技局临床技术创新引导项目(2020ZD111; CDKJJ20220343)。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。