VMAT模式下MLC叶片运动速度对到位误差影响

目的 探讨RapidArc模式下MLC叶片运动速度对叶片到位误差的影响,完善RapidArc QA方案,验证RapidArc可靠性。方法 参考PicketFenceStatic_M120.dcm、PicketFenceRA_M120.dcm文件,设计模拟相邻叶片不同速度的Tilt测试,分析EPID图像得出叶片到位误差。结果 静态机架和RapidArc模式下,Tilt测试中gap11~gap50的位置误差都逐渐增大。机架270°时gap41误差最大,为-0.55 mm。RapidArc模式下gap46误差最大,为-0.67 mm。所有模式下gap宽度偏差均≤15%。对比4个固定机架角度的宽度偏差图形几乎相似,每个条纹相同gap处宽度偏差呈现一致趋势。与静态机架模式下gap宽度偏差百分比相比,RapidArc模式下的波动更大。结论 随MLC叶片速度增加,到位误差随之增大。叶片速度不同并未对gap宽度造成明显影响,不同叶片速度形成的gap宽度偏差无规律。4个固定机架角度下gap宽度偏差图像相似,说明gap宽度偏差与叶片本身有关,与机架所处角度几乎无关。RapidArc模式比固定机架模式对gap宽度影响更大。     

不同三维探测器对鼻咽癌VMAT计划MLC位置误差探测灵敏度的研究

目的 研究鼻咽癌容积旋转调强(VMAT)计划剂量验证中,Delta⁴和ArcCHECK两种三维探测器对多叶准直器(MLC)叶片位置误差检测的灵敏度。方法 选取10例鼻咽癌VMAT计划,对原始文件中每个MLC子野的叶片分别引入0.5~4.0 mm的位置误差,使子野整体扩大、缩小或偏向一侧平移,模拟VMAT治疗中MLC可能出现的位置误差。分别用Delta⁴和ArcCHECK进行验证测量,比较计划系统计算值与测量结果的γ通过率并行配对t检验。结果 当评价标准取3 mm/3%时,两种探测器所有患者的原计划验证绝对剂量γ通过率均>95%,Delta⁴和ArcCHECK可以检测出的MLC外扩、内收以及平移误差分别是1.5、1.0、2.0 mm和3.0、1.0、3.0 mm;而取2 mm/2%评价标准时,患者原计划验证绝对剂量γ通过率有较大幅度下降,此时Delta⁴和ArcCHECK能检出的MLC外扩、内收和平移误差分别是1.0、1.0、2.0 mm和1.5、0.5、2.0 mm。结论 Delta⁴和ArcCHECK鼻咽癌VMAT计划的剂量验证可以检测出不同类型和大小的MLC位置误差,但两者的检测灵敏性略有差异,而对<1.0 mm微小误差的检测都不够敏感,日常工作中仍需加强MLC的质量保证。     

摆位误差对VMAT计划剂量学验证的影响

目的 探讨鼻咽癌患者及宫颈癌患者VMAT中摆位误差对剂量学验证的影响。方法分别为10例鼻咽癌、宫颈癌患者设计VMAT计划,并将计划移植到Delta4模体中进行计算,在瓦里安iX加速器上实施照射,通过移动治疗床模拟左、右、头、脚、腹、背方向上3、5、7 mm摆位误差,从而验证摆位误差对剂量验证通过率的影响。结果 γ分析结果显示鼻咽癌患者摆位误差>3 mm时,3%/3 mm标准下的通过率均<90%,摆位误差达到5 mm时,头方向低至(64.7±8.2)%;宫颈癌患者摆位误差>5 mm时3%/3 mm标准下的通过率均<90%,摆位误差达到7 mm时,头方向低至(63.3±3.6)%。结论 摆位误差对鼻咽癌患者和宫颈癌患者的VMAT计划的剂量学验证有较大影响,误差越大通过率越低,尤其是头方向误差对剂量分布影响更为显著。     

多发脑转移瘤VMAT计划中MLC插指功能剂量学研究

目的 通过比较有无MLC插指功能的VMAT计划剂量学差异,探究MLC插指在多发脑转移瘤VMAT计划中的优势。方法 回顾本院 15例多发脑转移瘤患者数据。首先在定位CT图像上设计有MLC插指功能权限的双弧VMAT计划(VMAT-1)。随后不改变计划参数,摒弃插指功能权限,重新优化计算得到无MLC插指功能的VMAT-2计划。比较两种计划在靶区CI和HI、OAR受量、机器跳数、控制点数、计划执行时间和计划耗时方面差异。采用Wilcoxon符号秩和检验。结果 VMAT-1的均匀性优于VMAT-2(P=0.04),两种计划的适形度基本相当(P=0.33)。VMAT-1计划中PTV的 D_98%高于VMAT-2(P=0.04)。VMAT-1中的脑干 D_mean比VMAT-2降低了4%(P=0.04),其他OAR参数基本相当。部分病例显示VMAT-1计划有着相邻横断面的肿瘤交界处正常组织受量更少的特点。VMAT-1计划机器跳数比VMAT-2增加了4%(P=0.01)。两种计划的控制点数和预估执行时间相近(P=0.81、0.73)。VMAT-1的计划制作耗时较VMAT-2减少了26%(P=0.00)。结论 在多发脑转移瘤VMAT计划中,MLC插指功能可缩短VMAT优化时间,提高优化效率。     

鼻咽癌IMRT和VMAT计划对机器跳数和MLC误差剂量学敏感度对比研究

目的 模拟机器跳数(MU)和多叶准直器(MLC)叶片位置在计划执行时可能产生的系统误差,检测并分析鼻咽癌静态IMRT和VMAT计划对上述误差的剂量学敏感度。方法 选取5例已行IMRT的鼻咽癌计划,在相同物理参数的基础上重新制定VMAT计划,修改两组计划的MU,引入1.25%、2.50%、5.00%系统误差;同时修改计划的MLC原始文件,引入0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mm系统误差,模拟治疗计划执行过程中可能出现的叶片不到位情况。其中MLC系统误差的运动方式为两侧MLC叶片朝同个方向运动和两侧MLC叶片朝相反方向运动(射野外扩或内收)。采用线性回归分析法计算并比较IMRT和VMAT计划相对于MU和MLC系统误差的剂量学敏感度差异。结果 随着MU系统误差增加,IMRT和VMAT计划的靶区和OAR受量呈线性增加,且满足R²=0.992~1(P<0.05);对于MLC的误差,IMRT和VMAT计划的靶区和OAR相应剂量学参数的偏移误差引起的敏感度最小,分别为-0.26%/mm和-0.65%/mm;其次是外扩误差4.87%/mm和8.68%/mm,最大的是内收误差-6.04%/mm和-9.88%/mm。此外,3种类型误差中VMAT计划由误差引起的剂量学敏感度大于IMRT计划。结论 MU和MLC的系统误差对鼻咽癌IMRT计划的剂量分布有显著影响,尤其是VMAT计划。做好加速器MLC的日常QA工作对更好、更精确地实施放疗计划有着重要的意义。     

前列腺癌多目标优化VMAT计划剂量学研究

目的 探讨多目标优化在前列腺癌VMAT计划中的应用。方法 随机抽取已接受治疗的14例前列腺癌患者VMAT计划资料。这些计划基于单目标优化,保持优化条件不变,改用多目标优化。配对t检验两种计划剂量学参数差异。结果 两种计划均满足临床要求,与单目标计划相比,多目标计划PTV 95%、100%处方剂量覆盖度增加(P=0.000、0.000),105%处方剂量覆盖度降低(P=0.000),D_max降低0.35 Gy (P=0.063);直肠V₂₀、V₃₀、V₄₀、V₅₀和D_mean分别降低24.7%、36.8%、31.1%、20.5%和6.8 Gy (P=0.000、0.000、0.000、0.001、0.000),D₂cc增加1.4 Gy (P=0.000);膀胱V₁₀、V₂₀、V₃₀、V₄₀、V₅₀和D_mean分别降低5.7%、18.5%、20.9%、12.5%、5.4%和3.5 Gy (P=0.006、0.000、0.000、0.000、0.002、0.000);小肠V₁₀、V₂₀、V₃₀和D_mean多目标计划有优势。结论 多目标计划在满足靶区剂量情况下可以进一步降低OAR剂量,但结果还需进一步研究和评估。     

摆位稳健性对IMRT与VMAT剂量学影响研究

目的 比较摆位稳健性对头颈部肿瘤IMRT与VMAT剂量分布的影响程度,评价两者对图像引导需求。方法 纳入30例IMRT鼻咽癌患者按临床上剂量要求设计VMAT计划,AAA法计算剂量。每患者两计划分别沿原始x、y、z轴各移动等中心±1.0、±3.0、±5.0 mm模拟左右、上下、前后方向摆位误差对剂量分布影响,分析60个参考计划与1080个再计划DVH参数。配对t检验差异。结果 误差为1 mm时,GTV D₉₈、CTV D₉₅、HI、PGTV V₉₅平均偏差<0.5%;误差为3 mm时,GTV与CTV剂量平均变化<1.0%,且VMAT高于IMRT (GTV D₉₈,P=0.00;CTV D₉₅,P=0.00),PGTV剂量偏差要大,IMRT与VAMT中PGTV_nx与PGTV_nd V₉₅平均偏差分别为[1.64% 比1.95%(P=0.01)]、[1.73% 比2.63%(P=0.00)]。误差增大各指标偏差变大,且VMAT高于IMRT (GTV D₉₈,P=0.00;CTV D₉₅,P=0.00;CTV HI,P=0.00;PGTV V₉₅,P=0.01)。相比靶区,脊髓、脑干D_max变化更大,但IMRT与VMAT间差异不明显。结论 误差较小时(<3 mm),IMRT与VMAT计划均较稳健。VMAT对摆位误差更敏感,主要体现在靶区剂量,随摆位误差增加两者间差异变大。建议行VMAT患者增加图像引导频次。     

MLC叶片厚度对颅内SRS逆向IMRT计划的影响评价

目的 比较微型MLC (2 mm叶片厚度)和普通MLC (10 mm叶片厚度)在颅内SRS逆向IMRT计划中的剂量分布差异。方法 鉴于微型MLC开野小的特点,选取30例颅内最大直径<10 cm肿瘤进行比较,分别使用常规和微型MLC进行剂量学对比,保持所有计划优化参数一致,得到满足临床要求的逆向动态调强计划,T检验比较两种MLC条件下放疗计划中靶区和OAR受量。结果 微型MLC和普通MLC相比,在靶区剂量分布方面前者优于后者(P=0.019),但D98、D95、D50、D3相近(P=0.774、0.650、0.170、0.080),而前者HI均值比后者低58.7%(P=0.000),CI均值比后者高20.1%(P=0.044);OAR受量前者均小于后者,其中脑干Dmean、Dmax均值前者均低于后者,分别为 10.0%、8.2%(P=0.768、0.753),右眼和左眼Dmean、Dmax均值前者低于后者,依次为16.5%、19.3%和21.4%、13.4%(P=0.572、0.775和0.734、0.630),左晶状体、右晶状体、左视神经、右视神经、视交叉Dmax均值前者均低于后者,依次为50.4%、24.1%、38.5%、27.8%、5.7%(P=0.172、0.467、0.521、0.740、0.899);正常组织PRV100、PRV50、PRV25 前者体积均≤后者(P=0.839、0.832、0.972)。结论 微型MLC在颅内SRS逆向IMRT计划中优于普通MLC,其提高了靶区适形性,降低了OAR受量。     

MLC叶片宽度对IMRT计划的影响

目的:探讨不同多叶准直器(multileaf collimator,MLC)叶片宽度对调强放疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)治疗计划的影响。方法: 用ADAC Pinnacle 3型计划系统,对实施IMRT 的11 例鼻咽癌患者,分别用叶片等中心宽度5 mm 和10mm的MLC制定放疗计划,依照剂量体积直方图(dose volume histogram, DVH)对靶区剂量进行综合分析评价,并比较适形指数(radiation conformal index, CI)和剂量均匀指数(homogeneity index,HI)。结果:两种治疗计划的靶区剂量配对t检验显示,靶区和腮腺之间差异有统计学意义,P<0 .05(P值分别为0 .036、0. 002 和0. 001);脑干及脊髓之间差异无统计学意义,P>0 .05(P值分别为0 327和0 545)。5 mm MLC 计划的靶区平均剂量略高于10 mm MLC计划,而两侧腮腺、脑干、脊髓的剂量降低。5 mm MLC计划的CI值明显高于10 mm计划的CI值,t= 9 .779,P= 0 .000。两种计划的HI 值差异无统计学意义,t= 1 257,P= 0 .237。结论:5 mm MLC与10 mm MLC比较,前者适形度好,靶区剂量更均匀,更适合于形状不规则而且邻近危险器官的病灶IMRT。     

Clinical significance of multi-leaf collimator positional errors for volumetric modulated arc therapy

Background and purpose

Multi-leaf collimator (MLC) positional errors occur during intensity modulated radiation therapy (IMRT) and volumetric modulated arc therapy (VMAT) deliveries. The impact of such errors has been evaluated for IMRT but not VMAT. The purpose of this work is to understand how random and systematic VMAT MLC positional errors affect the patient dose distribution.

Materials and methods

Eight head and neck single arc (360°) VMAT treatment plans were created. Random and two types of systematic MLC errors were simulated for error magnitudes of 0.25, 0.5, 1, 2 and 5 mm. The two types of systematic MLC errors were: (1) MLC banks are shifted in the same direction (left or right) and (2) MLC banks are shifted in opposing directions resulting in smaller or larger field shapes. The MLC errors were simulated, for all control points, on both banks of active MLC leaves only.

Results

There is a linear correlation of MLC errors with gEUD for all error types. The gEUD dose sensitivities with MLC error for the PTV70 were −0.2, −0.9, −2.8 and 1.9 Gy/mm for random, systematic shift, systematic close and systematic open MLC errors, respectively. The sensitivity of VMAT plans to MLC positional errors was similar to those of IMRT plans with less than 50 segments but much less than those created for a step and shoot with more than 50 segments or sliding-window delivery technique. To maintain the PTV70 to within 2% would require that MLC open/close errors be within 0.6 mm.

Conclusions

Radiation therapy centers should have adequate quality assurance programs in place to assess open/close MLC errors (i.e. leaf gap errors) as they tend to be more impactful than random or systematic MLC shift errors.     

个性化容积旋转调强准直器角度优化在宫颈癌放疗中的应用

目的 探讨个性化容积旋转调强准直器角度优化在宫颈癌放疗中的应用效果。方法 选取10例宫颈癌患者并分别设计VMATapt和VMAT20计划。其中,VMATapt计划全弧随机分成3个段弧,根据不同机架角度下靶区的投影形状,并基于最小面积法计算最优的分段方式和每段弧的最优准直器角度;VMAT20计划为常规设计,准直器角度为20°。比较两种计划的平均钨门面积,靶区和危及器官的剂量学参数,机器总跳数（monitor units,MUs）以及靶区外2 cm （PTV_{+2 cm}）的平均剂量。结果 VMATapt计划的平均坞门面积小于VMAT20计划［（18.5±0.7） cm² vs （20.2±0.9） cm²,P<0.001］。VMATapt计划的靶区均匀性指数优于VMAT20计划［（0.05±0.02） vs （0.06±0.01）,P=0.001］,MUs和靶区外PTV_{+2 cm}区域平均剂量低于VMAT20计划（P<0.05）。两种计划PTV参数、危及器官参数、适形指数比较差异均无统计学意义（P>0.05）。结论 采用个性化容积旋转调强准直器角度优化方法设计VMATapt计划能满足宫颈癌患者处方剂量要求,且较VMAT20计划可提高靶区均匀性,降低机器总跳数和靶区外PTV_{+2 cm}区域剂量。     

Axesse加速器实施VMAT的主要性能测试

目的 测试Axesse加速器实施VMAT的准确性和可靠性。方法 按照由简单到复杂、从系统组成部分到系统过程测试对Axesse实施VMAT的准确性和可靠性测试。系统组成部分测试包括剂量输出稳定性测试和MLC到位精度测试;系统过程测试包括VMAT剂量率和机架速度调制能力测试、MLC速度和剂量率调制能力测试,以及患者剂量验证测试。结果 与固定机架照射相比,旋转照射、包括MLC动态滑动旋转照射剂量输出差异<1.0%。Axesse EPID iViewGT 3.40测试MLC到位精度肉眼观察能发现MLC 0.5 mm位置误差,固定机架照射和旋转照射MLC到位精度<1 mm。在临床应用剂量率范围内,VMAT变剂量率和机架速度、变剂量率和MLC速度测试结果不同条形野射束强度差异<2.0%。宫颈癌、前列腺癌和乳腺癌患者VMAT剂量验证的3 mm 3%标准γ通过率分别为96.52%、95.72%和98.83%。结论 Axesse系统VMAT能准确控制MLC运动、变剂量率和机架速度,Axesse系统能准确可靠实施VMAT。     

直肠癌术前五野静态调强和容积弧形调强放疗剂量学的比较研究

目的 探讨直肠癌术前五野静态调强（5F-IMRT）和容积弧形调强（VMAT）放疗计划的剂量学特点。方法 应用CMS monaco治疗计划系统分别对23例术前同期放化疗的直肠癌患者行5F-IMRT和 VMAT放疗计划设计,比较两种放疗技术的靶区剂量分布特点以及小肠、膀胱、双侧股骨头等正常组织的受照射剂量及体积。结果 5F-IMRT计划的适形指数（CI）为0.810±0.043,VMAT计划的CI为0.822±0.062,两者均能很好满足95％等剂量曲线对100％ PTV体积的完全覆盖;5F-IMRT计划中GTV、CTV和PTV的均匀指数（HI）分别为1.052±0.019、1.063±0.016、1.075±0.020,VMAT计划分别为1.037±0.008、1.047±0.008、1.072±0.018,差异均无统计学意义。5F-IMRT和VMAT计划中重要的危及器官如小肠、膀胱和股骨头等的关键剂量评价指标（D₅、D_min、D_mean和D_max）差异均无统计学意义（P＞0.05）。小肠、膀胱和股骨头等受照射体积的关键评价指标（V20、V₃₀、V₄₀和V₅₀）在两种放疗计划中差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论 5F-IMRT和VMAT计划靶区的剂量分布均较理想,对小肠、膀胱、双侧股骨头等正常组织均有很好的保护作用。     

260例肿瘤患者VMAT计划验证结果的误差分析

目的 总结 260例肿瘤患者VMAT计划剂量验证结果,分析VMAT计划验证的γ通过率及其影响因素。方法 回顾2010—2012年期间 260例肿瘤患者采用2种探测器矩阵(美国MapCheck₂和瑞典Delta₄)对2台直线加速器进行VMAT前的剂量验证结果。采用γ通过率(2%/2 mm、3%/3 mm、5%/3 mm标准,阈值10%)比较验证结果与TPS计算结果之间差异,并行独立样本t检验。分析3%/3 mm标准下MLC走位精度对γ通过率的影响。结果 2%/2 mm、3%/3 mm和5%/3 mm标准下总验证结果的γ通过率平均值分别为91.7%、98.5%和99.7%,其中 3例重新进行了计划设计和优化以达到临床治疗的通过率标准。2%/2 mm标准下2种测量工具测量结果的γ通过率平均值稍有不同(90.0%∶93.5%,P=0.000),而3%/3 mm标准下2种测量工具和2台加速器之间的γ通过率均相近(98.5%∶98.5%,P=0.926和98.5%∶98.6%,P=0.670)。3%/3 mm标准下MLC校准前计划的γ通过率为61.1%,校准后的为94.9%。结论 除少数治疗计划需要重新进行设计和优化,绝大多数治疗计划的测量结果均能达到临床治疗的验证标准。在较严格的通过率标准(2%/2 mm)下臂架旋转对VMAT计划的γ通过率有一定影响。MLC校准对VMAT计划的实施非常必要。     

容积调强弧形治疗计划的多中心比较

目的 评价单位设计临床容积调强弧形治疗(VMAT)计划质量差异,建立VMAT计划设计通用模板。方法 5家肿瘤中心分别提供1例病例作为测试例,CT及轮廓经确认后导入计划系统。各中心使用相同处方和剂量限制要求进行计划设计,具体设计策略自行决定。每个测试例包含5例各中心完成的计划和1例使用通模板完成的计划。采用计划质量整体评分法评估计划质量,使用机器跳数和治疗时间评估计划执行效率。结果 鼻咽癌病例没有计划可以严格满足所有剂量目标,3例计划虽然无法满足所有目标但可达到临床接受水平,另3例计划无法接受。食管癌病例6例计划均可达到临床接受水平。肺癌病例4例计划达到临床接受的水平,2例计划无法接受。前列腺癌病例4例计划严格满足所有剂量目标,1例计划达到临床接受水平,1例计划无法接受。肝癌病例3例计划严格满足所有剂量目标;3例计划达到临床接受水平。在执行效率方面,各计划控制点数80~160个,治疗时间3~7 min,机器跳数350~900 MU。结论 大部分计划的质量和执行效率可以达到临床要求,各中心设计基于Monaco系统的VMAT计划模板及基准数据库的质量也达到了预期。