何自懷 劉豐華 戴國勝

外掛電動多葉光柵調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證

何自懷①劉豐華①戴國勝①

目的：用二維電離室矩陣驗(yàn)證KB1800醫(yī)用直線加速器上安裝外掛電動多葉光柵后開展靜態(tài)調(diào)強(qiáng)和動態(tài)調(diào)強(qiáng)的劑量。方法：采用數(shù)表法隨機(jī)選取40例行調(diào)強(qiáng)放射治療的患者，其中20例患者采用靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，另20例患者采用動態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，用指形電離室進(jìn)行劑量刻度，用固體水和二維電離室矩陣進(jìn)行劑量驗(yàn)證，對靜態(tài)調(diào)強(qiáng)和動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療的可行性進(jìn)行比較和研究。結(jié)果：20例靜態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃和20例動態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃平面劑量驗(yàn)證結(jié)果顯示通過率均在90.0%以上，且外掛電動多葉光柵的醫(yī)用電子直線加速器KB1800的調(diào)強(qiáng)劑量學(xué)驗(yàn)證符合標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)論：安裝掛式電動多葉光柵的加速器，調(diào)強(qiáng)放射治療的劑量能夠達(dá)到驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，可用于臨床治療，滿足臨床的需要。

外掛電動多葉光柵；調(diào)強(qiáng)；劑量驗(yàn)證；醫(yī)用直線加速器；放射治療

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的飛速發(fā)展，放射治療技術(shù)日新月異，相繼出現(xiàn)了三維適形放射治療(three dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)和調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)[1]。IMRT是基于計(jì)算機(jī)逆向優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的非均勻射束強(qiáng)度來改善劑量分布，通過調(diào)整直線加速器多葉光柵的運(yùn)動狀態(tài)使照射野內(nèi)的射線強(qiáng)度滿足所需劑量要求，從而使腫瘤組織受到比普通放射治療更高的照射劑量，同時更好地保護(hù)正常組織。調(diào)強(qiáng)放射治療對位置和劑量的精度提出了很高的要求，驗(yàn)證整套治療系統(tǒng)是否精確地將所需劑量照射到患者體內(nèi)是保證療效的關(guān)鍵[2-3]。因此，對KB1800醫(yī)用電子直線加速器安裝51對葉片的外掛電動多葉光柵的調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃進(jìn)行劑量學(xué)驗(yàn)證就顯得更為重要。本研究利用二維電離室矩陣及配套軟件對KB1800直線加速器上安裝外掛電動多葉光柵后開展靜態(tài)調(diào)強(qiáng)和動態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療的可行性研究探討。

①賀州市人民醫(yī)院放射治療科 廣西 賀州 542800

1 材料與方法

1.1 設(shè)備和儀器

使用KB1800醫(yī)用電子直線加速器(北京高能大恒加速器技術(shù)有限公司)，安裝51對葉片的外掛電動多葉光柵，射線能量8 MV的X射線，加速器的劑量率為300 MU/min。外掛電動多葉光柵，葉片在等中心的最小投影寬度為3.1 mm，最大可形成27 cm×27 cm的照射野。

放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)采用TiGRT調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃系統(tǒng)(上海雷泰公司)；測量工具使用2D-729二維電離室矩陣及配套軟件(德國PTW公司)，一套RW3固體水模塊，9206E劑量儀和0.6 cm3電離室及二維水箱(中測測試科技有限公司)。

1.2 調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)

(1)用高分子熱塑膜或者真空墊固定患者，并在體膜上畫好激光線十字標(biāo)記，在標(biāo)記中心貼上鉛點(diǎn)。

(2)按模擬定位的激光十字標(biāo)記擺位后進(jìn)行CT斷層掃描，再將CT圖像通過Pacs系統(tǒng)傳至TiGRT醫(yī)生工作站。

(3)在醫(yī)生完成靶區(qū)和危及器官勾畫后，將勾畫好的患者數(shù)據(jù)傳入TiGRT系統(tǒng)。

(4)在TiGRT系統(tǒng)中打開患者數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)，按照醫(yī)生填寫的計(jì)劃申請單設(shè)定靶區(qū)劑量、危及器官限量和權(quán)重，然后進(jìn)行逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃計(jì)算。待計(jì)劃計(jì)算完成后物理師通過每一層面的等劑量曲線分布、熱點(diǎn)冷點(diǎn)、質(zhì)量體積直方圖(DVH)進(jìn)行計(jì)劃評估，如果計(jì)劃未達(dá)到想要的結(jié)果再進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化，直到醫(yī)生評估通過計(jì)劃完成[4-5]。

1.3 調(diào)強(qiáng)驗(yàn)證計(jì)劃設(shè)計(jì)

將固體水放置在CT模擬機(jī)床面上在中間夾著PTW729二維電離室矩陣，上下各加4.5 cm和5 cm厚的固體水。根據(jù)二維電離室矩陣側(cè)面的十字線確定好有效測量中心，并貼上鉛點(diǎn)。CT以2 mm厚斷層掃描，將圖像傳輸至TiGRT系統(tǒng)中，在計(jì)劃系統(tǒng)中標(biāo)定好坐標(biāo)原點(diǎn)，此模體作為所有驗(yàn)證計(jì)劃的模體。

在TiGRT里隨機(jī)抽取40例患者的病例，其中20例患者做動態(tài)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃，20例患者做靜態(tài)調(diào)強(qiáng)。將患者計(jì)劃均移植到固體水模體計(jì)劃中，每例患者計(jì)劃的機(jī)架角度、小機(jī)頭角度和床角度都?xì)w為0 °，創(chuàng)建平面劑量驗(yàn)證計(jì)劃，將計(jì)劃所有照射野都?xì)w入到同一個驗(yàn)證計(jì)劃中，方便治療計(jì)劃整體上評估。創(chuàng)建好平面劑量驗(yàn)證計(jì)劃后重新計(jì)算各個射野在固體水模體中的劑量分布，將矩陣測量中心層面的劑量分布曲線文件導(dǎo)出用于比較分析。

1.4 劑量刻度

用9206E劑量儀和0.6 cm3電離室及二維水箱進(jìn)行劑量刻度。將二維水箱水平放置在加速器床面上，往水箱里面加水，加到刻度5.19 cm的位置。將0.6 cm3電離室放入二維水箱的測量孔中，水面升高到等中心位置。劑量儀通過網(wǎng)線連接電離室，通電并輸入氣壓、水溫和相應(yīng)的CF值。加速器選擇8 MV X射線，機(jī)器跳數(shù)設(shè)置100 MU，設(shè)置射野10 cm×10 cm。當(dāng)速器出束100 MU劑量儀記錄，如果是100 cGy劑量刻度即完成，如果不是100 cGy就需要調(diào)節(jié)劑量的閾值電位器，重復(fù)上面的操作最終1 MU=1 cGy[6-7]。

1.5 平面劑量驗(yàn)證

在加速器治療床面水平放置5.0 cm厚的RW3固體水，在固體水上方水平放置PTW729的二維電離室矩陣，然后在上面加4.2 cm的固體水。機(jī)架角度和小機(jī)頭角度均打到0 °，調(diào)整治療床的位置，將二維電離室矩陣側(cè)面的十字線對準(zhǔn)激光線。連接電纜，運(yùn)行Verisoft軟件，打開溫度氣壓修正界面輸入氣壓為1012 hPa、溫度值為20 ℃，得到正因子kTP=1.186，其他修正因子默認(rèn)用戶修正，最后得到二維電離室矩陣的總修正因子，修正完成后，從外掛電動多葉光柵控制軟件調(diào)出在固體水模上的患者驗(yàn)證計(jì)劃，執(zhí)行調(diào)強(qiáng)驗(yàn)證計(jì)劃，用二維電離室矩陣對每個驗(yàn)證計(jì)劃完整采集數(shù)據(jù)并保存。然后用Verisoft軟件將二維電離室矩陣采集的數(shù)據(jù)與固體水模驗(yàn)證計(jì)劃劑量分布曲線對比分析，用Gamma分析方法驗(yàn)證調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的通過率，設(shè)置劑量誤差標(biāo)準(zhǔn)ΔDm=3%，距離誤差標(biāo)準(zhǔn)Δdm=3 mm[8-10]。

1.6 劑量評估的Gamma分析方法

設(shè)置劑量驗(yàn)證的誤差標(biāo)準(zhǔn)(ΔDm=3%)，距離誤差標(biāo)準(zhǔn)(Δdm=3 mm)。假設(shè)在驗(yàn)證計(jì)劃中某一點(diǎn)通過劑量驗(yàn)證，則需要2個條件都要滿足，即某個測量點(diǎn)的位置(rm)的計(jì)劃劑量與實(shí)際測量劑量的偏差要ΔDm＜3%，同時距離偏差要Δdm＜3 mm。則在m點(diǎn)測量點(diǎn)rm的Gmama值定義為公式1：

在公式1中的{Γ(rm，rc)定義為公式2：

在γ(rm，rc)式中rm表示劑量計(jì)算點(diǎn)位置，rc表示實(shí)際測量位置的距離，在δ(rm，rc)式中rm表示該點(diǎn)的計(jì)劃劑量，rc表示實(shí)際測量劑量的偏差值，其計(jì)算為公式3和公式4：

其中，相對于測量點(diǎn)的計(jì)算劑量分布的空間位置(rc)；某個測量點(diǎn)的位置(rm)；等劑量的通過標(biāo)準(zhǔn)(ΔDm)；等劑量線距離的通過標(biāo)準(zhǔn)(Δdm)；在rm處計(jì)算出的劑量[Dm(rc)]；在rc處計(jì)算出的劑量[Dc(rc)]。圖1所示驗(yàn)證通過的極限，從坐標(biāo)軸來描述驗(yàn)證點(diǎn)通過的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 在三維計(jì)劃中通過標(biāo)準(zhǔn)的顯示圖

驗(yàn)證通過標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算為公式5：

在公式5中驗(yàn)證通過的標(biāo)準(zhǔn)是γ(rm)≤1，驗(yàn)證失敗的標(biāo)準(zhǔn)是γ(rm)＞1，也就是說如果驗(yàn)證計(jì)劃中通過，必須任意一點(diǎn)的數(shù)學(xué)描述落在該球面內(nèi)。當(dāng)驗(yàn)證計(jì)劃通過率＞90%時表示對整個計(jì)劃驗(yàn)證通過[11-13]。

2 測量結(jié)果

在Verisoft軟件中選擇Gamma分析方法進(jìn)行平面劑量驗(yàn)證誤差分析，設(shè)置劑量誤差標(biāo)準(zhǔn)ΔDm=3%，距離誤差標(biāo)準(zhǔn)Δdm=3 mm。當(dāng)測量點(diǎn)Gamma值≤1，即為通過，Gamma值＞1，即為失敗。

2.1 靜態(tài)調(diào)強(qiáng)平面劑量驗(yàn)證結(jié)果

靜態(tài)調(diào)強(qiáng)平面劑量驗(yàn)證結(jié)果均＞90%，20例患者病例的通過率平均值為95%。影響靜態(tài)調(diào)強(qiáng)通過率的因素可能是患者定位的擺位誤差、外掛電動多葉光柵葉片的透射率和漏射率以及外掛電動多葉光柵到位精度，見表1。

表1 靜態(tài)調(diào)強(qiáng)平面劑量驗(yàn)證結(jié)果

2.2 動態(tài)調(diào)強(qiáng)平面劑量驗(yàn)證結(jié)果

動態(tài)調(diào)強(qiáng)平面劑量驗(yàn)證結(jié)果均＞90%，20例患者病例的通過率平均值為92.6%。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃驗(yàn)證均通過，但是有通過率90.1%比較低的病例，影響動態(tài)調(diào)強(qiáng)通過率的因素可能是患者由定位到擺位的過程中產(chǎn)生的誤差、外掛電動多葉光柵葉片的透射率和漏射率、外掛電動多葉光柵到位精度以及加速器劑量率與多葉光柵運(yùn)動速度不同步，見表2。

表2 動態(tài)調(diào)強(qiáng)平面劑量驗(yàn)證結(jié)果

3 結(jié)論

對比平面劑量驗(yàn)證結(jié)果通過率均＞90.0%，計(jì)劃驗(yàn)證均通過，掛有外掛電動多葉光柵DMLC的醫(yī)用電子直線加速器KB1800的調(diào)強(qiáng)劑量學(xué)驗(yàn)證符合標(biāo)準(zhǔn)，對比結(jié)果可以計(jì)算出靜態(tài)調(diào)強(qiáng)通過率普遍比動態(tài)調(diào)強(qiáng)通過率高(最大相差5.5%)。動態(tài)調(diào)強(qiáng)即在射線出束時多葉準(zhǔn)直器葉片處于運(yùn)動狀態(tài)，通過控制多葉準(zhǔn)直器每對葉片的相對位置和停留時間而形成相應(yīng)形狀的縫隙來對靶區(qū)進(jìn)行掃描，從而調(diào)節(jié)照射野的強(qiáng)度。因此，動態(tài)調(diào)強(qiáng)受直線加速器劑量葉片的到位精度與劑量率的穩(wěn)定性比靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療要求高[14-16]。

直線加速器安裝外掛電動多葉光柵后，必須對外掛電動多葉光柵的物理學(xué)特性和劑量學(xué)特性進(jìn)行研究，在使用外掛電動多葉光柵開展調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)之前，必須驗(yàn)證調(diào)強(qiáng)劑量通過率和分析影響調(diào)強(qiáng)驗(yàn)證通過率的因素，確保患者受到精確調(diào)強(qiáng)放射治療。本研究沒有內(nèi)置多葉光柵的直線加速器可以通過安裝固定在加速器機(jī)頭的外掛式多葉光柵，實(shí)現(xiàn)開展三維適形放射治療和調(diào)強(qiáng)放射治療等精確放射治療技術(shù)。

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The dose verification of external electrically-driven multi-leaf collimator in the treatment plan of IMRT/

HE Zi-huai, LIU Feng-hua, DAI Guo-sheng//China Medical Equipment,2017,14(10):26-29.

Objective: To verify the dose of static and dynamic intensity modulated radiotherapy (IMRT) through 2-dimension ionization chamber matrix after external electricallydriven multi-leaf collimator (MLC) was installed in KB1800 medical linear accelerator.Methods: 40 patients who need receive IMRT were divided into static IMRT group (20 cases)and dynamic IMRT group (20 cases) as the random number table. The ionization chamber was applied to implement scale dose, and solid water and 2-D ionization chamber matrix was applied to verify dose. Besides, the feasibility of static and dynamic IMRT were compared and researched. Results: The verification results of plane dosage of static IMRT plan and dynamic IMRT plan showed that the passing rates both of them were above 90.0%, and the verification of intensity modulated dosimetry of medical electric linear accelerator KB1800 with external electric MLC was consistent with standard. Conclusion: After the external electrically-driven MLC is installed on the accelerator, the dosage of IMRT can achieve the verification standard, and it can be applied to clinical treatment and can satisfy the requirement of clinical radiotherapy.

External electrically-driven MLC; IMRT; Dose verification; Medical linear accelerator; Radiotherapy

Department of Radiotherapy, People's Hospital of Hezhou, Hezhou 542800, China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.10.008

何自懷,男,(1983- ),本科學(xué)歷，物理師。賀州市人民醫(yī)院放射治療科，從事物理師工作。

2017-05-25

1672-8270(2017)10-0026-04

R814.2

A