外掛電動多葉光柵調強放射治療計劃的劑量驗證

何自懷 劉豐華 戴國勝

外掛電動多葉光柵調強放射治療計劃的劑量驗證

何自懷①劉豐華①戴國勝①

目的：用二維電離室矩陣驗證KB1800醫用直線加速器上安裝外掛電動多葉光柵后開展靜態調強和動態調強的劑量。方法：采用數表法隨機選取40例行調強放射治療的患者，其中20例患者采用靜態調強計劃，另20例患者采用動態調強計劃，用指形電離室進行劑量刻度，用固體水和二維電離室矩陣進行劑量驗證，對靜態調強和動態調強放射治療的可行性進行比較和研究。結果：20例靜態調強計劃和20例動態調強計劃平面劑量驗證結果顯示通過率均在90.0%以上，且外掛電動多葉光柵的醫用電子直線加速器KB1800的調強劑量學驗證符合標準。結論：安裝掛式電動多葉光柵的加速器，調強放射治療的劑量能夠達到驗證標準，可用于臨床治療，滿足臨床的需要。

外掛電動多葉光柵；調強；劑量驗證；醫用直線加速器；放射治療

隨著計算機技術和放射治療計劃系統的飛速發展，放射治療技術日新月異，相繼出現了三維適形放射治療(three dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)和調強放射治療(intensity modulated radiotherapy，IMRT)[1]。IMRT是基于計算機逆向優化技術產生的非均勻射束強度來改善劑量分布，通過調整直線加速器多葉光柵的運動狀態使照射野內的射線強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，同時更好地保護正常組織。調強放射治療對位置和劑量的精度提出了很高的要求，驗證整套治療系統是否精確地將所需劑量照射到患者體內是保證療效的關鍵[2-3]。因此，對KB1800醫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強放射治療計劃進行劑量學驗證就顯得更為重要。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調強和動態調強放射治療的可行性研究探討。

①賀州市人民醫院放射治療科 廣西 賀州 542800

1 材料與方法

1.1 設備和儀器

使用KB1800醫用電子直線加速器(北京高能大恒加速器技術有限公司)，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。

放射治療計劃設計采用TiGRT調強放射治療計劃系統(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 調強計劃設計

(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記，在標記中心貼上鉛點。

(2)按模擬定位的激光十字標記擺位后進行CT斷層掃描，再將CT圖像通過Pacs系統傳至TiGRT醫生工作站。

(3)在醫生完成靶區和危及器官勾畫后，將勾畫好的患者數據傳入TiGRT系統。

(4)在TiGRT系統中打開患者數據進行調強計劃設計，按照醫生填寫的計劃申請單設定靶區劑量、危及器官限量和權重，然后進行逆向調強計劃計算。待計劃計算完成后物理師通過每一層面的等劑量曲線分布、熱點冷點、質量體積直方圖(DVH)進行計劃評估，如果計劃未達到想要的結果再進行計劃優化，直到醫生評估通過計劃完成[4-5]。

1.3 調強驗證計劃設計

將固體水放置在CT模擬機床面上在中間夾著PTW729二維電離室矩陣，上下各加4.5 cm和5 cm厚的固體水。根據二維電離室矩陣側面的十字線確定好有效測量中心，并貼上鉛點。CT以2 mm厚斷層掃描，將圖像傳輸至TiGRT系統中，在計劃系統中標定好坐標原點，此模體作為所有驗證計劃的模體。

在TiGRT里隨機抽取40例患者的病例，其中20例患者做動態調強計劃，20例患者做靜態調強。將患者計劃均移植到固體水模體計劃中，每例患者計劃的機架角度、小機頭角度和床角度都歸為0 °，創建平面劑量驗證計劃，將計劃所有照射野都歸入到同一個驗證計劃中，方便治療計劃整體上評估。創建好平面劑量驗證計劃后重新計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。劑量儀通過網線連接電離室，通電并輸入氣壓、水溫和相應的CF值。加速器選擇8 MV X射線，機器跳數設置100 MU，設置射野10 cm×10 cm。當速器出束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就需要調節劑量的閾值電位器，重復上面的操作最終1 MU=1 cGy[6-7]。

1.5 平面劑量驗證

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。機架角度和小機頭角度均打到0 °，調整治療床的位置，將二維電離室矩陣側面的十字線對準激光線。連接電纜，運行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出在固體水模上的患者驗證計劃，執行調強驗證計劃，用二維電離室矩陣對每個驗證計劃完整采集數據并保存。然后用Verisoft軟件將二維電離室矩陣采集的數據與固體水模驗證計劃劑量分布曲線對比分析，用Gamma分析方法驗證調強計劃的通過率，設置劑量誤差標準ΔDm=3%，距離誤差標準Δdm=3 mm[8-10]。

1.6 劑量評估的Gamma分析方法

設置劑量驗證的誤差標準(ΔDm=3%)，距離誤差標準(Δdm=3 mm)。假設在驗證計劃中某一點通過劑量驗證，則需要2個條件都要滿足，即某個測量點的位置(rm)的計劃劑量與實際測量劑量的偏差要ΔDm＜3%，同時距離偏差要Δdm＜3 mm。則在m點測量點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表示劑量計算點位置，rc表示實際測量位置的距離，在δ(rm，rc)式中rm表示該點的計劃劑量，rc表示實際測量劑量的偏差值，其計算為公式3和公式4：

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

圖1 在三維計劃中通過標準的顯示圖

驗證通過標準計算為公式5：

在公式5中驗證通過的標準是γ(rm)≤1，驗證失敗的標準是γ(rm)＞1，也就是說如果驗證計劃中通過，必須任意一點的數學描述落在該球面內。當驗證計劃通過率＞90%時表示對整個計劃驗證通過[11-13]。

2 測量結果

在Verisoft軟件中選擇Gamma分析方法進行平面劑量驗證誤差分析，設置劑量誤差標準ΔDm=3%，距離誤差標準Δdm=3 mm。當測量點Gamma值≤1，即為通過，Gamma值＞1，即為失敗。

2.1 靜態調強平面劑量驗證結果

靜態調強平面劑量驗證結果均＞90%，20例患者病例的通過率平均值為95%。影響靜態調強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 靜態調強平面劑量驗證結果

2.2 動態調強平面劑量驗證結果

動態調強平面劑量驗證結果均＞90%，20例患者病例的通過率平均值為92.6%。調強計劃驗證均通過，但是有通過率90.1%比較低的病例，影響動態調強通過率的因素可能是患者由定位到擺位的過程中產生的誤差、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動速度不同步，見表2。

表2 動態調強平面劑量驗證結果

3 結論

對比平面劑量驗證結果通過率均＞90.0%，計劃驗證均通過，掛有外掛電動多葉光柵DMLC的醫用電子直線加速器KB1800的調強劑量學驗證符合標準，對比結果可以計算出靜態調強通過率普遍比動態調強通過率高(最大相差5.5%)。動態調強即在射線出束時多葉準直器葉片處于運動狀態，通過控制多葉準直器每對葉片的相對位置和停留時間而形成相應形狀的縫隙來對靶區進行掃描，從而調節照射野的強度。因此，動態調強受直線加速器劑量葉片的到位精度與劑量率的穩定性比靜態調強放射治療要求高[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特性和劑量學特性進行研究，在使用外掛電動多葉光柵開展調強放射治療技術之前，必須驗證調強劑量通過率和分析影響調強驗證通過率的因素，確保患者受到精確調強放射治療。本研究沒有內置多葉光柵的直線加速器可以通過安裝固定在加速器機頭的外掛式多葉光柵，實現開展三維適形放射治療和調強放射治療等精確放射治療技術。

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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- ),本科學歷，物理師。賀州市人民醫院放射治療科，從事物理師工作。

2017-05-25

1672-8270(2017)10-0026-04

R814.2

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