调强放射治疗计划的剂量学验证

张玉海，高杨

解放军第309医院放疗科，北京，100091

调强放射治疗（IMRT）是在各辐射野与靶区外形一致的条件下，将每一个辐射野分割成多个细小的子野，使辐射野内的剂量强度按一定要求进行调节，最大限度地将束流集中到靶区，而使周围的危及器官或组织少受或免受不必要的照射。IMRT是利用MLC的运动来实现的，每一个辐射野内通过MLC的运动会产生一定数量的子野，而每一个子野的形状、跳数各不相同，它们之间存在着复杂的关系，所有这些子野合成以后的剂量分布是无法去想象和预见的，这一点与辐射野均匀的三维适形放疗完全不同[1]。因此，临床上为了保证调强射野输出剂量的准确性，必须对IMRT计划进行精心的设计与准确的剂量学验证。目前，以模体内剂量实测为基础的验证，仍然是当前最为常用的个体化IMRT计划的剂量学验证技术[2]，其中点剂量验证和平面剂量验证结合使用可以较为全面地验证IMRT的剂量分布。自2009年8月到2009年12月，共有30多名患者在我科接受了IMRT治疗，按要求IMRT治疗实施之前，均需要对治疗计划进行剂量学验证，现将我科的IMRT计划验证方法总结报告如下。

1 材料与方法

1.1 设备和仪器

德国PTW公司生产的2D-729二维电离室矩阵，在27 cm×27 cm有效测量范围内均匀分布有729个电离室，每个电离室中心间隔10 mm。PTW UNIDOS E型剂量仪与30013型电离室（有效测量体积0.6cc）相匹配。测量使用Varian ClinacIX直线加速器的6MV X射线，剂量率为400MU/min。该加速器内置60对多叶准直器，中间40对叶片在等中心的投影宽度为0.5 mm，形成20 cm×20 cm的射野范围；外围20对叶片在等中心的投影宽度为1 mm，可形成的最大射野范围是40 cm×40 cm。另外，使用Varian公司的Eclipse8.0治疗计划系统和ARIA放疗网络。

1.2 调强计划设计

用热塑膜固定病人，并作好定位标记，进行CT模拟定位。将CT扫描图像传到治疗计划系统进行靶区和危及器官的勾画。设定靶区处方量及危及器官限量，用Eclipse进行逆向IMRT计划设计。计划产生后，放疗医师和放疗物理师通过各层面的剂量分布图及剂量体积直方图（DVH）评估计划。

1.3 模体计划设计

完成病人的IMRT计划后，因为无法直接在病人身体中进行剂量测量，因此必须把该计划移植到验证模体上，在模体上进行绝对剂量和相对剂量的测量，从而起到间接验证治疗剂量的作用。测量选用RW3固体水作为验证模体，其密度为1.045 g/cm3，与水的等效性好。

1.3.1 用于绝对剂量验证的模体计划设计

将2 cm厚带测量孔的固体水置于中间，下面放9块 1 cm厚的固体水，上面加10块1 cm厚的固体水，形成尺寸为40 cm×40 cm×21 cm的模体。然后把30013型指形电离室插入测量孔中，仿照患者在CT模拟机下以2.5 mm层厚扫描，在计划系统上进行影像重建，勾画模体外轮廓和电离室探头轮廓，设定电离室探头中心为坐标原点。此模体即作为所有治疗计划进行绝对剂量验证的模体。

利用Eclipse的创建验证计划功能，调用待验证的IMRT治疗计划，并将该计划的MLC叶片位置文件以及机架角度、准直器角度、射野跳数等相关治疗数据完全拷贝到模体上，其等中心点自动位于坐标原点处（即电离室中心位置），然后重新计算模体的剂量分布。由于电离室有一定体积，因此等中心测量点的绝对剂量取电离室探头体积剂量的平均值。

1.3.2 用于平面剂量验证的模体计划设计

在电离室矩阵上下各加4 cm和5 cm厚的固体水，根据矩阵侧面的“+”线确定其有效测量中心，并做好标记。将夹着矩阵的固体水在CT模拟机下以2.5 mm层厚扫描，同样在计划系统上进行影像重建，勾画模体外轮廓，确定坐标原点。此模体作为所有治疗计划进行平面剂量验证的验证模体。

用Eclipse创建平面剂量验证计划的方法与以上方法基本相同，所不同的是平面剂量验证计划需要将计划的机架角度、准直器角度和床角度都设为0°。如果想验证每个野的剂量分布情况，则需要将每个射野生成一个独立验证计划。这些设置在创建验证计划过程中只需要勾选相应的项目即可完成。重新计算各个射野在模体中的剂量分布，并导出各个射野在矩阵测量中心层面的剂量分布文件，作比较分析时用。

1.4 剂量学验证

在进行剂量学验证之前，先用PTW30013型0.6 cc电离室对Varian加速器6MV X线进行剂量校准，保证其出束偏差在1%以内。接下来进行绝对剂量验证和平面剂量验证。

1.4.1 绝对剂量验证

完全按照CT扫描的方式把模体(40 cm×40 cm×21 cm)摆放于加速器治疗床上，借助激光线将模体测量点调整到等中心位置，注意等中心位置应在第十块板（2 cm厚）测量孔的中心处，因为模体计划的测量点放在此处。将PTW30013型指形电离室插入测量孔中，连接PTW UNIDOS E型剂量仪，输入气压、温度及校准因子修正，依次执行各野照射，记录最终的测量值。

1.4.2 平面剂量验证

机架和准直器角度置于0°，PTW二维电离室矩阵放在5cm厚的固体水上方，参考激光线调整电离室矩阵，使其有效测量点位于等中心层面上，然后在上面加4 cm的固体水，考虑到电离室矩阵固有的5 mm测量深度，则SSD＝95.5 cm。连接电缆，调出验证计划准备测量。运行MatrixScan软件，输入气压、温度值进行校准。对每个射野采集1次数据并保存。计划有多少个野就采集多少个数据文件。测量完毕后，用Verisoft软件将每个射野平面剂量分布的测量文件与计划文件对比分析，得出剂量分布的误差。

2 结果

表1给出6例IMRT计划的绝对剂量验证结果。将测量得到的等中心点剂量与计划平均剂量相比较得：百分相对误差=(测量剂量-计划平均剂量)/计划平均剂量，所得百分相对误差在±3%之内，则认为患者的治疗计划可以通过。否则，需要分析误差过大的原因，再次测量验证，直至验证计划通过方能治疗。第3例，第一次误差大于3%，第二次符合要求。

表1 绝对剂量验证结果Tab.1 The results of the absolute points dose verification

平面剂量验证误差分析采用Gamma分析方法[3-4]，它是Verisoft软件中自动分析的工具，设置剂量误差标准和距离误差标准为3%/3 mm。验证通过与失败的标准是，测量点Gamma值≤1通过，Gamma值＞1失败，通过的测量点数大于90%为照射野剂量分布验证通过。表2列出了6例患者计划验证结果，采用Gamma分析方法比较而获得的通过率情况。图1中(a)(b)(c)所示为一患者计算/测量等剂量线分布情况比较及Gamma分析结果。

表2 平面剂量验证结果Tab.2 The results of the plane dose distribution verification

3 讨论

图1 二维电离室矩阵测量与计划计算结果比较分析Fig.1 The comparison of the planned and the measured values with 2DArray ion chamber

从以上绝对剂量的验证结果可以看出，测量值都比计划值偏小，说明有系统误差存在，该结论与戴建荣等[5]报道结果一致。究其原因，我们认为IMRT射野中经常会包含一些面积很小的子野，在实际测量中，只有少数子野的射野区域包含测量点，即测得的是该子野的主射线，而对于大多数子野，只测得其边缘剂量或散射剂量，这部分剂量通常较小，宜采用小灵敏体积的电离室测量[6]，以得到更加精确的结果。另外，我们进行绝对剂量验证采用患者治疗的实际照射角度，因此验证过程中还存在治疗床板和横梁对剂量的衰减。表1中第3例计划经过两次验证方才通过，第一次验证结果误差＞5%，分析发现可能的原因是射线穿过横梁发生衰减；第二次验证过程中，移动横梁位置避免射野穿过横梁，发现验证结果偏差明显减小（＜1%）。可见治疗床的衰减对验证结果的影响还是不容忽视的。综合以上分析，笔者认为虽然各种原因导致测量结果偏小，但是误差仍然是在临床可以接受的范围内（＜3%），因此以上的测量方法和测量结果是可信的。

关于绝对剂量验证测量点位置选择的基本原则是选择剂量均匀、梯度较小的点。简单的判定方法是电离室探头的（最大剂量- 最小剂量）/ 平均剂量的值小于10%。通常等中心点是作为绝对剂量验证的首选位置。表1中第1-5例计划测量点均满足上述条件，并且测量点均为计划的等中心点。但是，有些计划的等中心点在靶区边缘或在靶区外，比如鼻咽癌IMRT计划，它的等中心点就不适合作为测量点。为此需要适当调整模体计划中的等中心位置，使模体中测量点位于高剂量低梯度区域，这样可减少因测量点处剂量变化太大而导致测量结果不准确。表1中第6例计划（鼻咽癌）就是因为计划的等中心点位于靶区外的低剂量区，无法准确测量。笔者通过移动计划的等中心位置，使测量点位于高剂量低梯度区域，完成绝对剂量的验证。

二维电离室矩阵是目前较先进的调强验证系统之一，它可以测量照射野的剂量分布和强度分布，利用它可以极大地简化验证工作量，提高验证的效率。大量研究表明，用二维电离室矩阵进行IMRT计划验证是可行的[7-8]。笔者利用PTW729二维电离室矩阵对IMRT计划的验证结果显示，平面剂量分布的计算值和测量值之间具有良好的一致性，Gamma分析的点通过率均在90%以上。值得一提的是，本研究选取最大剂量的10%作为有效测量点的最低剂量限值，其原因有二：一是电离室矩阵在低剂量区域的测量误差明显增大；二是低剂量区主要是动态MLC散射剂量形成。对于TPS来讲，散射剂量的计算不可能与开放野内的剂量计算一样精确。

综上所述，由于IMRT有着肿瘤靶区剂量分布高度适形和高梯度变化的特点，为确保治疗剂量能够精确地定位在肿瘤区域，严格的个体化剂量学验证是治疗执行前的一项重要工作[9]。笔者利用已有的设备条件，建立了患者调强放射治疗计划的剂量学验证方法，并取得了值得信赖的结果。随着设备条件的改善和经验的积累，调强计划的剂量学验证方法还会得到进一步完善。

[1]胡逸民, 主编.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社, 1999,538-548.

[2]马金利, 蒋国樑.调强适形放射治疗剂量学验证体系的建立[J].中国肿瘤, 2004, 13(8): 485-489.

[3]Low D, Harms W, Mutic S, et al.A technique for the quantitative evaluation of dose distributions[J].Med Phys, 1998,25:656-661.

[4]Depuydt T, Van Esch A, Huyskens D, et al.A quantitative evaluation of IMRT dose distribution: refinement and clinical assessment of the gamma evaluation[J].Radiother oncol, 2002,62:309-319.

[5]戴建荣, 胡逸民, 张红志, 等．针对患者调强放射治疗计划的剂量学验证[J]．中华放射肿瘤学杂志, 2004, 13(3): 229-233.

[6]Low DA, Gerber RL, Mutic S, et al.Phantoms for IMRT does distribution measurement verification[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1998, 40:1231-1235.

[7]Jursinic PA, Nelms BE.A 2-D diode array and analysis software for verification of intensity modulated radiation therapy delivery[J].Med Phys, 2003, 30(5):870-879.

[8]Poppe B, Blechschmidt A, Djouguela A, et al.Two-dimensional ionization chamber arrays for IMRT plan verification [J].Med Phys, 2006, 33(4): 1005-1015.

[9]姜瑞瑶.调强放射治疗技术及其质量保证[J].医疗卫生装备，2006, 27(7): 63.