二维半导体电离室矩阵在食管癌调强放射治疗剂量验证中的应用

2017-03-03齐洪志杨玉刚

中国医学装备 2017年2期

齐洪志杨玉刚郝洁许林尚革*

齐洪志①杨玉刚①郝洁①许林①尚革①*

目的：探索Mapcheck二维半导体电离室矩阵在食管癌调强放射治疗(IMRT)剂量验证中的应用。方法：选取12例接受IMRT的食管癌患者，创建质量保证(QA)计划，并分别传入Mapcheck剂量验证系统和医用电子直线加速器。对12例患者的IMRT计划使用二维半导体电离室矩阵检测加速器剂量输出结果，并进行剂量结果分析。结果：采用业内普遍使用的计算网格3 mm，误差3%及阈值偏差10%的评判标准，实际测量的剂量分布与QA计划计算的剂量分布在对应的几何平面分布较为一致，在剂量偏差为3%、位移偏差3 mm和阈值偏差10%的条件下γ射线平均通过率为96.3%；剂量偏差5%、位移偏差5 mm的条件下γ射线平均通过率为99.9%。结论：二维半导体电离室矩阵操作相对简单，在测量要求和测量结果上完全能够满足临床需求，对指导放射治疗具有一定的意义。

二维半导体电离室矩阵；剂量验证；质量保证；食管肿瘤；放射治疗；医用直线加速器

[First-author’s address]Cancer Center, The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumchi 830054, China.

目前，调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技术已广泛应用于食管癌的治疗，但由于IMRT计划设计、剂量计算及计划实施等过程非常复杂，存在较多不确定因素，因此治疗前必须对患者治疗计划做剂量验证，以确保剂量计算和计划执行的准确性[1-3]。本研究对12例食管癌患者的IMRT计划用Mapcheck二维半导体电离室矩阵进行平面剂量验证，旨在为二维剂量验证的临床应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 设备与软件

(1)Synergy医用电子直线加速器(瑞典医科达公司)，多叶准直器(multi-leaf collimator，MLC)叶片数为40对，每个叶片在等中心处投影为10 mm。

(2)Monaco 3.2放射治疗计划系统(瑞典医科达公司)：采用蒙特卡罗算法完成患者IMRT计划的设计，并生成对应的放射治疗计划的质量保证(quality assurance，QA)计划。

(3)Mapcheck二维半导体电离室矩阵(美国 Sun Nuclear公司)。Mapcheck由445个半导体电离室探测器组成，在10 cm×10 cm区域内，探测器中心间隔的距离为0.7 cm，在此区域之外，探测器中心间隔的距离为1.4 cm，最大测量面积为22 cm×22 cm。

1.2 IMRT方法

选用Monaco3.2版本放射治疗计划系统，对2015年7月至2016年4月在新疆医科大学第一附属医院行IMRT治疗的12例食管癌患者进行IMRT计划。选用蒙特卡罗算法，计算网格为3 mm×3 mm。使用Synergy医用电子直线加速器，能量选用6 MV的X射线。采用5野IMRT方式，处方剂量为计划靶区(planing target volume，PTV)D95%接受60 Gy剂量。危及器官(organ at risk，OAR)为双肺、心脏和脊髓。

1.3 剂量验证方法

(1)创建QA验证模体。使用CT模拟定位机对模体进行扫描，模体由Mapcheck二维半导体电离室矩阵和不同厚度的固体水组成，其组合方式为：①分别在Mapcheck上、下放置厚度为3 cm和6 cm的固体水，利用定位激光灯显示出Mapcheck的中心位置，并在相应位置贴放镭射标记；②扫描范围包括整个固体水和Mapcheck，扫描图像传至治疗计划系统(therapy planning system，TPS)作为验证模体保存。

(2)创建QA计划。将患者IMRT计划移植到验证模体，分别将机架、机头角归一到0o，生成验证计划，验证计划的等中心设置在Mapcheck的中心位置，照射野的大小及其他参数不变，重新计算剂量。剂量输出面为等中心处的横断面。

(3)绝对剂量校准。机架角设置为0o，源皮距为95 cm，照射野10 cm×10 cm，加速器输出剂量100 MU。将0.6 cm3指型电离室与二维矩阵有效测量点置于5 cm等效水深度处，分别重复测量3次，分析处理两测量值得出绝对剂量校准因子。

(4)验证测量。将选取的IMRT计划以DICOM格式传输至MOSAIQ放射治疗网络执行验证治疗，将Mapcheck分析软件和固体水组成的验证模体与计算机连接，采集并保存实际测量的剂量信息。同时将QA计划的剂量信息以DICOM格式导入Mapcheck分析软件中，对比实际测量的剂量分布结果与QA计划计算出的剂量分布结果。

1.4 统计学方法

使用Mapcheck分析软件计算剂量偏差在3%、4%和5%，位移偏差为3 mm、5 mm，阈值偏差为10%条件下的γ射线通过率，并比较QA计划剂量分布与实际测量剂量分布差异；利用左右、枪靶、正斜对角及负斜对角等剂量分布对比曲线分析比较计划与实际测量产生的曲线吻合度。

2 结果

(1)根据国际辐射单位与测量委员会(Internation Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)第83号报告建议以及相关文献报道，在3%剂量偏差、位移偏差3 mm和阈值偏差10%条件下γ射线通过率＞90%为该剂量分布满足临床治疗要求标准，患者治疗计划可执行实施[4-8]。在本研究中，选取的12例食管癌患者行IMRT计划均符合临床实施治疗标准。在3%、3 mm条件下γ射线通过率偏低，平均值为96.3%，在5%、5 mm条件下γ射线通过率较高，平均值为99.9%，这与实际情况相一致(见表1)。

表1 12例食管癌患者调强放射治疗计划在不同偏差条件下的γ通过率(%)

(2)在Monaco放射治疗计划系统中，将所选取食管癌患者的IMRT计划移植到QA验证模体上，分别将机架、机头角归一到0°，生成验证计划，验证计划的等中心设置在Mapcheck分析软件的中心位置。计算剂量分布后，输出QA计划，以DICOM格式导入到Mapcheck分析软件中。将验证模体摆放至直线加速器治疗床上实施照射，实际测量得到的剂量分布结果如图1所示。

图1 计划剂量与实际测量剂量分布图

(3)将计划剂量分布图与实际测量剂量分布图进行比较，通过对图像剂量分布的左右、前后及对角线等剂量分布对比曲线分析结果显示，在广泛低剂量区域曲线吻合度很好，较差区域主要集中在高剂量梯度区域。由于Mapcheck分析软件有效探测面积为22 cm×22 cm，故在射野边缘出现了曲线较大分离情况。在左右方向上(即水平轴方向)计划剂量分布与实际测量剂量分布的差异如图2所示。

图2 水平轴方向上计划与实际测量剂量差异图

3 讨论

由于IMRT技术与三维适形放射治疗技术相比较更为复杂，且照射野内剂量梯度变化较大，因此在执行过程中有严格的质量控制和质量保证的要求，在患者实施治疗前进行治疗计划的剂量验证是其必不可少的步骤[9-11]。在进行计划验证之前，应进行相应的时间和剂量预热，计划验证工作一般选择在周末或者平时治疗工作结束后进行，一定剂量的预热可以保证直线加速器的剂量输出稳定性[12-13]。此外，为保证Mapcheck分析软件半导体探头对剂量响应线性，充分预热可以保证测量设备的稳定性和准确性，一般至少需要400～600 MU。有文献报道，充分预热与不预热下所测数据差异可达2%[14]。同时，考虑到计划验证时，在测量和分析到采集下个计划剂量信息过程中，会有一段空白时间，此间隔长短也会带来测量数据差异。Lang等[15]报道，两次测量间隔＞5 min时剂量响应相差1%，＞20 min时剂量响应误差可达2%。

本研究在实施剂量验证时，测量结果与QA计划计算结果均使用位于等中心处横断面剂量进行分析，其结果显示，全组计算得到的剂量结果与测量得到的剂量结果符合度均较高，平均γ射线通过率达到96.3%(3%、3 mm)。在对通过率差异比较中发现，计划验证γ射线通过率受到以下因素影响：①剂量分布比较复杂、剂量梯度变化较大的食管癌患者计划通过率相对偏低[16]；②温度、气压等测量环境因素不同导致加速器输出剂量状态差异，如平坦度、对称性的偏差均可导致γ射线通过率下降[17]；③加速器硬件导致的系统误差，如MLC到位精度；④验证模体的摆位和测量误差等人为因素影响。

4 结语

本研究使用的Mapcheck分析软件属于二维剂量验证设备，在实施测量时需要将治疗计划的实际角度归一到0°进行测量，因此相比三维剂量验证设备在测量结果上不能反映不同角度机架对测量结果的剂量影响因素。但相比三维剂量验证设备，二维剂量设备价格便宜，操作相对简单，在测量要求和测量结果上完全能够满足临床需求。

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The application of two-dimensional semiconductor ionization chamber matrix in the dose verification of intensity modulated radiation therapy for esophageal cancer/

QI Hong-zhi, YANG Yu-gang, HAO Jie, et al//China Medical Equipment,2017,14(2):15-18.

Objective:To explore the application of Mapcheck two-dimensional semiconductor ionization chamber matrix in the dose verification of intensity modulated radiation therapy (IMRT) for esophageal cancer.Methods:To select 12 esophageal cancer patients treated by IMRT and to create quality assurance (QA) plans for them, and introduce the Mapcheck dose verification system and the medical electron linear accelerator to the QA plans. To use the twodimensional semiconductor ionization chamber matrix to detect the dose output of accelerator for the 12 patients and then analyze the dose results.Results:Grid 3 mm, 3% dose deviation and 10% deviation threshold were adopted as criterion; at this criterion, the dose distribute of actual measured was consistency with QA plan on geometry plane and the Gamma-ray average passing rate was 96.3%; however, Gamma-ray average passing rate can achieve to 99.9% when dose deviation was 5% and displacement deviation was 5 mm.Conclusion:Two dimensional semiconductor ionization chamber matrix operation is simpler than traditional operation, and it's measurement demand and measurement result can completely meet the clinical requirement, therefore, this operation is value and useful when guide clinical radiotherapy.

Two-dimensional semiconductor ionization chamber matrix; Dose verification; Quality assurance; Esophagus cancer; Radiotherapy; Medical linear accelerator

1672-8270(2017)02-0015-04

R816.5

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.005