外挂电动多叶光栅调强放射治疗计划的剂量验证

何自怀 刘丰华 戴国胜

外挂电动多叶光栅调强放射治疗计划的剂量验证

何自怀①刘丰华①戴国胜①

目的：用二维电离室矩阵验证KB1800医用直线加速器上安装外挂电动多叶光栅后开展静态调强和动态调强的剂量。方法：采用数表法随机选取40例行调强放射治疗的患者，其中20例患者采用静态调强计划，另20例患者采用动态调强计划，用指形电离室进行剂量刻度，用固体水和二维电离室矩阵进行剂量验证，对静态调强和动态调强放射治疗的可行性进行比较和研究。结果：20例静态调强计划和20例动态调强计划平面剂量验证结果显示通过率均在90.0%以上，且外挂电动多叶光栅的医用电子直线加速器KB1800的调强剂量学验证符合标准。结论：安装挂式电动多叶光栅的加速器，调强放射治疗的剂量能够达到验证标准，可用于临床治疗，满足临床的需要。

外挂电动多叶光栅；调强；剂量验证；医用直线加速器；放射治疗

随着计算机技术和放射治疗计划系统的飞速发展，放射治疗技术日新月异，相继出现了三维适形放射治疗(three dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT)和调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy，IMRT)[1]。IMRT是基于计算机逆向优化技术产生的非均匀射束强度来改善剂量分布，通过调整直线加速器多叶光栅的运动状态使照射野内的射线强度满足所需剂量要求，从而使肿瘤组织受到比普通放射治疗更高的照射剂量，同时更好地保护正常组织。调强放射治疗对位置和剂量的精度提出了很高的要求，验证整套治疗系统是否精确地将所需剂量照射到患者体内是保证疗效的关键[2-3]。因此，对KB1800医用电子直线加速器安装51对叶片的外挂电动多叶光栅的调强放射治疗计划进行剂量学验证就显得更为重要。本研究利用二维电离室矩阵及配套软件对KB1800直线加速器上安装外挂电动多叶光栅后开展静态调强和动态调强放射治疗的可行性研究探讨。

①贺州市人民医院放射治疗科 广西 贺州 542800

1 材料与方法

1.1 设备和仪器

使用KB1800医用电子直线加速器(北京高能大恒加速器技术有限公司)，安装51对叶片的外挂电动多叶光栅，射线能量8 MV的X射线，加速器的剂量率为300 MU/min。外挂电动多叶光栅，叶片在等中心的最小投影宽度为3.1 mm，最大可形成27 cm×27 cm的照射野。

放射治疗计划设计采用TiGRT调强放射治疗计划系统(上海雷泰公司)；测量工具使用2D-729二维电离室矩阵及配套软件(德国PTW公司)，一套RW3固体水模块，9206E剂量仪和0.6 cm3电离室及二维水箱(中测测试科技有限公司)。

1.2 调强计划设计

(1)用高分子热塑膜或者真空垫固定患者，并在体膜上画好激光线十字标记，在标记中心贴上铅点。

(2)按模拟定位的激光十字标记摆位后进行CT断层扫描，再将CT图像通过Pacs系统传至TiGRT医生工作站。

(3)在医生完成靶区和危及器官勾画后，将勾画好的患者数据传入TiGRT系统。

(4)在TiGRT系统中打开患者数据进行调强计划设计，按照医生填写的计划申请单设定靶区剂量、危及器官限量和权重，然后进行逆向调强计划计算。待计划计算完成后物理师通过每一层面的等剂量曲线分布、热点冷点、质量体积直方图(DVH)进行计划评估，如果计划未达到想要的结果再进行计划优化，直到医生评估通过计划完成[4-5]。

1.3 调强验证计划设计

将固体水放置在CT模拟机床面上在中间夹着PTW729二维电离室矩阵，上下各加4.5 cm和5 cm厚的固体水。根据二维电离室矩阵侧面的十字线确定好有效测量中心，并贴上铅点。CT以2 mm厚断层扫描，将图像传输至TiGRT系统中，在计划系统中标定好坐标原点，此模体作为所有验证计划的模体。

在TiGRT里随机抽取40例患者的病例，其中20例患者做动态调强计划，20例患者做静态调强。将患者计划均移植到固体水模体计划中，每例患者计划的机架角度、小机头角度和床角度都归为0 °，创建平面剂量验证计划，将计划所有照射野都归入到同一个验证计划中，方便治疗计划整体上评估。创建好平面剂量验证计划后重新计算各个射野在固体水模体中的剂量分布，将矩阵测量中心层面的剂量分布曲线文件导出用于比较分析。

1.4 剂量刻度

用9206E剂量仪和0.6 cm3电离室及二维水箱进行剂量刻度。将二维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。将0.6 cm3电离室放入二维水箱的测量孔中，水面升高到等中心位置。剂量仪通过网线连接电离室，通电并输入气压、水温和相应的CF值。加速器选择8 MV X射线，机器跳数设置100 MU，设置射野10 cm×10 cm。当速器出束100 MU剂量仪记录，如果是100 cGy剂量刻度即完成，如果不是100 cGy就需要调节剂量的阈值电位器，重复上面的操作最终1 MU=1 cGy[6-7]。

1.5 平面剂量验证

在加速器治疗床面水平放置5.0 cm厚的RW3固体水，在固体水上方水平放置PTW729的二维电离室矩阵，然后在上面加4.2 cm的固体水。机架角度和小机头角度均打到0 °，调整治疗床的位置，将二维电离室矩阵侧面的十字线对准激光线。连接电缆，运行Verisoft软件，打开温度气压修正界面输入气压为1012 hPa、温度值为20 ℃，得到正因子kTP=1.186，其他修正因子默认用户修正，最后得到二维电离室矩阵的总修正因子，修正完成后，从外挂电动多叶光栅控制软件调出在固体水模上的患者验证计划，执行调强验证计划，用二维电离室矩阵对每个验证计划完整采集数据并保存。然后用Verisoft软件将二维电离室矩阵采集的数据与固体水模验证计划剂量分布曲线对比分析，用Gamma分析方法验证调强计划的通过率，设置剂量误差标准ΔDm=3%，距离误差标准Δdm=3 mm[8-10]。

1.6 剂量评估的Gamma分析方法

设置剂量验证的误差标准(ΔDm=3%)，距离误差标准(Δdm=3 mm)。假设在验证计划中某一点通过剂量验证，则需要2个条件都要满足，即某个测量点的位置(rm)的计划剂量与实际测量剂量的偏差要ΔDm＜3%，同时距离偏差要Δdm＜3 mm。则在m点测量点rm的Gmama值定义为公式1：

在公式1中的{Γ(rm，rc)定义为公式2：

在γ(rm，rc)式中rm表示剂量计算点位置，rc表示实际测量位置的距离，在δ(rm，rc)式中rm表示该点的计划剂量，rc表示实际测量剂量的偏差值，其计算为公式3和公式4：

其中，相对于测量点的计算剂量分布的空间位置(rc)；某个测量点的位置(rm)；等剂量的通过标准(ΔDm)；等剂量线距离的通过标准(Δdm)；在rm处计算出的剂量[Dm(rc)]；在rc处计算出的剂量[Dc(rc)]。图1所示验证通过的极限，从坐标轴来描述验证点通过的标准。

图1 在三维计划中通过标准的显示图

验证通过标准计算为公式5：

在公式5中验证通过的标准是γ(rm)≤1，验证失败的标准是γ(rm)＞1，也就是说如果验证计划中通过，必须任意一点的数学描述落在该球面内。当验证计划通过率＞90%时表示对整个计划验证通过[11-13]。

2 测量结果

在Verisoft软件中选择Gamma分析方法进行平面剂量验证误差分析，设置剂量误差标准ΔDm=3%，距离误差标准Δdm=3 mm。当测量点Gamma值≤1，即为通过，Gamma值＞1，即为失败。

2.1 静态调强平面剂量验证结果

静态调强平面剂量验证结果均＞90%，20例患者病例的通过率平均值为95%。影响静态调强通过率的因素可能是患者定位的摆位误差、外挂电动多叶光栅叶片的透射率和漏射率以及外挂电动多叶光栅到位精度，见表1。

表1 静态调强平面剂量验证结果

2.2 动态调强平面剂量验证结果

动态调强平面剂量验证结果均＞90%，20例患者病例的通过率平均值为92.6%。调强计划验证均通过，但是有通过率90.1%比较低的病例，影响动态调强通过率的因素可能是患者由定位到摆位的过程中产生的误差、外挂电动多叶光栅叶片的透射率和漏射率、外挂电动多叶光栅到位精度以及加速器剂量率与多叶光栅运动速度不同步，见表2。

表2 动态调强平面剂量验证结果

3 结论

对比平面剂量验证结果通过率均＞90.0%，计划验证均通过，挂有外挂电动多叶光栅DMLC的医用电子直线加速器KB1800的调强剂量学验证符合标准，对比结果可以计算出静态调强通过率普遍比动态调强通过率高(最大相差5.5%)。动态调强即在射线出束时多叶准直器叶片处于运动状态，通过控制多叶准直器每对叶片的相对位置和停留时间而形成相应形状的缝隙来对靶区进行扫描，从而调节照射野的强度。因此，动态调强受直线加速器剂量叶片的到位精度与剂量率的稳定性比静态调强放射治疗要求高[14-16]。

直线加速器安装外挂电动多叶光栅后，必须对外挂电动多叶光栅的物理学特性和剂量学特性进行研究，在使用外挂电动多叶光栅开展调强放射治疗技术之前，必须验证调强剂量通过率和分析影响调强验证通过率的因素，确保患者受到精确调强放射治疗。本研究没有内置多叶光栅的直线加速器可以通过安装固定在加速器机头的外挂式多叶光栅，实现开展三维适形放射治疗和调强放射治疗等精确放射治疗技术。

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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

何自怀,男,(1983- ),本科学历，物理师。贺州市人民医院放射治疗科，从事物理师工作。

2017-05-25

1672-8270(2017)10-0026-04

R814.2

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