绝对剂量的偏移对MatriXX剂量验证结果的影响

柏正璐,时飞跃,秦伟,蒋红兵,2

1.南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院) a.医疗设备处;b.肿瘤放疗科;江苏 南京 210006;2.南京市卫生信息中心,江苏 南京 210003

绝对剂量的偏移对MatriXX剂量验证结果的影响

柏正璐1a,时飞跃1b,秦伟1b,蒋红兵1a,2

1.南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院) a.医疗设备处;b.肿瘤放疗科;江苏 南京 210006;2.南京市卫生信息中心,江苏 南京 210003

目的探讨加速器绝对剂量的偏移对调强计划射野的MatriXX剂量结果影响.方法选取24例宫颈癌患者调强计划中机架角度为180°的射野(记为G180),生成验证计划,在Varian Clinac iX加速器上实施,使用二维电离室矩阵MatriXX进行测量.通过OmniPro I'mRT软件,模拟绝对剂量的偏移(记为d),d在-10%～10%取值,间隔1%,观察相应MatriXX剂量验证结果变化.结果总体上看,绝对剂量向正负方向偏移时,Gamma通过率下降,平均Gamma值变大.本研究中,Gamma通过率的最大值并不在d=0处,而在d处于-3%～-1%之间;平均Gamma值最小点在d处于-3%～0之间.结论绝对剂量的偏移对调强计划射野的MatriXX验证结果有一定影响,在分析MatriXX剂量验证结果时,应将绝对剂量的偏移因素纳入考虑中,同时在放疗日常工作中,应定期检查校准加速器的绝对剂量.

Gamma通过率;绝对剂量;剂量验证;宫颈癌;调强放疗

引言

调强放射治疗(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)是现代放射治疗的主要技术方式.理论上,放疗物理师制定的治疗计划将会使肿瘤患者得到一个理想的剂量分布[1].但由于剂量计算中近似方法的采用,使得从CT数据获得,到剂量计算结果输出的每个步骤都存在着误差,造成实际人体的剂量分布与治疗计划得到的剂量分布之间并不完全相符[2].如果这种偏离程度较大,将极有可能对疗效产生影响.ICRU24号报告指出,quot;原发灶的根治剂量的精确性应好于±5%quot;[3].因此,对于一个治疗计划,尤其是调强放疗计划,必须通过剂量验证确保计划剂量计算结果的准确性.临床上实施调强放疗的关键是必需保证调强射野输出剂量的准确性,为保证这一技术临床实施的安全和可靠,必须对逆向调强计划进行精心的设计与准确的剂量学验证[4].为了提高剂量验证的准确性和效率,各种新型的验证设备不断应运而生.其中,二维电离室矩阵(MatriXX)以电离室作为测量元件,相比于半导体,MatriXX不需要用电离室测量做归一标定来确保测量结果的可靠性[5-6].MatriXX的密度接近水,内含温度气压传感器,可实时测量温度或气压并进行修正,具有高效、稳定、快捷等优点,能直观、准确地反应射野在不同照射条件下的二维剂量差异分布特点,越来越多地被临床上所应用[7].随着加速器的长期使用,由于电子元器件老化、工作参数发生漂移等会导致绝对剂量的偏移[8].绝对剂量偏移会对二维剂量验证结果产生影响,本工作研究了绝对剂量偏移对宫颈癌调强计划射野的MatriXX二维剂量验证结果的影响.

1 材料与方法

1.1 仪器设备

使用Varian Eclipse 8.6治疗计划系统进行计划设计;使用Varian Clinac iX直线加速器执行验证计划,能量选择6 MV X射线,主机剂量率为400 MU/min; IBA二维空气电离室矩阵MatriXX系统,包括硬件MatriXX探测平板和OmniPro I'mRT验证软件,分别用于射野二维剂量分布的测量和数据的Gamma分析.MatriXX探测平板由电离室阵列、控制器、信号处理和数据转换器等部分组成.在32X32的矩阵网格平板上均匀分布着1020个通气电离室(网格阵列的4个角上各缺少1个电离室),有效测量面积24.4 cmX24.4 cm,每个电离室呈圆柱形,直径4.5 mm,高5 mm,体积0.08 cm3,电离室中心之间的距离7.62 mm,有效测量点距表面3 mm[9].

1.2 方法

1.2.1 加速器剂量校准

为保证测量结果的准确性,在进行实验前,对加速器绝对剂量进行校正,使用IBA DOSE 1剂量仪,FC65-G电离室和SP34固体水在标准条件下对6 MV能量进行剂量输出校准,即SSD=100.0 cm,参考射野10 cmX10 cm,将输出量刻度成1 MU=1 cGy[10].

1.2.2 MatriXX的摆放

加速器机架角度设置为0°,根据MatriXX的标记线,将其放置到等中心处,上面加上4.7 cm固体水材料.

1.2.3 验证计划设计及实施

选取24例宫颈癌患者调强治疗计划制作MatriXX验证计划,挑选机架角度为180°的射野(记为G180)进行研究,使用Clinac iX直线加速器执行计划.测试中保持加速器和MatriXX位置不变,全批次验证测试连续完成.以MatriXX测量得到的剂量分布作待比较剂量分布,以放射治疗计划计算得到的剂量分布作参考剂量分布.

1.2.4 绝对剂量偏移

使用OmniPro I'mRT软件将待比较剂量分布与参考剂量分布进行对比分析,得出剂量分布偏差,以间隔1%对待比较剂量分布分别模拟绝对剂量偏移(记为d),d在-10%～10%取值,观察Gamma通过率及平均Gamma值的变化趋势.

1.3 评价方法及指标

Gamma指数分析是IMRT验证中常用的分析方法,通过Gamma分析得到剂量验证Ganma通过率[11-13].设置参数为:位置误差lt;3 mm、剂量误差lt;3%,阈值10%.

2 结果

本研究的MatriXX验证结果,见图1～2.图1表示G180射野Gamma通过率的结果,图2表示平均Gamma值的结果,图1和图2中不同数据连线代表不同患者的数据.

图1 G180射野MatriXX验证的Gamma通过率随绝对剂量偏移的变化

图2 G180射野MatriXX验证的平均Gamma值随绝对剂量偏移的变化

实验结果极值频数的柱形统计图(图3),即24例患者G180射野Gamma通过率最大值所对应的d值出现的次数.

图3 Gamma通过率最大值出现在某一点的次数统计

G180射野MatriXX验证结果在不同d值处的Gamma通过率和平均Gamma值的均值和标准差,见表1.

表1 G180射野MatriXX验证结果在不同d值处的数据统计 (%)

3 讨论

由表1、图1和图2的验证结果显示,总体上看,绝对剂量向正负方向偏移时,Gamma通过率下降,平均Gamma值增高,且Gamma通过率和平均Gamma值的标准差增大,波动情况较明显.24例患者G180射野验证结果的Gamma通过率在d=0处的均值为97.91%,接近100%.说明剂量验证通过率很高,表明绝大部分平面剂量分布的计划计算值和实际测量值之间、计划计算剂量分布和实际测量剂量分布具有良好的一致性[2].

由图3可见,24例患者Gamma通过率的最大值不在d=0处,而在d处于-3%～-1%之间,以d=-2%居多,平均Gamma值最小点在d处于-3%～0之间,以d=-2%和d=-1%居多,d=0处最小值点只占少数.可见剂量验证结果的理想值均不在绝对剂量偏移零点,而在加速器剂量稍负偏移的位置.

根据设置的评估标准,从表1可看出,当d处于-5%～2%范围内,射野通过率的平均值gt;90%.由此可见:绝对剂量的相对偏移会影响Gamma通过率值,不过在较小的范围内偏移,整个射野的Gamma通过率仍gt;90%.而在绝对剂量负偏移稍低一点的情况下(d处于-3%～-1%之间),射野内Gamma通过率的百分比反而高于偏移零点处的通过率值.实验表明绝对剂量偏移向负方向运动,其Gamma通过率值比绝对剂量偏移向正方向移动的结果理想.但在这个范围外,绝对剂量的正负偏移对射野Gamma通过率的影响表现为急剧下降.

研究中采取如下措施尽可能的避免干扰,确保数据结果可靠性:所有病例验证计划制作和数据导出遵循相同的技术模式和参数配置,采用同样的几何条件避免摆位因素干扰,测试一批次完成避免仪器漂移影响,Gamma分析数据处理采用同样的方式[14].影响IMRT验证通过率因素很多,如TPS加速器模型参数的准确度、CT值的校正、MLC走位、射野的平坦度和对称性、计划输出时计算网格的大小、分析方法的误差阈值设定等同样对调强验证通过率产生重要影响[14].

本实验充分说明了绝对剂量的偏移对剂量验证结果的影响,在进行剂量验证时,除了考虑以上因素,还需将剂量偏移因素纳入考虑.理想情况下,Gamma通过率最大值应出现在绝对剂量偏移零点,而本实验的剂量验证理想值却处于剂量稍负偏时.经分析,计算剂量与测量剂量均不可排除会出现误差.致使计算剂量出现误差的原因有:计划原始数据的误差、计算剂量时的算法误差[15].致使测量剂量出现误差的原因有:某些电子元件过热,控制电路老化导致工作参数的漂移,MLC运动到位精度偏差等引起的输出量的误差[16].针对这些原因,可以通过重新修正治疗计划系统里的原始数据,如CT值与相对电子密度转换曲线,提高剂量计算的准确性;可以定期维修保养MLC,定期检查加速器的剂量学特性,定期校准照射病人的常用射线输出量[17].而算法上的误差暂时无法校正,有待进一步的研究.

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本文编辑 袁隽玲

Influence of Deviation in Absolute Dose on Verification Results of MatriXX

BAI Zhenglu1a, SHI Feiyue1b, QIN Wei1b, JIANG Hongbing1a,2
1.a.Department of Medical Equipment; b.Department of Radiation Oncology, Nanjing Medical University Affiliated Nanjing Hospital(Nanjing First Hospital), Nanjing Jiangsu 210006, China; 2.Nanjing Health Information Center, Nanjing Jiangsu 210003, China

ObjectiveTo discuss the influence of deviation in absolute dose on verification results of IMRT fields of MatriXX.MethodsFields with gantry angle 180° (G180) were selected for 24 patients with cervical cancer, and corresponding verification plans were created. The verification plans were implemented in the Varian Clinac iX linear accelerator, and the dose distributions were measured by the two-dimensional ionization chamber array (MatriXX). OmniPro I'mRT software was used to simulate the deviation in absolute dose (d), and d ranged from -10% to 10% with interval of 1%. Corresponding dose verification results with different values of d were analyzed.ResultsBy and large, gamma passing rate was decreased and value of average gamma was increased when absolute dose deviated to positive or negative directions. The maximum gamma passing rate was not in the position with d=0, but in the range of -3% to -1%, and the values of d were in the range of -3% to 0 when average gamma achieved the minimum value.ConclusionDeviation in absolute dose has a significant influence on verification results of IMRT fields of MatriXX. When analysing verification results, the factor of deviation in absolute dose should be taken into consideration. In routine work of radiotherapy, the absolute dose of Clinac accelerator should be calibrated regularly.

Gamma passing rate; absolute dose; dose verification; cervical cancer; intensity modulated radiation therapy

R730

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.10.012

1674-1633(2017)10-0048-04

2017-01-18

2017-02-06

南京市医学科技发展资金quot;青年工程quot;人才培养专项经费资助(QRX11033).

蒋红兵,高级工程师,主要从事医疗设备、生物医学电子研究.

通讯作者邮箱:cmdjhb@126.com