放射治疗的计划系统独立剂量验证发展研究

玉贵永

（桂林医学院附属医院放疗科 广西 桂林 541001）

目前，放射治疗技术正广泛应用于肿瘤治疗中，随着调强放疗和容积旋转调强技术的深入应用，放疗效果得到明显提高，但由此带来了治疗前剂量验证复杂性的提升，从而降低了验证效率。临床常规照射和三维适形放疗剂量的计算及实现方式比较简单，仅通过手工核对方法就能够进行剂量验证；但对于调强放射治疗技术而言，目前需要采用模体实测方法验证，虽然具备了精确性，但却极大地增加了消耗，效率较低。

1.独立计量验证的必要性

放射治疗需要尽可能提升治疗的增益比，就目前而言，IMRT和VMAT技术虽然已经能够在较高程度上保证精度，但因技术复杂性高的缘故，因此实施起来非常繁琐，病人在放疗过程中可能因多种不确定因素而接受到和处方剂量不相配的照射量。放射治疗前需要进行准确的剂量验证以判断放射治疗剂量的安全性，确定合理范围[1]。目前的剂量验证方法通常有模体内剂量实测、跳数的独立核对以及蒙特卡罗模拟方法。独立算法的剂量验证在简化操作的同时能够保证精确性，因此非常有必要。

2.基于修正方法的剂量验证

2.1 深度剂量·离轴比经验模型

常规治疗通常采用一维或二维表格表现射野的中心轴和离轴剂量的分布情况。早期的算法一般会表达为百分深度剂量及离轴比两个函数的积。然后经过发展，函数形式开始不断复杂并逐渐完善。但早期的算法虽然更容易理解，对很多条件也都进行了近似处理，但会对计算结果的精确度产生影响，不过由于其具有很高效率，因此方便了验证过程，如果按照以往的人工计算方法，早期验证方法较为适合。此外有研究通过内置早期计算模块的方式设计软件验证多种治疗计划的剂量范围，也充分证明了公式的可用性，并且通过现代化的科技提升了计算准确性[2]。由于独立MU算法验证过于浪费人力和时间成本，因此只要不会大幅度降低计算精度，通常都会将计算软件设计的简单易上手。

2.2 Clarkson积分模型

Clarkson积分模型是一种二维卷积模型的初始模型，通过散射概念计算任意点的剂量，此方法同样适用于不规则的剂量分布。此模型由Clarkson首次提出，其基本原理就是运用原射线和散射线模型，以计算点为圆心将不规则视野平均分成36个扇形分别进行处理。与之类似的是，在处理不规则视野时，也可以采用面积周长比法和Day法。根据计算结果的精确度，如果计算点在射野中心并且没有任何遮挡，则更倾向于考虑采用面积周长法；至于Day法和Clarkson积分法，两者原理相近因此结果精确度相差不大。

3.基于模型方法的剂量验证

3.1 基于点核和笔形束核的卷积/叠加

Boyer、Mok、Mohan等人在各自研究中都提出过类似的剂量计算模型，它们共同的原理都是运用点核和原射线在穿透人体组织过程中所需总能量进行卷积叠加计算，因此称为卷积叠加算法模型。卷积法能够很好地适应各种射野下的剂量计算，当点核相对于空间的位置不变时，还能够通过迅速FFT完成对卷积的加速。如果是针对患者的肺组织，FFT会比蒙特卡罗算法得到更高的剂量分布结果[3]。因此为了得到更准确的结果，通常会采用空间变化核进行叠加计算会更加合理，但相应的也会增加计算耗时。

3.2 蒙特卡罗模型

该方法基于随机数算法，此计算模型根据物理现象自身存在的规律，采用大统计量的统计实验或计算机随机模拟方法，每次的计算都需要至少模拟百万数量级的粒子，否则统计误差将难以满足要求。正因改算法在计算大数据方面所带来的复杂性，该模型的精确性很高，同时具有不可替代性。蒙特卡罗模型的计算原理在于，通过统计学模型模拟大量的光子传输过程中同物质的相互作用。因为蒙特卡罗模型只需要少量的近似情况就能准确地对放射物理过程进行建模，因此该方法也被公认为目前为止剂量验证精确度最高的计算模型。

4.独立算法验证在临床疗效QA中的应用

自临床上开始广泛应用调强技术之后，为确保调强放射治疗的射野输出剂量具有较高精确性，需要对放射治疗的剂量进行精确验证。虽然有很多计算模型都可以实现以剂量为基础的患者个体化QA，但个体的治疗计划验证需要做到简单且高效，QA工作量和患者的数量有直接关系，患者数量增加时QA工作量也随之增加[4]。医院是否能够为患者提供具有高效性的剂量验证设备和验证方法，对于放射治疗的效果会产生直接影响。患者的个体化QA应仅用于对严重错误的检查。也可以在患者治疗计划完成之后，进行3个阶段的检查：①负责计划设计的物理师应直接分析剂量分布的正确性；②采用独立计算机程序对所有射野的MU进行验算；③让具有丰富经验的物理师对所有资料进行核对。

5.结语

总结来看，在剂量验证计算过程中，采用修正方法较为简单，对于射野分布均匀的常规照射而言比较适用。但动态IMRT和VMAT技术的射野分布不均，剂量上存在很大梯度，单点或多点剂量验证无法准确判断照射剂量的准确性，则需要更加复杂的计算模型以验证。蒙特卡罗算法可以说涵盖所有放疗的剂量验证，精度很高，但计算耗时过长，因此在实际操作中，应根据不同模型的计算时间、精度以及软件性价比，选择合适的剂量验证模型。

[1]眭建锋,高留刚,倪昕晔等.调强放射治疗剂量验证工具与方法[J].国际生物医学工程杂志,2016,39(1):49-53.

[2]齐洪志,杨玉刚,郝洁等.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[J].中国医学装备,2017,14(2):15-17,18.

[3]丁艳秋,吴伟章,朱夫海等.ArcCHECK和EBT3胶片应用于螺旋断层放射治疗剂量验证的比较研究[J].中国医学装备,2015,(9):31-34,35.

[4]曹剑云.调强放射治疗剂量验证的发展[J].医学信息，2015,(31):346-347.