動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療滑窗技術(shù)的劑量和機(jī)械穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張國(guó)前，張書(shū)旭，韓鵬慧

1.廣州醫(yī)學(xué)院 研究生學(xué)院，廣東 廣州510182；2.廣州醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療中心 廣東 廣州 510095

動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療滑窗技術(shù)的劑量和機(jī)械穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

張國(guó)前1，張書(shū)旭2，韓鵬慧1

1.廣州醫(yī)學(xué)院 研究生學(xué)院，廣東 廣州510182；2.廣州醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療中心 廣東 廣州 510095

目的 利用二維電離室矩陣和動(dòng)態(tài)治療日志文件，評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器（MLC）滑窗技術(shù)的劑量學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械精度。方法 基于滑窗技術(shù)設(shè)計(jì)5種動(dòng)態(tài)射野A、B、C、D、E，重復(fù)按照5種射野對(duì)二維電離室矩陣 MatriXX進(jìn)行照射并分別記錄其動(dòng)態(tài)日志文件，對(duì)12次的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果 各相應(yīng)照射野等中心點(diǎn)劑量重復(fù)性分別為±1.49%、±1.12%、±1.12%、±1.07%、±1.07%，最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為±1.47，γ分析通過(guò)率（3%/3mm）均為100%；動(dòng)態(tài)治療日志文件顯示所有葉片定位誤差均<0.05cm，定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差均值分別為0.0365、0.038、0.038、0.035、0.026cm。結(jié)論 本實(shí)驗(yàn)中動(dòng)態(tài)MLC劑量學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械精度滿足治療要求，本方法簡(jiǎn)單方便，可作為常規(guī)MLC質(zhì)量保證程序的補(bǔ)充。

直線加速器；多葉準(zhǔn)直器；滑窗技術(shù)；劑量?jī)x；調(diào)強(qiáng)放療

隨著放療技術(shù)的不斷發(fā)展，以多葉準(zhǔn)直器（multi-leaf collimator，MLC）為基礎(chǔ)的調(diào)強(qiáng)放療（intensity modulated radiation therapty，IMRT）具有靶區(qū)適形度高、周圍危及器官受量少等優(yōu)點(diǎn)，已被越來(lái)越多的醫(yī)療中心所采用。靜態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)利用MLC形成的多個(gè)靜態(tài)子野進(jìn)行分步照射（step& shoot），而動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)技術(shù)，則是在射線輸出過(guò)程中計(jì)算機(jī)控制的多葉準(zhǔn)直器葉片以相同或不同的速度不斷地運(yùn)動(dòng)，即采用滑窗技術(shù)（sliding window technique）實(shí)現(xiàn)對(duì)射野強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。動(dòng)態(tài)MLC葉片的定位精度、運(yùn)動(dòng)速度對(duì)射線輸出的穩(wěn)定性和靶區(qū)及危及器官的劑量分布具有非常重要的影響，有數(shù)據(jù)顯示：在靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放療中±0.2mm的葉片位置誤差可以引起大約3%的劑量學(xué)改變[1]；而在動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放療中對(duì)葉片的定位誤差則要求減少到靜態(tài)調(diào)強(qiáng)的1/2[2]。如何有效地進(jìn)行質(zhì)量保證（quality assurance，QA）和質(zhì)量控制（quality control，QC）工作，監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)MLC的劑量和機(jī)械穩(wěn)定性，一直是廣大放射物理工作者關(guān)注的問(wèn)題。本研究通過(guò)一種簡(jiǎn)單的質(zhì)控方法對(duì)基于滑窗技術(shù)的動(dòng)態(tài)MLC進(jìn)行定期地測(cè)試，以評(píng)價(jià)其劑量和機(jī)械的穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備材料

實(shí)驗(yàn)采用Varian Clinac 23EX直線加速器6MV X射線，加速器內(nèi)置Millennium MLC共120條葉片，中間80條的每條葉片在等中心平面投影寬0.5cm，兩旁各20條，每條葉片在等中心平面投影寬1.0cm，最大射野40cm×40cm。電離室矩陣采用IBA公司生產(chǎn)的二維空氣電離室矩陣MatriXX系統(tǒng)，由1020個(gè)空氣電離室組成，每個(gè)電離室外徑4.5mm、高5mm，其靈敏體積為0.07cm3，所有電離室等間距排成32×32矩陣形式（4個(gè)角上各缺少1個(gè)電離室），相鄰電離室中心距離7.62mm，有效測(cè)量范圍24cm×24cm。IBA公司生產(chǎn)的固體水模塊（RW3，物理密度1.045g/cm3），厚度分別為lmm、2mm、5mm、10mm若干塊，其大小為20cm×20cm。中國(guó)劑量測(cè)試研究院生產(chǎn)的Farmer 0.6 cm指形電離室、9606型劑量?jī)x和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試水箱。

1.2 儀器準(zhǔn)備

每次測(cè)量前首先用指形電離室對(duì)加速器進(jìn)行劑量校正，SSD=100cm，深度d=5cm處計(jì)量為100MU=100cGy，并保證其出束偏差在1%以內(nèi)。再對(duì)二維電離室矩陣進(jìn)行刻度，保證電離室矩陣測(cè)量吸收劑量的準(zhǔn)確性。將二維電離室矩陣有效測(cè)量平面置于等中心平面，上面加4.7cm的RW3固體水，將SSD設(shè)為95cm，加上電離室矩陣固有的3mm參考深度，則SDD=100cm，設(shè)置一個(gè)10cm×10cm大小的射野，重復(fù)出束10次，100MU/次，比較每次中心參考電離室測(cè)得的劑量，結(jié)果顯示重復(fù)性最大偏差<0.5%，標(biāo)準(zhǔn)偏差<0.2%，滿足測(cè)量精度要求。

1.3 方案設(shè)計(jì)

利用Varian自帶的MLC葉片設(shè)計(jì)軟件shaper（version 6.2）分別設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)射野A、B、C、D、E。為評(píng)價(jià)所有葉片的運(yùn)動(dòng)性能，射野A、B、C、D的MLC中間40對(duì)葉片全部以相同寬度的間隙和速度由X1向X2方向滑動(dòng)，間隙寬分別設(shè)計(jì)為1mm，5mm，10mm，20mm，準(zhǔn)直器15cm×20cm，最終分別形成15cm×20cm射野（圖1（a））。為評(píng)價(jià)部分葉片的分次運(yùn)動(dòng)性能，射野E中間24對(duì)葉片每4對(duì)為一組，每組相對(duì)葉片均以10mm的間隙和相同的速度由X1向X2方向滑動(dòng)15cm，一組葉片滑動(dòng)結(jié)束相鄰葉片組緊接著開(kāi)始滑動(dòng)，由Y2向Y1方向各組依次進(jìn)行，最終形成16cm×12cm射野（圖1（b））。為避免相鄰葉片間漏射線的影響，各組葉片運(yùn)行時(shí)準(zhǔn)直器大小均為16cm×2cm。將二維電離室矩陣有效測(cè)量平面置于加速器等中心平面，上面加4.7cm的RW3固體水，將SSD設(shè)為95cm，則SDD=100cm。在保證精確擺位的基礎(chǔ)上分別按照5種動(dòng)態(tài)射野在加速器上對(duì)MatriXX進(jìn)行照射，機(jī)架角度為0°、準(zhǔn)直器角度0°，射野A、B、C、D跳數(shù)均設(shè)為100MU；射野E每組100MU，共600MU，劑量率均為300MU/min。第1次測(cè)量前由瓦里安公司工程師對(duì)MLC葉片滑動(dòng)速度及定位精度進(jìn)行設(shè)置和校準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用OmniPro I'mRT劑量軟件對(duì)得到的劑量學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為評(píng)價(jià)點(diǎn)劑量的穩(wěn)定性，比較各照射野每次測(cè)得的等中心點(diǎn)劑量，計(jì)算12次測(cè)量數(shù)據(jù)各照射野等中心點(diǎn)劑量所有測(cè)量值的重復(fù)性及標(biāo)準(zhǔn)差。為評(píng)價(jià)等中心平面的劑量穩(wěn)定性，將后11次測(cè)量得到的通量圖分別與第1次多葉準(zhǔn)直器葉片定位精度校準(zhǔn)后得到的通量圖進(jìn)行Gamma分析，劑量誤差標(biāo)準(zhǔn)和距離誤差標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為3%/3mm。重復(fù)性計(jì)算公式如下：

式中Ri為第i次測(cè)量值與第1次測(cè)量值的比值，為n次比值的平均，n=12。

利用Dynalog File Viewer（Version 7.0）軟件檢查各射野每次測(cè)量得到的動(dòng)態(tài)日志文件，通過(guò)分析葉片定位誤差標(biāo)準(zhǔn)差和誤差數(shù)據(jù)及直方圖評(píng)價(jià)葉片的機(jī)械穩(wěn)定性。

2 結(jié)果

圖2、圖3分別為電離室矩陣MatriXX和動(dòng)態(tài)日志文件得到的結(jié)果，通過(guò)分析所有測(cè)得的數(shù)據(jù)得到的劑量學(xué)及葉片誤差結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 不同射野測(cè)量分析結(jié)果

圖2 各照射野第1次測(cè)量得到的等中心平面的離軸比曲線

圖3 射野A第1次測(cè)量得出的A面及B面中間40對(duì)葉片誤差標(biāo)準(zhǔn)差曲線

表1中顯示兩種方案各照射野等中心點(diǎn)劑量重復(fù)性最大偏差±1.49 %，最大標(biāo)準(zhǔn)偏差±1.47%。另外，OmniPro I'mRT劑量軟件得出γ分析通過(guò)率均為100%，調(diào)強(qiáng)放射治療中對(duì)葉片到位精度的偏差限定一般為±1.0mm，動(dòng)態(tài)日志文件顯示所有葉片定位誤差均<0.5mm，定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差（root mean square，RMS）均小于0.038。本實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)MLC劑量學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械精度滿足治療要求。

3 討論

常規(guī)MLC的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作包括MLC葉片的到位精度檢查，照射野和燈光野、MLC旋轉(zhuǎn)中心軸和線束中心軸的符合性，相鄰葉片、相對(duì)葉片間的漏射，準(zhǔn)直器散射因子和MLC射野平坦度隨機(jī)器跳數(shù)的變化等內(nèi)容[3]。然而這些內(nèi)容在檢測(cè)基于滑窗技術(shù)的動(dòng)態(tài)多葉準(zhǔn)直器葉片的運(yùn)動(dòng)性能方面的作用是有限的。IMRT治療時(shí)為保護(hù)重要器官而要求比常規(guī)放療有更大的劑量梯度，某些時(shí)候甚至?xí)_(dá)到每毫米10%～15%。葉片的到位精度和葉片運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性等直接影響各個(gè)射野或線束在靶區(qū)內(nèi)形成的劑量強(qiáng)度分布，而且由于機(jī)器出束時(shí)間大大多于常規(guī)放療，相鄰葉片間和相對(duì)葉片合攏時(shí)端面間的漏射線劑量將會(huì)對(duì)最終的劑量分布產(chǎn)生更大的影響，因而，對(duì)MLC的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作提出了更高的要求。

國(guó)外一些放療中心根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)動(dòng)態(tài)MLC的測(cè)試和質(zhì)控工作進(jìn)行了報(bào)道[4-6]，主要內(nèi)容分為2個(gè)方面。①機(jī)械精度檢查：包括動(dòng)態(tài)MLC的定位精度[7]；葉片速度和加速度的穩(wěn)定性；不同機(jī)架角度對(duì)定位精度和速度的影響[8]，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試射野評(píng)估。② 劑量學(xué)檢查：包括不同寬度“間隙掃描（Sweeping Gap）”的輸出穩(wěn)定性；葉片劑量間隙（Dosimetric Leaf Separation，DLS）的測(cè)定；調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的驗(yàn)證等。

對(duì)于葉片的定位精度，通常采用“籬笆式”和“柵欄式”葉片位置模式利用膠片進(jìn)行測(cè)量，誤差精度可達(dá)到0.1mm。與膠片法相比，電子射野影像系統(tǒng)因監(jiān)測(cè)速度快、影響因素少等優(yōu)勢(shì)也有較多應(yīng)用。對(duì)于二維電離室矩陣，由于探測(cè)器本身的幾何尺寸及電離室中心的幾何間距（10mm PTW seven29，7.619mm IBA MatriXX）屬于間斷探測(cè)方式，在檢測(cè)葉片定位精度方面具有一定的局限性。Varian動(dòng)態(tài)治療日志文件可以每隔50ms記錄葉片瞬時(shí)位置并與計(jì)劃位置進(jìn)行比較得出誤差值[10]，與膠片或電子射野影像系統(tǒng)相比，動(dòng)態(tài)治療日志文件能夠反映準(zhǔn)直器葉片的細(xì)微偏差，使工作人員可以方便快速的對(duì)葉片到位的準(zhǔn)確性和重復(fù)性作出判斷，及時(shí)對(duì)誤差較大的治療作出相應(yīng)的調(diào)整。對(duì)于劑量學(xué)監(jiān)測(cè)，二維電離室矩陣信號(hào)采樣時(shí)間短（50ms），具有點(diǎn)劑量和二維劑量分布實(shí)時(shí)在線測(cè)量的能力，能量響應(yīng)和劑量線性好，簡(jiǎn)便、高效[11]，較其他手段具有明顯優(yōu)勢(shì)。

而國(guó)內(nèi)學(xué)者分別應(yīng)用慢感光膠片[12]、二維電離室矩陣[13]及動(dòng)態(tài)葉片日志文件[14]等，對(duì)MLC的定位精度及機(jī)架角度對(duì)葉片定位誤差的影響方面進(jìn)行了研究，但在葉片速度及劑量學(xué)的其他質(zhì)控方面的報(bào)道仍較少見(jiàn)。實(shí)際工作中，由于動(dòng)態(tài)葉片的測(cè)試內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜，在動(dòng)態(tài)MLC的質(zhì)量保證工作方面目前尚無(wú)嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于調(diào)強(qiáng)放射治療，主要的質(zhì)控工作仍然集中在放療計(jì)劃的驗(yàn)證方面，通過(guò)治療前的劑量驗(yàn)證來(lái)確認(rèn)計(jì)劃的可行性和劑量的準(zhǔn)確性。本研究從一個(gè)側(cè)面反映了我放療中心動(dòng)態(tài)MLC的劑量學(xué)及機(jī)械穩(wěn)定性，可作為常規(guī)MLC質(zhì)量保證程序的補(bǔ)充，并在調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的驗(yàn)證之前作為MLC運(yùn)動(dòng)性能的評(píng)價(jià)手段?？傊琈LC的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制是正確執(zhí)行治療的重要保證，應(yīng)根據(jù)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直器的特點(diǎn)和要求，綜合利用各種工具，逐漸完善并形成一套合理的制度，以確保治療的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

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Dosimetric and Mechanical Accuracy Estimation of Sliding Window in Dynamic Intensity-modulated Radiotherapy

ZHANG Guo-qian1,ZHANG Shu-xu2,HAN Peng-hui1
1.Graduate Institute, Guangzhou Medical College, Guangzhou Guangdong 510182,China;2.Radiotherapy Department,Affiliated Tumour Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou Guangdong 510095, China

Objective We estimated dosimetric and mechanical accuracy of sliding window in dynamic intensity-modulated radiotherapy with a 2D diode array and dynalog file. Methods Five kinds of MLC format files based on sliding window technique were designed. 2D array of MatriXX was radiated in the linac and dynalog files were generated twelve times. Measured data was analyzed. Results All the repeatability errors of isocenter point dose of every fields were±1.49%, ±1.12%, ±1.12%, ±1.07%, ±1.07%,respectively. The maximum of relative standard deviations were±1.47. All of γ- analyze pass rates were 100%. Dynalog file indicated that all leaf deviations were less than 0.5mm. The averages of errors RMS were 0.0365, 0.038, 0.038, 0.035, 0.026cm, respectively. Conclusion The result of the present work reveals the ideal functioning of the linac for dynamic dose delivery. This method is simple and convenient, which can be introduced into routine QA procedure for MLC.

linear accelerator; multi-leaf collimator; sliding window technique; dosimeter; intensitymodulated radiotherapy therapty

TL53；R730.55

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.005

1674-1633(2011)10-0021-04

2011-05-15

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010B031600146）；廣州醫(yī)學(xué)院博士留學(xué)回國(guó)人員基金項(xiàng)目（2010-1-11）。

張書(shū)旭，博士，主任技師，碩士生導(dǎo)師。

通訊作者郵箱：gthzsx@163.com