絕對劑量的偏移對MatriXX劑量驗證結(jié)果的影響

柏正璐,時飛躍,秦偉,蔣紅兵,2

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院(南京市第一醫(yī)院) a.醫(yī)療設(shè)備處;b.腫瘤放療科;江蘇 南京 210006;2.南京市衛(wèi)生信息中心,江蘇 南京 210003

絕對劑量的偏移對MatriXX劑量驗證結(jié)果的影響

柏正璐1a,時飛躍1b,秦偉1b,蔣紅兵1a,2

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院(南京市第一醫(yī)院) a.醫(yī)療設(shè)備處;b.腫瘤放療科;江蘇 南京 210006;2.南京市衛(wèi)生信息中心,江蘇 南京 210003

目的探討加速器絕對劑量的偏移對調(diào)強計劃射野的MatriXX劑量結(jié)果影響.方法選取24例宮頸癌患者調(diào)強計劃中機(jī)架角度為180°的射野(記為G180),生成驗證計劃,在Varian Clinac iX加速器上實施,使用二維電離室矩陣MatriXX進(jìn)行測量.通過OmniPro I'mRT軟件,模擬絕對劑量的偏移(記為d),d在-10%～10%取值,間隔1%,觀察相應(yīng)MatriXX劑量驗證結(jié)果變化.結(jié)果總體上看,絕對劑量向正負(fù)方向偏移時,Gamma通過率下降,平均Gamma值變大.本研究中,Gamma通過率的最大值并不在d=0處,而在d處于-3%～-1%之間;平均Gamma值最小點在d處于-3%～0之間.結(jié)論絕對劑量的偏移對調(diào)強計劃射野的MatriXX驗證結(jié)果有一定影響,在分析MatriXX劑量驗證結(jié)果時,應(yīng)將絕對劑量的偏移因素納入考慮中,同時在放療日常工作中,應(yīng)定期檢查校準(zhǔn)加速器的絕對劑量.

Gamma通過率;絕對劑量;劑量驗證;宮頸癌;調(diào)強放療

引言

調(diào)強放射治療(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)是現(xiàn)代放射治療的主要技術(shù)方式.理論上,放療物理師制定的治療計劃將會使腫瘤患者得到一個理想的劑量分布[1].但由于劑量計算中近似方法的采用,使得從CT數(shù)據(jù)獲得,到劑量計算結(jié)果輸出的每個步驟都存在著誤差,造成實際人體的劑量分布與治療計劃得到的劑量分布之間并不完全相符[2].如果這種偏離程度較大,將極有可能對療效產(chǎn)生影響.ICRU24號報告指出,quot;原發(fā)灶的根治劑量的精確性應(yīng)好于±5%quot;[3].因此,對于一個治療計劃,尤其是調(diào)強放療計劃,必須通過劑量驗證確保計劃劑量計算結(jié)果的準(zhǔn)確性.臨床上實施調(diào)強放療的關(guān)鍵是必需保證調(diào)強射野輸出劑量的準(zhǔn)確性,為保證這一技術(shù)臨床實施的安全和可靠,必須對逆向調(diào)強計劃進(jìn)行精心的設(shè)計與準(zhǔn)確的劑量學(xué)驗證[4].為了提高劑量驗證的準(zhǔn)確性和效率,各種新型的驗證設(shè)備不斷應(yīng)運而生.其中,二維電離室矩陣(MatriXX)以電離室作為測量元件,相比于半導(dǎo)體,MatriXX不需要用電離室測量做歸一標(biāo)定來確保測量結(jié)果的可靠性[5-6].MatriXX的密度接近水,內(nèi)含溫度氣壓傳感器,可實時測量溫度或氣壓并進(jìn)行修正,具有高效、穩(wěn)定、快捷等優(yōu)點,能直觀、準(zhǔn)確地反應(yīng)射野在不同照射條件下的二維劑量差異分布特點,越來越多地被臨床上所應(yīng)用[7].隨著加速器的長期使用,由于電子元器件老化、工作參數(shù)發(fā)生漂移等會導(dǎo)致絕對劑量的偏移[8].絕對劑量偏移會對二維劑量驗證結(jié)果產(chǎn)生影響,本工作研究了絕對劑量偏移對宮頸癌調(diào)強計劃射野的MatriXX二維劑量驗證結(jié)果的影響.

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

使用Varian Eclipse 8.6治療計劃系統(tǒng)進(jìn)行計劃設(shè)計;使用Varian Clinac iX直線加速器執(zhí)行驗證計劃,能量選擇6 MV X射線,主機(jī)劑量率為400 MU/min; IBA二維空氣電離室矩陣MatriXX系統(tǒng),包括硬件MatriXX探測平板和OmniPro I'mRT驗證軟件,分別用于射野二維劑量分布的測量和數(shù)據(jù)的Gamma分析.MatriXX探測平板由電離室陣列、控制器、信號處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等部分組成.在32X32的矩陣網(wǎng)格平板上均勻分布著1020個通氣電離室(網(wǎng)格陣列的4個角上各缺少1個電離室),有效測量面積24.4 cmX24.4 cm,每個電離室呈圓柱形,直徑4.5 mm,高5 mm,體積0.08 cm3,電離室中心之間的距離7.62 mm,有效測量點距表面3 mm[9].

1.2 方法

1.2.1 加速器劑量校準(zhǔn)

為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,在進(jìn)行實驗前,對加速器絕對劑量進(jìn)行校正,使用IBA DOSE 1劑量儀,FC65-G電離室和SP34固體水在標(biāo)準(zhǔn)條件下對6 MV能量進(jìn)行劑量輸出校準(zhǔn),即SSD=100.0 cm,參考射野10 cmX10 cm,將輸出量刻度成1 MU=1 cGy[10].

1.2.2 MatriXX的擺放

加速器機(jī)架角度設(shè)置為0°,根據(jù)MatriXX的標(biāo)記線,將其放置到等中心處,上面加上4.7 cm固體水材料.

1.2.3 驗證計劃設(shè)計及實施

選取24例宮頸癌患者調(diào)強治療計劃制作MatriXX驗證計劃,挑選機(jī)架角度為180°的射野(記為G180)進(jìn)行研究,使用Clinac iX直線加速器執(zhí)行計劃.測試中保持加速器和MatriXX位置不變,全批次驗證測試連續(xù)完成.以MatriXX測量得到的劑量分布作待比較劑量分布,以放射治療計劃計算得到的劑量分布作參考劑量分布.

1.2.4 絕對劑量偏移

使用OmniPro I'mRT軟件將待比較劑量分布與參考劑量分布進(jìn)行對比分析,得出劑量分布偏差,以間隔1%對待比較劑量分布分別模擬絕對劑量偏移(記為d),d在-10%～10%取值,觀察Gamma通過率及平均Gamma值的變化趨勢.

1.3 評價方法及指標(biāo)

Gamma指數(shù)分析是IMRT驗證中常用的分析方法,通過Gamma分析得到劑量驗證Ganma通過率[11-13].設(shè)置參數(shù)為:位置誤差lt;3 mm、劑量誤差lt;3%,閾值10%.

2 結(jié)果

本研究的MatriXX驗證結(jié)果,見圖1～2.圖1表示G180射野Gamma通過率的結(jié)果,圖2表示平均Gamma值的結(jié)果,圖1和圖2中不同數(shù)據(jù)連線代表不同患者的數(shù)據(jù).

圖1 G180射野MatriXX驗證的Gamma通過率隨絕對劑量偏移的變化

圖2 G180射野MatriXX驗證的平均Gamma值隨絕對劑量偏移的變化

實驗結(jié)果極值頻數(shù)的柱形統(tǒng)計圖(圖3),即24例患者G180射野Gamma通過率最大值所對應(yīng)的d值出現(xiàn)的次數(shù).

圖3 Gamma通過率最大值出現(xiàn)在某一點的次數(shù)統(tǒng)計

G180射野MatriXX驗證結(jié)果在不同d值處的Gamma通過率和平均Gamma值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差,見表1.

表1 G180射野MatriXX驗證結(jié)果在不同d值處的數(shù)據(jù)統(tǒng)計 (%)

3 討論

由表1、圖1和圖2的驗證結(jié)果顯示,總體上看,絕對劑量向正負(fù)方向偏移時,Gamma通過率下降,平均Gamma值增高,且Gamma通過率和平均Gamma值的標(biāo)準(zhǔn)差增大,波動情況較明顯.24例患者G180射野驗證結(jié)果的Gamma通過率在d=0處的均值為97.91%,接近100%.說明劑量驗證通過率很高,表明絕大部分平面劑量分布的計劃計算值和實際測量值之間、計劃計算劑量分布和實際測量劑量分布具有良好的一致性[2].

由圖3可見,24例患者Gamma通過率的最大值不在d=0處,而在d處于-3%～-1%之間,以d=-2%居多,平均Gamma值最小點在d處于-3%～0之間,以d=-2%和d=-1%居多,d=0處最小值點只占少數(shù).可見劑量驗證結(jié)果的理想值均不在絕對劑量偏移零點,而在加速器劑量稍負(fù)偏移的位置.

根據(jù)設(shè)置的評估標(biāo)準(zhǔn),從表1可看出,當(dāng)d處于-5%～2%范圍內(nèi),射野通過率的平均值gt;90%.由此可見:絕對劑量的相對偏移會影響Gamma通過率值,不過在較小的范圍內(nèi)偏移,整個射野的Gamma通過率仍gt;90%.而在絕對劑量負(fù)偏移稍低一點的情況下(d處于-3%～-1%之間),射野內(nèi)Gamma通過率的百分比反而高于偏移零點處的通過率值.實驗表明絕對劑量偏移向負(fù)方向運動,其Gamma通過率值比絕對劑量偏移向正方向移動的結(jié)果理想.但在這個范圍外,絕對劑量的正負(fù)偏移對射野Gamma通過率的影響表現(xiàn)為急劇下降.

研究中采取如下措施盡可能的避免干擾,確保數(shù)據(jù)結(jié)果可靠性:所有病例驗證計劃制作和數(shù)據(jù)導(dǎo)出遵循相同的技術(shù)模式和參數(shù)配置,采用同樣的幾何條件避免擺位因素干擾,測試一批次完成避免儀器漂移影響,Gamma分析數(shù)據(jù)處理采用同樣的方式[14].影響IMRT驗證通過率因素很多,如TPS加速器模型參數(shù)的準(zhǔn)確度、CT值的校正、MLC走位、射野的平坦度和對稱性、計劃輸出時計算網(wǎng)格的大小、分析方法的誤差閾值設(shè)定等同樣對調(diào)強驗證通過率產(chǎn)生重要影響[14].

本實驗充分說明了絕對劑量的偏移對劑量驗證結(jié)果的影響,在進(jìn)行劑量驗證時,除了考慮以上因素,還需將劑量偏移因素納入考慮.理想情況下,Gamma通過率最大值應(yīng)出現(xiàn)在絕對劑量偏移零點,而本實驗的劑量驗證理想值卻處于劑量稍負(fù)偏時.經(jīng)分析,計算劑量與測量劑量均不可排除會出現(xiàn)誤差.致使計算劑量出現(xiàn)誤差的原因有:計劃原始數(shù)據(jù)的誤差、計算劑量時的算法誤差[15].致使測量劑量出現(xiàn)誤差的原因有:某些電子元件過熱,控制電路老化導(dǎo)致工作參數(shù)的漂移,MLC運動到位精度偏差等引起的輸出量的誤差[16].針對這些原因,可以通過重新修正治療計劃系統(tǒng)里的原始數(shù)據(jù),如CT值與相對電子密度轉(zhuǎn)換曲線,提高劑量計算的準(zhǔn)確性;可以定期維修保養(yǎng)MLC,定期檢查加速器的劑量學(xué)特性,定期校準(zhǔn)照射病人的常用射線輸出量[17].而算法上的誤差暫時無法校正,有待進(jìn)一步的研究.

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本文編輯 袁雋玲

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

南京市醫(yī)學(xué)科技發(fā)展資金quot;青年工程quot;人才培養(yǎng)專項經(jīng)費資助(QRX11033).

蔣紅兵,高級工程師,主要從事醫(yī)療設(shè)備、生物醫(yī)學(xué)電子研究.

通訊作者郵箱:cmdjhb@126.com