放射治療的計(jì)劃系統(tǒng)獨(dú)立劑量驗(yàn)證發(fā)展研究

玉貴永

（桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放療科 廣西 桂林 541001）

目前，放射治療技術(shù)正廣泛應(yīng)用于腫瘤治療中，隨著調(diào)強(qiáng)放療和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)的深入應(yīng)用，放療效果得到明顯提高，但由此帶來(lái)了治療前劑量驗(yàn)證復(fù)雜性的提升，從而降低了驗(yàn)證效率。臨床常規(guī)照射和三維適形放療劑量的計(jì)算及實(shí)現(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單，僅通過(guò)手工核對(duì)方法就能夠進(jìn)行劑量驗(yàn)證；但對(duì)于調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)而言，目前需要采用模體實(shí)測(cè)方法驗(yàn)證，雖然具備了精確性，但卻極大地增加了消耗，效率較低。

1.獨(dú)立計(jì)量驗(yàn)證的必要性

放射治療需要盡可能提升治療的增益比，就目前而言，IMRT和VMAT技術(shù)雖然已經(jīng)能夠在較高程度上保證精度，但因技術(shù)復(fù)雜性高的緣故，因此實(shí)施起來(lái)非常繁瑣，病人在放療過(guò)程中可能因多種不確定因素而接受到和處方劑量不相配的照射量。放射治療前需要進(jìn)行準(zhǔn)確的劑量驗(yàn)證以判斷放射治療劑量的安全性，確定合理范圍[1]。目前的劑量驗(yàn)證方法通常有模體內(nèi)劑量實(shí)測(cè)、跳數(shù)的獨(dú)立核對(duì)以及蒙特卡羅模擬方法。獨(dú)立算法的劑量驗(yàn)證在簡(jiǎn)化操作的同時(shí)能夠保證精確性，因此非常有必要。

2.基于修正方法的劑量驗(yàn)證

2.1 深度劑量·離軸比經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

常規(guī)治療通常采用一維或二維表格表現(xiàn)射野的中心軸和離軸劑量的分布情況。早期的算法一般會(huì)表達(dá)為百分深度劑量及離軸比兩個(gè)函數(shù)的積。然后經(jīng)過(guò)發(fā)展，函數(shù)形式開(kāi)始不斷復(fù)雜并逐漸完善。但早期的算法雖然更容易理解，對(duì)很多條件也都進(jìn)行了近似處理，但會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確度產(chǎn)生影響，不過(guò)由于其具有很高效率，因此方便了驗(yàn)證過(guò)程，如果按照以往的人工計(jì)算方法，早期驗(yàn)證方法較為適合。此外有研究通過(guò)內(nèi)置早期計(jì)算模塊的方式設(shè)計(jì)軟件驗(yàn)證多種治療計(jì)劃的劑量范圍，也充分證明了公式的可用性，并且通過(guò)現(xiàn)代化的科技提升了計(jì)算準(zhǔn)確性[2]。由于獨(dú)立MU算法驗(yàn)證過(guò)于浪費(fèi)人力和時(shí)間成本，因此只要不會(huì)大幅度降低計(jì)算精度，通常都會(huì)將計(jì)算軟件設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單易上手。

2.2 Clarkson積分模型

Clarkson積分模型是一種二維卷積模型的初始模型，通過(guò)散射概念計(jì)算任意點(diǎn)的劑量，此方法同樣適用于不規(guī)則的劑量分布。此模型由Clarkson首次提出，其基本原理就是運(yùn)用原射線和散射線模型，以計(jì)算點(diǎn)為圓心將不規(guī)則視野平均分成36個(gè)扇形分別進(jìn)行處理。與之類似的是，在處理不規(guī)則視野時(shí)，也可以采用面積周長(zhǎng)比法和Day法。根據(jù)計(jì)算結(jié)果的精確度，如果計(jì)算點(diǎn)在射野中心并且沒(méi)有任何遮擋，則更傾向于考慮采用面積周長(zhǎng)法；至于Day法和Clarkson積分法，兩者原理相近因此結(jié)果精確度相差不大。

3.基于模型方法的劑量驗(yàn)證

3.1 基于點(diǎn)核和筆形束核的卷積/疊加

Boyer、Mok、Mohan等人在各自研究中都提出過(guò)類似的劑量計(jì)算模型，它們共同的原理都是運(yùn)用點(diǎn)核和原射線在穿透人體組織過(guò)程中所需總能量進(jìn)行卷積疊加計(jì)算，因此稱為卷積疊加算法模型。卷積法能夠很好地適應(yīng)各種射野下的劑量計(jì)算，當(dāng)點(diǎn)核相對(duì)于空間的位置不變時(shí)，還能夠通過(guò)迅速FFT完成對(duì)卷積的加速。如果是針對(duì)患者的肺組織，F(xiàn)FT會(huì)比蒙特卡羅算法得到更高的劑量分布結(jié)果[3]。因此為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，通常會(huì)采用空間變化核進(jìn)行疊加計(jì)算會(huì)更加合理，但相應(yīng)的也會(huì)增加計(jì)算耗時(shí)。

3.2 蒙特卡羅模型

該方法基于隨機(jī)數(shù)算法，此計(jì)算模型根據(jù)物理現(xiàn)象自身存在的規(guī)律，采用大統(tǒng)計(jì)量的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)隨機(jī)模擬方法，每次的計(jì)算都需要至少模擬百萬(wàn)數(shù)量級(jí)的粒子，否則統(tǒng)計(jì)誤差將難以滿足要求。正因改算法在計(jì)算大數(shù)據(jù)方面所帶來(lái)的復(fù)雜性，該模型的精確性很高，同時(shí)具有不可替代性。蒙特卡羅模型的計(jì)算原理在于，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型模擬大量的光子傳輸過(guò)程中同物質(zhì)的相互作用。因?yàn)槊商乜_模型只需要少量的近似情況就能準(zhǔn)確地對(duì)放射物理過(guò)程進(jìn)行建模，因此該方法也被公認(rèn)為目前為止劑量驗(yàn)證精確度最高的計(jì)算模型。

4.獨(dú)立算法驗(yàn)證在臨床療效QA中的應(yīng)用

自臨床上開(kāi)始廣泛應(yīng)用調(diào)強(qiáng)技術(shù)之后，為確保調(diào)強(qiáng)放射治療的射野輸出劑量具有較高精確性，需要對(duì)放射治療的劑量進(jìn)行精確驗(yàn)證。雖然有很多計(jì)算模型都可以實(shí)現(xiàn)以劑量為基礎(chǔ)的患者個(gè)體化QA，但個(gè)體的治療計(jì)劃驗(yàn)證需要做到簡(jiǎn)單且高效，QA工作量和患者的數(shù)量有直接關(guān)系，患者數(shù)量增加時(shí)QA工作量也隨之增加[4]。醫(yī)院是否能夠?yàn)榛颊咛峁┚哂懈咝缘膭┝框?yàn)證設(shè)備和驗(yàn)證方法，對(duì)于放射治療的效果會(huì)產(chǎn)生直接影響。患者的個(gè)體化QA應(yīng)僅用于對(duì)嚴(yán)重錯(cuò)誤的檢查。也可以在患者治療計(jì)劃完成之后，進(jìn)行3個(gè)階段的檢查：①負(fù)責(zé)計(jì)劃設(shè)計(jì)的物理師應(yīng)直接分析劑量分布的正確性；②采用獨(dú)立計(jì)算機(jī)程序?qū)λ猩湟暗腗U進(jìn)行驗(yàn)算；③讓具有豐富經(jīng)驗(yàn)的物理師對(duì)所有資料進(jìn)行核對(duì)。

5.結(jié)語(yǔ)

總結(jié)來(lái)看，在劑量驗(yàn)證計(jì)算過(guò)程中，采用修正方法較為簡(jiǎn)單，對(duì)于射野分布均勻的常規(guī)照射而言比較適用。但動(dòng)態(tài)IMRT和VMAT技術(shù)的射野分布不均，劑量上存在很大梯度，單點(diǎn)或多點(diǎn)劑量驗(yàn)證無(wú)法準(zhǔn)確判斷照射劑量的準(zhǔn)確性，則需要更加復(fù)雜的計(jì)算模型以驗(yàn)證。蒙特卡羅算法可以說(shuō)涵蓋所有放療的劑量驗(yàn)證，精度很高，但計(jì)算耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，因此在實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)不同模型的計(jì)算時(shí)間、精度以及軟件性價(jià)比，選擇合適的劑量驗(yàn)證模型。

[1]眭建鋒,高留剛,倪昕曄等.調(diào)強(qiáng)放射治療劑量驗(yàn)證工具與方法[J].國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程雜志,2016,39(1):49-53.

[2]齊洪志,楊玉剛,郝潔等.二維半導(dǎo)體電離室矩陣在食管癌調(diào)強(qiáng)放射治療劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2017,14(2):15-17,18.

[3]丁艷秋,吳偉章,朱夫海等.ArcCHECK和EBT3膠片應(yīng)用于螺旋斷層放射治療劑量驗(yàn)證的比較研究[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2015,(9):31-34,35.

[4]曹劍云.調(diào)強(qiáng)放射治療劑量驗(yàn)證的發(fā)展[J].醫(yī)學(xué)信息，2015,(31):346-347.