動態調強放射治療滑窗技術的劑量和機械穩定性評價

張國前，張書旭，韓鵬慧

1.廣州醫學院 研究生學院，廣東 廣州510182；2.廣州醫學院附屬腫瘤醫院放療中心 廣東 廣州 510095

動態調強放射治療滑窗技術的劑量和機械穩定性評價

張國前1，張書旭2，韓鵬慧1

1.廣州醫學院 研究生學院，廣東 廣州510182；2.廣州醫學院附屬腫瘤醫院放療中心 廣東 廣州 510095

目的 利用二維電離室矩陣和動態治療日志文件，評價動態多葉準直器（MLC）滑窗技術的劑量學穩定性和機械精度。方法 基于滑窗技術設計5種動態射野A、B、C、D、E，重復按照5種射野對二維電離室矩陣 MatriXX進行照射并分別記錄其動態日志文件，對12次的測量數據進行統計分析。結果 各相應照射野等中心點劑量重復性分別為±1.49%、±1.12%、±1.12%、±1.07%、±1.07%，最大相對標準偏差為±1.47，γ分析通過率（3%/3mm）均為100%；動態治療日志文件顯示所有葉片定位誤差均<0.05cm，定位誤差的標準差均值分別為0.0365、0.038、0.038、0.035、0.026cm。結論 本實驗中動態MLC劑量學穩定性和機械精度滿足治療要求，本方法簡單方便，可作為常規MLC質量保證程序的補充。

直線加速器；多葉準直器；滑窗技術；劑量儀；調強放療

隨著放療技術的不斷發展，以多葉準直器（multi-leaf collimator，MLC）為基礎的調強放療（intensity modulated radiation therapty，IMRT）具有靶區適形度高、周圍危及器官受量少等優點，已被越來越多的醫療中心所采用。靜態調強技術利用MLC形成的多個靜態子野進行分步照射（step& shoot），而動態調強技術，則是在射線輸出過程中計算機控制的多葉準直器葉片以相同或不同的速度不斷地運動，即采用滑窗技術（sliding window technique）實現對射野強度的調節。動態MLC葉片的定位精度、運動速度對射線輸出的穩定性和靶區及危及器官的劑量分布具有非常重要的影響，有數據顯示：在靜態調強放療中±0.2mm的葉片位置誤差可以引起大約3%的劑量學改變[1]；而在動態調強放療中對葉片的定位誤差則要求減少到靜態調強的1/2[2]。如何有效地進行質量保證（quality assurance，QA）和質量控制（quality control，QC）工作，監測動態MLC的劑量和機械穩定性，一直是廣大放射物理工作者關注的問題。本研究通過一種簡單的質控方法對基于滑窗技術的動態MLC進行定期地測試，以評價其劑量和機械的穩定性。

1 材料與方法

1.1 設備材料

實驗采用Varian Clinac 23EX直線加速器6MV X射線，加速器內置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公司生產的二維空氣電離室矩陣MatriXX系統，由1020個空氣電離室組成，每個電離室外徑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個角上各缺少1個電離室），相鄰電離室中心距離7.62mm，有效測量范圍24cm×24cm。IBA公司生產的固體水模塊（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。中國劑量測試研究院生產的Farmer 0.6 cm指形電離室、9606型劑量儀和標準測試水箱。

1.2 儀器準備

每次測量前首先用指形電離室對加速器進行劑量校正，SSD=100cm，深度d=5cm處計量為100MU=100cGy，并保證其出束偏差在1%以內。再對二維電離室矩陣進行刻度，保證電離室矩陣測量吸收劑量的準確性。將二維電離室矩陣有效測量平面置于等中心平面，上面加4.7cm的RW3固體水，將SSD設為95cm，加上電離室矩陣固有的3mm參考深度，則SDD=100cm，設置一個10cm×10cm大小的射野，重復出束10次，100MU/次，比較每次中心參考電離室測得的劑量，結果顯示重復性最大偏差<0.5%，標準偏差<0.2%，滿足測量精度要求。

1.3 方案設計

利用Varian自帶的MLC葉片設計軟件shaper（version 6.2）分別設計動態射野A、B、C、D、E。為評價所有葉片的運動性能，射野A、B、C、D的MLC中間40對葉片全部以相同寬度的間隙和速度由X1向X2方向滑動，間隙寬分別設計為1mm，5mm，10mm，20mm，準直器15cm×20cm，最終分別形成15cm×20cm射野（圖1（a））。為評價部分葉片的分次運動性能，射野E中間24對葉片每4對為一組，每組相對葉片均以10mm的間隙和相同的速度由X1向X2方向滑動15cm，一組葉片滑動結束相鄰葉片組緊接著開始滑動，由Y2向Y1方向各組依次進行，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，各組葉片運行時準直器大小均為16cm×2cm。將二維電離室矩陣有效測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設為95cm，則SDD=100cm。在保證精確擺位的基礎上分別按照5種動態射野在加速器上對MatriXX進行照射，機架角度為0°、準直器角度0°，射野A、B、C、D跳數均設為100MU；射野E每組100MU，共600MU，劑量率均為300MU/min。第1次測量前由瓦里安公司工程師對MLC葉片滑動速度及定位精度進行設置和校準。

1.4 數據分析

利用OmniPro I'mRT劑量軟件對得到的劑量學數據進行分析，為評價點劑量的穩定性，比較各照射野每次測得的等中心點劑量，計算12次測量數據各照射野等中心點劑量所有測量值的重復性及標準差。為評價等中心平面的劑量穩定性，將后11次測量得到的通量圖分別與第1次多葉準直器葉片定位精度校準后得到的通量圖進行Gamma分析，劑量誤差標準和距離誤差標準設置為3%/3mm。重復性計算公式如下：

式中Ri為第i次測量值與第1次測量值的比值，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量得到的動態日志文件，通過分析葉片定位誤差標準差和誤差數據及直方圖評價葉片的機械穩定性。

2 結果

圖2、圖3分別為電離室矩陣MatriXX和動態日志文件得到的結果，通過分析所有測得的數據得到的劑量學及葉片誤差結果，見表1。

表1 不同射野測量分析結果

圖2 各照射野第1次測量得到的等中心平面的離軸比曲線

圖3 射野A第1次測量得出的A面及B面中間40對葉片誤差標準差曲線

表1中顯示兩種方案各照射野等中心點劑量重復性最大偏差±1.49 %，最大標準偏差±1.47%。另外，OmniPro I'mRT劑量軟件得出γ分析通過率均為100%，調強放射治療中對葉片到位精度的偏差限定一般為±1.0mm，動態日志文件顯示所有葉片定位誤差均<0.5mm，定位誤差的標準差（root mean square，RMS）均小于0.038。本實驗動態MLC劑量學穩定性和機械精度滿足治療要求。

3 討論

常規MLC的質量保證和質量控制工作包括MLC葉片的到位精度檢查，照射野和燈光野、MLC旋轉中心軸和線束中心軸的符合性，相鄰葉片、相對葉片間的漏射，準直器散射因子和MLC射野平坦度隨機器跳數的變化等內容[3]。然而這些內容在檢測基于滑窗技術的動態多葉準直器葉片的運動性能方面的作用是有限的。IMRT治療時為保護重要器官而要求比常規放療有更大的劑量梯度，某些時候甚至會達到每毫米10%～15%。葉片的到位精度和葉片運動速度的穩定性等直接影響各個射野或線束在靶區內形成的劑量強度分布，而且由于機器出束時間大大多于常規放療，相鄰葉片間和相對葉片合攏時端面間的漏射線劑量將會對最終的劑量分布產生更大的影響，因而，對MLC的質量保證和質量控制工作提出了更高的要求。

國外一些放療中心根據自己的經驗對動態MLC的測試和質控工作進行了報道[4-6]，主要內容分為2個方面。①機械精度檢查：包括動態MLC的定位精度[7]；葉片速度和加速度的穩定性；不同機架角度對定位精度和速度的影響[8]，標準測試射野評估。② 劑量學檢查：包括不同寬度“間隙掃描（Sweeping Gap）”的輸出穩定性；葉片劑量間隙（Dosimetric Leaf Separation，DLS）的測定；調強計劃的驗證等。

對于葉片的定位精度，通常采用“籬笆式”和“柵欄式”葉片位置模式利用膠片進行測量，誤差精度可達到0.1mm。與膠片法相比，電子射野影像系統因監測速度快、影響因素少等優勢也有較多應用。對于二維電離室矩陣，由于探測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）屬于間斷探測方式，在檢測葉片定位精度方面具有一定的局限性。Varian動態治療日志文件可以每隔50ms記錄葉片瞬時位置并與計劃位置進行比較得出誤差值[10]，與膠片或電子射野影像系統相比，動態治療日志文件能夠反映準直器葉片的細微偏差，使工作人員可以方便快速的對葉片到位的準確性和重復性作出判斷，及時對誤差較大的治療作出相應的調整。對于劑量學監測，二維電離室矩陣信號采樣時間短（50ms），具有點劑量和二維劑量分布實時在線測量的能力，能量響應和劑量線性好，簡便、高效[11]，較其他手段具有明顯優勢。

而國內學者分別應用慢感光膠片[12]、二維電離室矩陣[13]及動態葉片日志文件[14]等，對MLC的定位精度及機架角度對葉片定位誤差的影響方面進行了研究，但在葉片速度及劑量學的其他質控方面的報道仍較少見。實際工作中，由于動態葉片的測試內容相對復雜，在動態MLC的質量保證工作方面目前尚無嚴格統一的標準，對于調強放射治療，主要的質控工作仍然集中在放療計劃的驗證方面，通過治療前的劑量驗證來確認計劃的可行性和劑量的準確性。本研究從一個側面反映了我放療中心動態MLC的劑量學及機械穩定性，可作為常規MLC質量保證程序的補充，并在調強放射治療計劃的驗證之前作為MLC運動性能的評價手段。總之，MLC的質量保證和質量控制是正確執行治療的重要保證，應根據動態準直器的特點和要求，綜合利用各種工具，逐漸完善并形成一套合理的制度，以確保治療的科學性和準確性。

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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

廣東省科技計劃項目（2010B031600146）；廣州醫學院博士留學回國人員基金項目（2010-1-11）。

張書旭，博士，主任技師，碩士生導師。

通訊作者郵箱：gthzsx@163.com