旋轉照射劑量測量儀(ArcCHECK)在螺旋斷層放療計劃劑量驗證中的應用

吳偉章，朱夫海，王 勇，王姍姍

(中國人民解放軍空軍總醫院腫瘤放療科，北京100142)

螺旋斷層放療(Helical Tomotherapy，HT，TOMO)是治療腫瘤的一種新的放射治療技術［1-2］。它是利用安裝在滑環機架上的小型化直線加速器作360°旋轉，同時治療床可以往機架方向運動而作螺旋斷層照射。HT形成的劑量分布，既有調強放療劑量適形度高的優點，同時又具有大量小野聚焦照射形成靶區外劑量下降快的特點，其質量保證(QA)工作尤為重要。目前TOMO所提供的解決方案是專用圓柱形模體(Cheese phantom)中采用膠片相對劑量和電離室同時測量點絕對劑量予以實現［3-5］。該方案需要使用膠片，測量的是某一冠狀面的劑量分布，不管是沖洗膠片還是免沖洗膠片，劑量測量都會受到一些外來因素的影響，而且使用上都很不方便。ArcCHECK是一種專為旋轉照射劑量測量而設計的4D探測器矩陣，具有1386個半導體探測器分布在圓柱型模體面上，可以測量該圓柱面上劑量分布。該模體擺位時直接用激光燈對模體上標記的十字線即可，方便快捷。數據的采集和分析由隨機標配的軟件“Patients”自動完成。本文選取36例患者的TOMO計劃用ArcCHECK進行劑量驗證，對測量的劑量分布進行γ分析，探討該模體能否滿足TOMO劑量驗證的要求。

1 材料與方法

1．1 儀 器

ArcCHECK模體，結構見圖1。在模體21 cm長的圓柱面上分布有1386個0．8 mm×0．8 mm半導體探測器，探測器間距為10 mm，探測器物理深度為29 mm，等效固體水深度為33 mm。

2 方法

在TOMO上進行絕對劑量刻度，刻度的擺位條件見圖2。射野大小5 cm×10 cm，機架角度0度，出束時間15～20秒，機器跳數200 MU左右。隨儀器帶的SNC Patient軟件內建有ArcCHECK絕對劑量刻度的標準程序，按照程序指導完成刻度。具體做法是在等效深度固體水下用電離室測量規定出束條件下的絕對劑量，在相同的出束條件下照射Arc-CHECK模體后，將電離室測量的絕對劑量輸入到程序中，完成劑量刻度。用TOMO的MVCT掃描Arc-CHECK模體，獲取模體MVCT圖像，傳輸到TOMO DQA Station軟件，生成DQA數字模體。在DQA Station中調用該DQA數字模體，將患者的TOMO計劃移植到模體上，用紅激光燈定位模體，再經過計算得到可供執行的DQA數字計劃。將DQA計劃的RT-PLAN和RT-DOSE兩個文件用DICOM傳輸工具導入到SNC Patient軟件中。

劑量驗證:連接 SNC Patient工作站和 Arc-CHECK模體，選取SNC Patient軟件中待驗證計劃劑量分布的計算結果，在TOMO治療機操作臺調用已完成的患者DQA計劃，按照紅激光燈擺位模體。出束照射，用SNC Patient收集測量的數據，生成劑量分布的測量結果。在Patients軟件中設置γ分析通過標準(3mm/3%)，對劑量分布的計算結果和測量結果進行對比分析，獲得γ分析的通過率。

3 結果

對36例患者DQA計劃測量結果進行γ分析，采用3mm/3%的Gamma分析標準，計算γ≤1像素點通過率，結果見表1。36例病人計劃劑量驗證的γ通過率平均值為99．7% ±0．6%，而且全部大于95%的接受標準。圖3是其中一位患者劑量驗證的γ分析圖。

圖1 ArcCheck模體結構圖

圖2 ArcCHECK絕對劑量刻度擺位條件

圖3 36例患者中其中1例ArcCHECK測量結果γ分析圖，最上面左邊為測量結果，右邊為計算結果

圖4 在ArcCHECK模體上進行DQA計劃設計時靶區在模體中位置的確定

表1 36例病人Tomotherapy治療計劃劑量驗證的通過率

3 討論

ArcCHECK是一種專門為旋轉照射劑量驗證而設計的圓柱體半導體4D探測器矩陣。從原理上講，它適用于Tomotherapy、RapidArc和 VMAT等旋轉調強治療技術的劑量驗證。由于探測器呈圓柱面排列，因此沒有角度效應，特別適合測量旋轉治療的劑量分布。通過對36例Tomotherapy治療計劃劑量驗證的結果分析表明ArcCHECK作為一種新型的劑量測量工具，測量通過率高，結果穩定，可用于HT治療計劃的劑量驗證。它還具有驗證計劃設計簡便，驗證擺位方便，測量結果顯示實時和數據采集自動化程度高的特點。

測量結果采用γ分析方法，γ值是測量得到的劑量分布、參考劑量分布(計算得到的劑量分布)和γ通過標準的函數，在γ＞1的區域，表明測量結果未達到通過標準，γ≤1的區域，測量結果符合通過標準［6，7］。本文采用的γ通過標準是目前常用的標準，即van Dyke［8］推薦的3mm/3%標準。從測量結果來看，γ通過率非常高，甚至有很大一部分(52．8%)病例的通過率達到100%，雖然一方面和機器精度高，治療計劃計算結果可靠有關，但也需要分析其他原因。前面介紹，模體探測器陣列的間距是10 mm，因此跟膠片比起來，測量的分辨率就要低得多，如果在探測器之間的區域存在γ值大于1的地方，用ArcCHECK測量可能就會把這些點漏掉而沒有檢測出來。因為從整體上說來，γ值小于1的點要大大多于大于1的點，因此漏掉少數大于1的點對結果的影響會更大。因此，很有必要增加探測器的密度以提高測量結果的可靠性。

圖4是用ArcCHECK模體進行Tomotherapy DQA計劃設計的示意圖。雖然該模體用于Tomotherapy劑量驗證使用方便，結果穩定可靠，但是就目前使用的版本而言，還有需要改進的地方。在調整靶區和模體的相對位置以獲得較好的測量結果過程中，如果靶區位置靠近人體中間，需要對模體進行偏心移動，使得靶區落在探測陣面上，這是由于模體中心的電離室插孔距離靶區太遠，基本無法進行靶區內感興趣點絕對劑量測量，如果靶區靠近人體外周，雖然不用作偏心擺位，但是又無法測量絕對劑量，而靶區內感興趣點的絕對劑量驗證是Tomotherapy劑量驗證的金標準，因此需要再進行一次絕對劑量的驗證，這不但增加了物理師的工作量，還增加了機器機時的占用和損耗，在治療病人較多的單位顯得很不經濟。從圖3可以看出，劑量測量結果和計算結果進行γ分析時進行整個測量區域的分析，分析區域無法選擇和更改，這樣得到的分析結果包含的信息量較小。比如在測量通過率較低的情況下，有可能是靶區外的低劑量區結果較差，也有可能是問題出在靶區區域，需要分析靶區區域的測量結果，只進行全測量區域分析無法得出這些結果。測量過程中的模體擺位誤差基本可保證在1mm以內。因為使用ArcCHECK模體時治療床板從虛擬等中心到機器等中心處存在垂直下降約2mm的系統誤差，應在擺位時予以修正［3］

［1］ Mackie TR，Holmes T，Swerdloff S，et al．Tomotherapy:A new concept for the delivery of dynamic conformal radiotherapy［J］．Med Phys，1993，20(6):1709-1719．

［2］ Mackie TR，Balog J，Ruchala K，et al．Tomotherapy［J］．Semin Radiat Oncol，1999，9(1):108-117．

［3］ 徐壽平，鄧小武，戴相昆，等．螺旋斷層放療系統調強放射治療驗證［J］．中華放射腫瘤學雜志，2008，17(5):395-397．

［4］ Xu SP，Deng XW，Dai XK，et al．Quality assurance of helical tomotherapy intensity modulated radiation therapy［J］．APCMBE，IFMBE Proceedings，2008，19(5):447-450．

［5］ 徐壽平，解傳濱，鞠忠建，等．用二維電離室陣列針對螺旋斷層調強放療計劃的劑量學驗證［J］．中華放射腫瘤學雜志，2009，18(3):233-236．

［6］ Low DA，Harms WB，Mutic S，et al．A technique for the quantitative evaluation of dose distributions［J］．Med Phys，1998，25(5):656-661．

［7］ Low DA，Dempsey JF．Evaluation of the gamma dose distribution comparison method［J］．Med Phys，2003，30(9):2455-2464．

［8］ Van Dyke J，Bamett RB，Cygler JE，et al．Commissioning and quality assurance of treatment planning computers［J］．Int J Radiat Oncol Phys，1993，26(2):261-273．