絕對劑量的偏移對MatriXX劑量驗證結果的影響

柏正璐,時飛躍,秦偉,蔣紅兵,2

1.南京醫科大學附屬南京醫院(南京市第一醫院) a.醫療設備處;b.腫瘤放療科;江蘇 南京 210006;2.南京市衛生信息中心,江蘇 南京 210003

絕對劑量的偏移對MatriXX劑量驗證結果的影響

柏正璐1a,時飛躍1b,秦偉1b,蔣紅兵1a,2

1.南京醫科大學附屬南京醫院(南京市第一醫院) a.醫療設備處;b.腫瘤放療科;江蘇 南京 210006;2.南京市衛生信息中心,江蘇 南京 210003

目的探討加速器絕對劑量的偏移對調強計劃射野的MatriXX劑量結果影響.方法選取24例宮頸癌患者調強計劃中機架角度為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MatriXX劑量驗證結果變化.結果總體上看,絕對劑量向正負方向偏移時,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.結論絕對劑量的偏移對調強計劃射野的MatriXX驗證結果有一定影響,在分析MatriXX劑量驗證結果時,應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,應定期檢查校準加速器的絕對劑量.

Gamma通過率;絕對劑量;劑量驗證;宮頸癌;調強放療

引言

調強放射治療(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)是現代放射治療的主要技術方式.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數據獲得,到劑量計算結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生影響.ICRU24號報告指出,quot;原發灶的根治劑量的精確性應好于±5%quot;[3].因此,對于一個治療計劃,尤其是調強放療計劃,必須通過劑量驗證確保計劃劑量計算結果的準確性.臨床上實施調強放療的關鍵是必需保證調強射野輸出劑量的準確性,為保證這一技術臨床實施的安全和可靠,必須對逆向調強計劃進行精心的設計與準確的劑量學驗證[4].為了提高劑量驗證的準確性和效率,各種新型的驗證設備不斷應運而生.其中,二維電離室矩陣(MatriXX)以電離室作為測量元件,相比于半導體,MatriXX不需要用電離室測量做歸一標定來確保測量結果的可靠性[5-6].MatriXX的密度接近水,內含溫度氣壓傳感器,可實時測量溫度或氣壓并進行修正,具有高效、穩定、快捷等優點,能直觀、準確地反應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、工作參數發生漂移等會導致絕對劑量的偏移[8].絕對劑量偏移會對二維劑量驗證結果產生影響,本工作研究了絕對劑量偏移對宮頸癌調強計劃射野的MatriXX二維劑量驗證結果的影響.

1 材料與方法

1.1 儀器設備

使用Varian Eclipse 8.6治療計劃系統進行計劃設計;使用Varian Clinac iX直線加速器執行驗證計劃,能量選擇6 MV X射線,主機劑量率為400 MU/min; IBA二維空氣電離室矩陣MatriXX系統,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據的Gamma分析.MatriXX探測平板由電離室陣列、控制器、信號處理和數據轉換器等部分組成.在32X32的矩陣網格平板上均勻分布著1020個通氣電離室(網格陣列的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

為保證測量結果的準確性,在進行實驗前,對加速器絕對劑量進行校正,使用IBA DOSE 1劑量儀,FC65-G電離室和SP34固體水在標準條件下對6 MV能量進行劑量輸出校準,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

加速器機架角度設置為0°,根據MatriXX的標記線,將其放置到等中心處,上面加上4.7 cm固體水材料.

1.2.3 驗證計劃設計及實施

選取24例宮頸癌患者調強治療計劃制作MatriXX驗證計劃,挑選機架角度為180°的射野(記為G180)進行研究,使用Clinac iX直線加速器執行計劃.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

Gamma指數分析是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].設置參數為:位置誤差lt;3 mm、劑量誤差lt;3%,閾值10%.

2 結果

本研究的MatriXX驗證結果,見圖1～2.圖1表示G180射野Gamma通過率的結果,圖2表示平均Gamma值的結果,圖1和圖2中不同數據連線代表不同患者的數據.

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

實驗結果極值頻數的柱形統計圖(圖3),即24例患者G180射野Gamma通過率最大值所對應的d值出現的次數.

圖3 Gamma通過率最大值出現在某一點的次數統計

G180射野MatriXX驗證結果在不同d值處的Gamma通過率和平均Gamma值的均值和標準差,見表1.

表1 G180射野MatriXX驗證結果在不同d值處的數據統計 (%)

3 討論

由表1、圖1和圖2的驗證結果顯示,總體上看,絕對劑量向正負方向偏移時,Gamma通過率下降,平均Gamma值增高,且Gamma通過率和平均Gamma值的標準差增大,波動情況較明顯.24例患者G180射野驗證結果的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.可見劑量驗證結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偏移的位置.

根據設置的評估標準,從表1可看出,當d處于-5%～2%范圍內,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偏移,整個射野的Gamma通過率仍gt;90%.而在絕對劑量負偏移稍低一點的情況下(d處于-3%～-1%之間),射野內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果理想.但在這個范圍外,絕對劑量的正負偏移對射野Gamma通過率的影響表現為急劇下降.

研究中采取如下措施盡可能的避免干擾,確保數據結果可靠性:所有病例驗證計劃制作和數據導出遵循相同的技術模式和參數配置,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分析數據處理采用同樣的方式[14].影響IMRT驗證通過率因素很多,如TPS加速器模型參數的準確度、CT值的校正、MLC走位、射野的平坦度和對稱性、計劃輸出時計算網格的大小、分析方法的誤差閾值設定等同樣對調強驗證通過率產生重要影響[14].

本實驗充分說明了絕對劑量的偏移對劑量驗證結果的影響,在進行劑量驗證時,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通過率最大值應出現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偏時.經分析,計算劑量與測量劑量均不可排除會出現誤差.致使計算劑量出現誤差的原因有:計劃原始數據的誤差、計算劑量時的算法誤差[15].致使測量劑量出現誤差的原因有:某些電子元件過熱,控制電路老化導致工作參數的漂移,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里的原始數據,如CT值與相對電子密度轉換曲線,提高劑量計算的準確性;可以定期維修保養MLC,定期檢查加速器的劑量學特性,定期校準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

南京市醫學科技發展資金quot;青年工程quot;人才培養專項經費資助(QRX11033).

蔣紅兵,高級工程師,主要從事醫療設備、生物醫學電子研究.

通訊作者郵箱:cmdjhb@126.com