放射治療的計劃系統獨立劑量驗證發展研究

玉貴永

（桂林醫學院附屬醫院放療科 廣西 桂林 541001）

目前，放射治療技術正廣泛應用于腫瘤治療中，隨著調強放療和容積旋轉調強技術的深入應用，放療效果得到明顯提高，但由此帶來了治療前劑量驗證復雜性的提升，從而降低了驗證效率。臨床常規照射和三維適形放療劑量的計算及實現方式比較簡單，僅通過手工核對方法就能夠進行劑量驗證；但對于調強放射治療技術而言，目前需要采用模體實測方法驗證，雖然具備了精確性，但卻極大地增加了消耗，效率較低。

1.獨立計量驗證的必要性

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技術雖然已經能夠在較高程度上保證精度，但因技術復雜性高的緣故，因此實施起來非常繁瑣，病人在放療過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。放射治療前需要進行準確的劑量驗證以判斷放射治療劑量的安全性，確定合理范圍[1]。目前的劑量驗證方法通常有模體內劑量實測、跳數的獨立核對以及蒙特卡羅模擬方法。獨立算法的劑量驗證在簡化操作的同時能夠保證精確性，因此非常有必要。

2.基于修正方法的劑量驗證

2.1 深度劑量·離軸比經驗模型

常規治療通常采用一維或二維表格表現射野的中心軸和離軸劑量的分布情況。早期的算法一般會表達為百分深度劑量及離軸比兩個函數的積。然后經過發展，函數形式開始不斷復雜并逐漸完善。但早期的算法雖然更容易理解，對很多條件也都進行了近似處理，但會對計算結果的精確度產生影響，不過由于其具有很高效率，因此方便了驗證過程，如果按照以往的人工計算方法，早期驗證方法較為適合。此外有研究通過內置早期計算模塊的方式設計軟件驗證多種治療計劃的劑量范圍，也充分證明了公式的可用性，并且通過現代化的科技提升了計算準確性[2]。由于獨立MU算法驗證過于浪費人力和時間成本，因此只要不會大幅度降低計算精度，通常都會將計算軟件設計的簡單易上手。

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，通過散射概念計算任意點的劑量，此方法同樣適用于不規則的劑量分布。此模型由Clarkson首次提出，其基本原理就是運用原射線和散射線模型，以計算點為圓心將不規則視野平均分成36個扇形分別進行處理。與之類似的是，在處理不規則視野時，也可以采用面積周長比法和Day法。根據計算結果的精確度，如果計算點在射野中心并且沒有任何遮擋，則更傾向于考慮采用面積周長法；至于Day法和Clarkson積分法，兩者原理相近因此結果精確度相差不大。

3.基于模型方法的劑量驗證

3.1 基于點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類似的劑量計算模型，它們共同的原理都是運用點核和原射線在穿透人體組織過程中所需總能量進行卷積疊加計算，因此稱為卷積疊加算法模型。卷積法能夠很好地適應各種射野下的劑量計算，當點核相對于空間的位置不變時，還能夠通過迅速FFT完成對卷積的加速。如果是針對患者的肺組織，FFT會比蒙特卡羅算法得到更高的劑量分布結果[3]。因此為了得到更準確的結果，通常會采用空間變化核進行疊加計算會更加合理，但相應的也會增加計算耗時。

3.2 蒙特卡羅模型

該方法基于隨機數算法，此計算模型根據物理現象自身存在的規律，采用大統計量的統計實驗或計算機隨機模擬方法，每次的計算都需要至少模擬百萬數量級的粒子，否則統計誤差將難以滿足要求。正因改算法在計算大數據方面所帶來的復雜性，該模型的精確性很高，同時具有不可替代性。蒙特卡羅模型的計算原理在于，通過統計學模型模擬大量的光子傳輸過程中同物質的相互作用。因為蒙特卡羅模型只需要少量的近似情況就能準確地對放射物理過程進行建模，因此該方法也被公認為目前為止劑量驗證精確度最高的計算模型。

4.獨立算法驗證在臨床療效QA中的應用

自臨床上開始廣泛應用調強技術之后，為確保調強放射治療的射野輸出劑量具有較高精確性，需要對放射治療的劑量進行精確驗證。雖然有很多計算模型都可以實現以劑量為基礎的患者個體化QA，但個體的治療計劃驗證需要做到簡單且高效，QA工作量和患者的數量有直接關系，患者數量增加時QA工作量也隨之增加[4]。醫院是否能夠為患者提供具有高效性的劑量驗證設備和驗證方法，對于放射治療的效果會產生直接影響。患者的個體化QA應僅用于對嚴重錯誤的檢查。也可以在患者治療計劃完成之后，進行3個階段的檢查：①負責計劃設計的物理師應直接分析劑量分布的正確性；②采用獨立計算機程序對所有射野的MU進行驗算；③讓具有豐富經驗的物理師對所有資料進行核對。

5.結語

總結來看，在劑量驗證計算過程中，采用修正方法較為簡單，對于射野分布均勻的常規照射而言比較適用。但動態IMRT和VMAT技術的射野分布不均，劑量上存在很大梯度，單點或多點劑量驗證無法準確判斷照射劑量的準確性，則需要更加復雜的計算模型以驗證。蒙特卡羅算法可以說涵蓋所有放療的劑量驗證，精度很高，但計算耗時過長，因此在實際操作中，應根據不同模型的計算時間、精度以及軟件性價比，選擇合適的劑量驗證模型。

[1]眭建鋒,高留剛,倪昕曄等.調強放射治療劑量驗證工具與方法[J].國際生物醫學工程雜志,2016,39(1):49-53.

[2]齊洪志,楊玉剛,郝潔等.二維半導體電離室矩陣在食管癌調強放射治療劑量驗證中的應用[J].中國醫學裝備,2017,14(2):15-17,18.

[3]丁艷秋,吳偉章,朱夫海等.ArcCHECK和EBT3膠片應用于螺旋斷層放射治療劑量驗證的比較研究[J].中國醫學裝備,2015,(9):31-34,35.

[4]曹劍云.調強放射治療劑量驗證的發展[J].醫學信息，2015,(31):346-347.