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

齊洪志 楊玉剛 郝 潔 許 林 尚 革*

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

齊洪志①楊玉剛①郝 潔①許 林①尚 革①*

目的：探索Mapcheck二維半導(dǎo)體電離室矩陣在食管癌調(diào)強(qiáng)放射治療(IMRT)劑量驗(yàn)證中的應(yīng)用。方法：選取12例接受IMRT的食管癌患者，創(chuàng)建質(zhì)量保證(QA)計(jì)劃，并分別傳入Mapcheck劑量驗(yàn)證系統(tǒng)和醫(yī)用電子直線加速器。對(duì)12例患者的IMRT計(jì)劃使用二維半導(dǎo)體電離室矩陣檢測(cè)加速器劑量輸出結(jié)果，并進(jìn)行劑量結(jié)果分析。結(jié)果：采用業(yè)內(nèi)普遍使用的計(jì)算網(wǎng)格3 mm，誤差3%及閾值偏差10%的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際測(cè)量的劑量分布與QA計(jì)劃計(jì)算的劑量分布在對(duì)應(yīng)的幾何平面分布較為一致，在劑量偏差為3%、位移偏差3 mm和閾值偏差10%的條件下γ射線平均通過(guò)率為96.3%；劑量偏差5%、位移偏差5 mm的條件下γ射線平均通過(guò)率為99.9%。結(jié)論：二維半導(dǎo)體電離室矩陣操作相對(duì)簡(jiǎn)單，在測(cè)量要求和測(cè)量結(jié)果上完全能夠滿足臨床需求，對(duì)指導(dǎo)放射治療具有一定的意義。

二維半導(dǎo)體電離室矩陣；劑量驗(yàn)證；質(zhì)量保證；食管腫瘤；放射治療；醫(yī)用直線加速器

[First-author’s address]Cancer Center, The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumchi 830054, China.

目前，調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食管癌的治療，但由于IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)、劑量計(jì)算及計(jì)劃實(shí)施等過(guò)程非常復(fù)雜，存在較多不確定因素，因此治療前必須對(duì)患者治療計(jì)劃做劑量驗(yàn)證，以確保劑量計(jì)算和計(jì)劃執(zhí)行的準(zhǔn)確性[1-3]。本研究對(duì)12例食管癌患者的IMRT計(jì)劃用Mapcheck二維半導(dǎo)體電離室矩陣進(jìn)行平面劑量驗(yàn)證，旨在為二維劑量驗(yàn)證的臨床應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與軟件

(1)Synergy醫(yī)用電子直線加速器(瑞典醫(yī)科達(dá)公司)，多葉準(zhǔn)直器(multi-leaf collimator，MLC)葉片數(shù)為40對(duì)，每個(gè)葉片在等中心處投影為10 mm。

(2)Monaco 3.2放射治療計(jì)劃系統(tǒng)(瑞典醫(yī)科達(dá)公司)：采用蒙特卡羅算法完成患者IMRT計(jì)劃的設(shè)計(jì)，并生成對(duì)應(yīng)的放射治療計(jì)劃的質(zhì)量保證(quality assurance，QA)計(jì)劃。

(3)Mapcheck二維半導(dǎo)體電離室矩陣(美國(guó) Sun Nuclear公司)。Mapcheck由445個(gè)半導(dǎo)體電離室探測(cè)器組成，在10 cm×10 cm區(qū)域內(nèi)，探測(cè)器中心間隔的距離為0.7 cm，在此區(qū)域之外，探測(cè)器中心間隔的距離為1.4 cm，最大測(cè)量面積為22 cm×22 cm。

1.2 IMRT方法

選用Monaco3.2版本放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，對(duì)2015年7月至2016年4月在新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院行IMRT治療的12例食管癌患者進(jìn)行IMRT計(jì)劃。選用蒙特卡羅算法，計(jì)算網(wǎng)格為3 mm×3 mm。使用Synergy醫(yī)用電子直線加速器，能量選用6 MV的X射線。采用5野IMRT方式，處方劑量為計(jì)劃靶區(qū)(planing target volume，PTV)D95%接受60 Gy劑量。危及器官(organ at risk，OAR)為雙肺、心臟和脊髓。

1.3 劑量驗(yàn)證方法

(1)創(chuàng)建QA驗(yàn)證模體。使用CT模擬定位機(jī)對(duì)模體進(jìn)行掃描，模體由Mapcheck二維半導(dǎo)體電離室矩陣和不同厚度的固體水組成，其組合方式為：①分別在Mapcheck上、下放置厚度為3 cm和6 cm的固體水，利用定位激光燈顯示出Mapcheck的中心位置，并在相應(yīng)位置貼放鐳射標(biāo)記；②掃描范圍包括整個(gè)固體水和Mapcheck，掃描圖像傳至治療計(jì)劃系統(tǒng)(therapy planning system，TPS)作為驗(yàn)證模體保存。

(2)創(chuàng)建QA計(jì)劃。將患者IMRT計(jì)劃移植到驗(yàn)證模體，分別將機(jī)架、機(jī)頭角歸一到0o，生成驗(yàn)證計(jì)劃，驗(yàn)證計(jì)劃的等中心設(shè)置在Mapcheck的中心位置，照射野的大小及其他參數(shù)不變，重新計(jì)算劑量。劑量輸出面為等中心處的橫斷面。

(3)絕對(duì)劑量校準(zhǔn)。機(jī)架角設(shè)置為0o，源皮距為95 cm，照射野10 cm×10 cm，加速器輸出劑量100 MU。將0.6 cm3指型電離室與二維矩陣有效測(cè)量點(diǎn)置于5 cm等效水深度處，分別重復(fù)測(cè)量3次，分析處理兩測(cè)量值得出絕對(duì)劑量校準(zhǔn)因子。

(4)驗(yàn)證測(cè)量。將選取的IMRT計(jì)劃以DICOM格式傳輸至MOSAIQ放射治療網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行驗(yàn)證治療，將Mapcheck分析軟件和固體水組成的驗(yàn)證模體與計(jì)算機(jī)連接，采集并保存實(shí)際測(cè)量的劑量信息。同時(shí)將QA計(jì)劃的劑量信息以DICOM格式導(dǎo)入Mapcheck分析軟件中，對(duì)比實(shí)際測(cè)量的劑量分布結(jié)果與QA計(jì)劃計(jì)算出的劑量分布結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用Mapcheck分析軟件計(jì)算劑量偏差在3%、4%和5%，位移偏差為3 mm、5 mm，閾值偏差為10%條件下的γ射線通過(guò)率，并比較QA計(jì)劃劑量分布與實(shí)際測(cè)量劑量分布差異；利用左右、槍靶、正斜對(duì)角及負(fù)斜對(duì)角等劑量分布對(duì)比曲線分析比較計(jì)劃與實(shí)際測(cè)量產(chǎn)生的曲線吻合度。

2 結(jié)果

(1)根據(jù)國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)(Internation Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)第83號(hào)報(bào)告建議以及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，在3%劑量偏差、位移偏差3 mm和閾值偏差10%條件下γ射線通過(guò)率＞90%為該劑量分布滿足臨床治療要求標(biāo)準(zhǔn)，患者治療計(jì)劃可執(zhí)行實(shí)施[4-8]。在本研究中，選取的12例食管癌患者行IMRT計(jì)劃均符合臨床實(shí)施治療標(biāo)準(zhǔn)。在3%、3 mm條件下γ射線通過(guò)率偏低，平均值為96.3%，在5%、5 mm條件下γ射線通過(guò)率較高，平均值為99.9%，這與實(shí)際情況相一致(見(jiàn)表1)。

表1 12例食管癌患者調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃在不同偏差條件下的γ通過(guò)率(%)

(2)在Monaco放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，將所選取食管癌患者的IMRT計(jì)劃移植到QA驗(yàn)證模體上，分別將機(jī)架、機(jī)頭角歸一到0°，生成驗(yàn)證計(jì)劃，驗(yàn)證計(jì)劃的等中心設(shè)置在Mapcheck分析軟件的中心位置。計(jì)算劑量分布后，輸出QA計(jì)劃，以DICOM格式導(dǎo)入到Mapcheck分析軟件中。將驗(yàn)證模體擺放至直線加速器治療床上實(shí)施照射，實(shí)際測(cè)量得到的劑量分布結(jié)果如圖1所示。

圖1 計(jì)劃劑量與實(shí)際測(cè)量劑量分布圖

(3)將計(jì)劃劑量分布圖與實(shí)際測(cè)量劑量分布圖進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)圖像劑量分布的左右、前后及對(duì)角線等劑量分布對(duì)比曲線分析結(jié)果顯示，在廣泛低劑量區(qū)域曲線吻合度很好，較差區(qū)域主要集中在高劑量梯度區(qū)域。由于Mapcheck分析軟件有效探測(cè)面積為22 cm×22 cm，故在射野邊緣出現(xiàn)了曲線較大分離情況。在左右方向上(即水平軸方向)計(jì)劃劑量分布與實(shí)際測(cè)量劑量分布的差異如圖2所示。

圖2 水平軸方向上計(jì)劃與實(shí)際測(cè)量劑量差異圖

3 討論

由于IMRT技術(shù)與三維適形放射治療技術(shù)相比較更為復(fù)雜，且照射野內(nèi)劑量梯度變化較大，因此在執(zhí)行過(guò)程中有嚴(yán)格的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的要求，在患者實(shí)施治療前進(jìn)行治療計(jì)劃的劑量驗(yàn)證是其必不可少的步驟[9-11]。在進(jìn)行計(jì)劃驗(yàn)證之前，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)間和劑量預(yù)熱，計(jì)劃驗(yàn)證工作一般選擇在周末或者平時(shí)治療工作結(jié)束后進(jìn)行，一定劑量的預(yù)熱可以保證直線加速器的劑量輸出穩(wěn)定性[12-13]。此外，為保證Mapcheck分析軟件半導(dǎo)體探頭對(duì)劑量響應(yīng)線性，充分預(yù)熱可以保證測(cè)量設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，一般至少需要400～600 MU。有文獻(xiàn)報(bào)道，充分預(yù)熱與不預(yù)熱下所測(cè)數(shù)據(jù)差異可達(dá)2%[14]。同時(shí)，考慮到計(jì)劃驗(yàn)證時(shí)，在測(cè)量和分析到采集下個(gè)計(jì)劃劑量信息過(guò)程中，會(huì)有一段空白時(shí)間，此間隔長(zhǎng)短也會(huì)帶來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)差異。Lang等[15]報(bào)道，兩次測(cè)量間隔＞5 min時(shí)劑量響應(yīng)相差1%，＞20 min時(shí)劑量響應(yīng)誤差可達(dá)2%。

本研究在實(shí)施劑量驗(yàn)證時(shí)，測(cè)量結(jié)果與QA計(jì)劃計(jì)算結(jié)果均使用位于等中心處橫斷面劑量進(jìn)行分析，其結(jié)果顯示，全組計(jì)算得到的劑量結(jié)果與測(cè)量得到的劑量結(jié)果符合度均較高，平均γ射線通過(guò)率達(dá)到96.3%(3%、3 mm)。在對(duì)通過(guò)率差異比較中發(fā)現(xiàn)，計(jì)劃驗(yàn)證γ射線通過(guò)率受到以下因素影響：①劑量分布比較復(fù)雜、劑量梯度變化較大的食管癌患者計(jì)劃通過(guò)率相對(duì)偏低[16]；②溫度、氣壓等測(cè)量環(huán)境因素不同導(dǎo)致加速器輸出劑量狀態(tài)差異，如平坦度、對(duì)稱性的偏差均可導(dǎo)致γ射線通過(guò)率下降[17]；③加速器硬件導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差，如MLC到位精度；④驗(yàn)證模體的擺位和測(cè)量誤差等人為因素影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究使用的Mapcheck分析軟件屬于二維劑量驗(yàn)證設(shè)備，在實(shí)施測(cè)量時(shí)需要將治療計(jì)劃的實(shí)際角度歸一到0°進(jìn)行測(cè)量，因此相比三維劑量驗(yàn)證設(shè)備在測(cè)量結(jié)果上不能反映不同角度機(jī)架對(duì)測(cè)量結(jié)果的劑量影響因素。但相比三維劑量驗(yàn)證設(shè)備，二維劑量設(shè)備價(jià)格便宜，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，在測(cè)量要求和測(cè)量結(jié)果上完全能夠滿足臨床需求。

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The application of two-dimensional semiconductor ionization chamber matrix in the dose verification of intensity modulated radiation therapy for esophageal cancer/

QI Hong-zhi, YANG Yu-gang, HAO Jie, et al//China Medical Equipment,2017,14(2):15-18.

Objective:To explore the application of Mapcheck two-dimensional semiconductor ionization chamber matrix in the dose verification of intensity modulated radiation therapy (IMRT) for esophageal cancer.Methods:To select 12 esophageal cancer patients treated by IMRT and to create quality assurance (QA) plans for them, and introduce the Mapcheck dose verification system and the medical electron linear accelerator to the QA plans. To use the twodimensional semiconductor ionization chamber matrix to detect the dose output of accelerator for the 12 patients and then analyze the dose results.Results:Grid 3 mm, 3% dose deviation and 10% deviation threshold were adopted as criterion; at this criterion, the dose distribute of actual measured was consistency with QA plan on geometry plane and the Gamma-ray average passing rate was 96.3%; however, Gamma-ray average passing rate can achieve to 99.9% when dose deviation was 5% and displacement deviation was 5 mm.Conclusion:Two dimensional semiconductor ionization chamber matrix operation is simpler than traditional operation, and it's measurement demand and measurement result can completely meet the clinical requirement, therefore, this operation is value and useful when guide clinical radiotherapy.

Two-dimensional semiconductor ionization chamber matrix; Dose verification; Quality assurance; Esophagus cancer; Radiotherapy; Medical linear accelerator

1672-8270(2017)02-0015-04

R816.5

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.005

2016-10-11

①新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤中心 新疆 烏魯木齊 830054

*通訊作者：290576002@qq.com

齊洪志,男,(1982- ),碩士，主管技師。新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤中心，從事放射物理和放射治療質(zhì)量控制工作。