基于蒙特卡罗实现容积调强弧形治疗计划独立剂量验证的应用研究

目的 开发基于蒙特卡罗(MC)的验证平台实现容积调强弧形治疗(VMAT)计划的独立剂量验证。方法 利用EGSnrc/BEAMnrc构建Varian TrueBeam医用直线加速器的机头和准直器模型,并基于机头模型和自编程序搭建患者VMAT计划的独立剂量验证平台,通过平台模拟不同射野大小百分深度剂量(PDD)曲线和离轴比、两个不规则野以及头颈部、胸部和盆腔各1例患者剂量分布。比较不同射野大小PDD曲线和离轴比与蓝水箱测量结果差异,不规则射野与ArcCHECK实测的差异,再通过γ分析法、剂量体积直方图对比分析患者MC模拟剂量、计划系统计算剂量、ArcCHECK实测剂量之间差异,验证平台是否可用于独立剂量验证。结果 对4cm×4cm~40cm×40cm的PDD曲线和离轴比,MC模拟结果和测量结果一致性较好。不规则射野MC模拟结果与ArcCHECK实测相比,在3%/2mm、3%/3mm下γ通过率都在98.1%、99.1%以上;3例不同部位VMAT患者MC模拟剂量和ArcCheck实测剂量在3%/2mm、3%/3mm下γ通过率均好于93.8%、95.9%。通过三维γ分析计划系统计算剂量和MC模拟剂量在3%/3mm下鼻咽癌、肺癌、直肠癌的γ通过率分别为95.2%、98.6%、98.9%;在3%/2mm下依次为90.3%、95.1%、96.7%。结论 基于MC开发的验证平台模拟结果与实际测量结果一致性较好,其模拟结果更接近于患者体内真实剂量分布,初步结果显示可用于VMAT计划的精准独立剂量验证。     

容积调强弧形治疗冠矢状面剂量验证的初步探讨

目的 初步探讨容积调强弧形治疗(VMAT)在冠状面和矢状面的剂量验证意义。方法 选取 12例癌症患者的VMAT计划,在多插孔圆柱形体模内插入2个0.125 cm³的电离室探头进行点剂量测量。采用平面二维矩阵电离室及其组合体模,分别在冠状面和矢状面摆位方式下进行γ通过率的剂量验证。结果 在高剂量区域(>最大剂量的80%)和低剂量区域(≤最大剂量的80%)内,点剂量测量与计算结果平均误差分别为1.5%和1.7%。在冠状面和矢状面下二维电离室矩阵中心探头测量的点剂量与计算结果的平均差异为1.7%和1.8%。采用2%/2 mm、3%/3 mm标准的平均通过率分别为93.7%、97.2%。 结论 冠状面和矢状面VMAT剂量验证为临床VMAT计划提供了有意义的数据。     

基于电子射野影像装置的容积调强弧形治疗二维剂量验证研究

目的 基于电子射野影像装置(EPID)建立二维剂量精确重建模型并验证容积调强弧形治疗(VIMAT)剂量,与其他测量工具进行比较与分析。方法 采用EPID进行VIMAT的二维剂量验证,基于卷积、反卷积以及修正函数建立二维剂量重建模型。通过电离室测量的离轴比剂量曲线并用最小二乘法确定计算模型参数。对 12例不同部位肿瘤患者的VIMAT计划用电离室测量中心点剂量,采用其他平面剂量测量工具测量相应平面剂量分布。所有工具测量深度均设置为10 cm,并采用γ分析法比较测量结果。结果 对中心点绝对剂量,EPID与电离室测量结果偏差<1.5%。对平面剂量,2%2 mm标准下EPID与Seven29、Matrixx的平均γ通过率分别为98.9%、99.8%,3%3 mm标准下EPID与治疗计划系统计算结果的平均γ通过率为99.9%。结论 基于EPID建立的二维剂量重建模型能很好地用于调强放疗二维剂量验证工作,今后将考虑将该模型拓展到均匀模体的三维剂量验证中。     

容积调强弧形治疗技术全身照射的初次临床应用及剂量学验证

目的:介绍香港大学深圳医院初次使用容积调强弧形治疗技术(VMAT)行全身照射(TBI)患者的计划设计及剂量学验证方法。方法:在头、脚位两套定位图像上共同确定全身计划靶体积,处方剂量12 Gy分6次,设计含5个中心15个全弧的TBI计划。优化时先在脚位图像中进行,并以此为剂量基础进行头位计划优化,最后两段综合剂量累加并评...     

Octavius4D验证系统用于VMAT剂量验证的研究

目的 研究Octavius4D验证系统在VMAT剂量验证中的可行性。方法 在满足临床剂量要求的VMAT计划中选取 20例患者计划,传输至MOSAIQ网络系统上执行验证治疗,使用Octavius 4D验证系统采集实时数据。同时把治疗计划移植至Octavius 4D验证系统的CT模体中进行剂量计算。在剂量偏差2%、3%、5%,位移偏差2 mm、3 mm、5 mm,阈值偏差5%、10%条件下,采用γ通过率法分析模体中计划计算结果与Octavius 4D验证系统实际测量的剂量结果,得出相应验证通过率及Profile等曲线吻合度。结果 实测的剂量信息与计划计算的剂量信息在对应几何平面分布较为一致,Profile等曲线吻合度都较好,在3%剂量偏差、3 mm位移偏差和10%阈值偏差条件下的γ平均通过率为97.78%。结论 Octavius4D验证系统能满足临床VMAT计划剂量验证要求,且测量平面始终随机架旋转与射线束相垂直,无角度依赖性,可行性值得认可。     

容积调强弧形治疗计划的多中心比较

目的 评价单位设计临床容积调强弧形治疗(VMAT)计划质量差异,建立VMAT计划设计通用模板。方法 5家肿瘤中心分别提供1例病例作为测试例,CT及轮廓经确认后导入计划系统。各中心使用相同处方和剂量限制要求进行计划设计,具体设计策略自行决定。每个测试例包含5例各中心完成的计划和1例使用通模板完成的计划。采用计划质量整体评分法评估计划质量,使用机器跳数和治疗时间评估计划执行效率。结果 鼻咽癌病例没有计划可以严格满足所有剂量目标,3例计划虽然无法满足所有目标但可达到临床接受水平,另3例计划无法接受。食管癌病例6例计划均可达到临床接受水平。肺癌病例4例计划达到临床接受的水平,2例计划无法接受。前列腺癌病例4例计划严格满足所有剂量目标,1例计划达到临床接受水平,1例计划无法接受。肝癌病例3例计划严格满足所有剂量目标;3例计划达到临床接受水平。在执行效率方面,各计划控制点数80~160个,治疗时间3~7 min,机器跳数350~900 MU。结论 大部分计划的质量和执行效率可以达到临床要求,各中心设计基于Monaco系统的VMAT计划模板及基准数据库的质量也达到了预期。     

食管癌静态调强放疗与容积调强放疗计划的剂量学比较

目的研究食管癌患者应用静态调强放疗(s IMRT)和容积调强弧形治疗(VMAT)的计划剂量学差异。方法 65例食管癌单纯放疗患者分别设计s IMRT、VMAT 2组计划,比较2组的剂量学参数。结果与s IMRT比较,VMAT计划的GTV的D99、D95、Dmean的剂量较低(P<0.05);PTV的99%、95%的覆盖度、最大剂量较高(P<0.05);PTV的105%覆盖度较低(P<0.05);适形指数、不均匀指数相似(P>0.05)。危及器官比较中,VMAT的双肺V20、V30、平均剂量明显低于s IMRT(P<0.05)。脊髓、心脏照射量2组相似(P>0.05)。s IMRT、VMAT的射线数分别为572.33±97.9、754.95±177.6,s IMRT相比于VMAT降低了24%(P<0.05)。结论与s IMRT相比较,VMAT可以改善靶区剂量,减少照射时间,在食管癌的治疗中可能会有较好的疗效。     

乳腺癌容积调强弧形治疗的射野边界外放方法

目的 针对乳腺癌容积旋转调强(VMAT)计划设计,建立射野边界自动外放方法,并评价其效果。方法 在Pinnacle³ 9.10计划系统制定乳腺癌边界外放的VMAT计划(E-VMAT):在计划CT图像的乳腺表面中间位置设置虚拟组织补偿物(P-bolus),将它作为靶区的一部分,进行VMAT计划优化计算,实现射野边界自动外放,然后保持优化得到的射野参数,去除P-bolus后进行最终计划剂量分布计算。选取10例乳腺癌患者,对比E-VMAT计划与常规VMAT计划的剂量学参数和计划执行效率。结果 在射野方向观图上,能观察到E-VMAT方法实现射野钨门和MLC叶片在胸廓方向上的位置外放到皮肤以外。两类计划的靶区和危及器官的剂量学参数相似,计划执行效率一致(P>0.05)。结论 本研究建立的方法可以有效地实现VMAT射野边界自动外放,防止由患者呼吸运动和(或)摆位误差引起的靶区漏照;方法不需要编程实现,适用于不同计划系统。     

宫颈癌VMAT剂量验证的γ与DVH评估及两者与剂量偏差相关性研究北大核心CSCD

目的比较γ与剂量体积直方图(DVH)在宫颈癌容积调强弧形治疗(VMAT)剂量验证中的应用,并评估两者反映剂量偏差的能力。方法选取20例宫颈癌VMAT病例,由TrueBeam投照、使用FC65-G及ArcCheck测量并与Eclipse计算点、面剂量比对。由3DVH软件重建患者剂量,比较重建靶区D_(mean)、D_(95)%、D_(98)%、D_(2)%,左右股骨头V_(20Gy),直肠V_(40Gy),脊髓D1cm^(3)及50%处方剂量包绕区(IDV)D_(98)%、D_(2)%、D_(50)%与计划值差异并对各器官行三维γ分析。使用皮尔森相关系数分析点剂量偏差、二维γ通过率及其平均值、各器官三维γ通过率与剂量偏差相关性。结果电离室实测、3DVH重建与计划计算点剂量间偏差小,二维γ比对均通过(3%/3 mm,≥90%)。靶区平均剂量、IDV各参数偏差小于3%,直肠V_(40Gy)偏差差异最大。左右股骨头三维γ通过率最高,脊髓差异波动最大。实测、重建点剂量偏差大都与剂量偏差呈中等强度相关,二维γ通过率与各器官剂量偏差未发现明显相关,各病例靶区三维γ通过率与自身及IDV D_(50)%偏差间存在极强相关,其余相关性强弱无规律。结论基于γ和DVH评估均能一定程度揭示剂量误差,但均存在一定局限,临床中应将两者联合应用。     

乳腺癌改良根治术后容积调强弧形治疗与调强放疗剂量比较的Meta分析

目的 比较乳腺癌改良根治术后容积调强弧形治疗(VMAT)与调强放疗(IMRT)对计划靶区(PTV)和危及器官(OAR)的剂量学差异,为临床提供循证学依据。方法 根据纳入和排除标准,计算机检索PubMed、Cochrane Library、FMRS、中国知网、万方数据库及维普全文期刊数据库,筛选所有乳腺癌改良根治术后VMAT与IMRT剂量学比较的文献纳入研究。检索时间从建库至 2020年3月。应用Stata14.0软件进行Meta分析。结果 13项研究的 281例纳入Meta分析。与IMRT计划相比,VMAT计划明显提高PTV剂量 (D95%,P<0.001),明显改善PTV剂量均匀性(P<0.001)和适形性(P=0.004)。VMAT计划较IMRT计划有效降低患侧 肺V20Gy (P=0.027)和健侧 肺V10Gy (P=0.003);而患侧肺 Dmean、V5Gy、V10Gy、V30Gy,健侧肺 Dmean、V5Gy,心脏 Dmean、V10Gy、V30Gy两组计划均相近(均 P>0.05)。IMRT计划较VMAT计划降低心 脏V5Gy (P=0.001),但对心 脏V5Gy纳入文献进行敏感性分析,显示结果稳定性较差。VMAT计划比IMRT计划明显减少治疗时间(P<0.001)和机器跳数(P<0.001)。结论 乳腺癌改良根治术后放疗中VMAT比IMRT在靶区剂量覆盖、均匀性和适形性,对患侧肺和健侧肺保护,以及治疗效率方面均更具剂量学优势。     

3D Dosimetric verification of volumetric-modulated arc therapy by portal dosimetry

Background and purpose

To demonstrate the feasibility of back-projection portal dosimetry for accurate 3D dosimetric verification of volumetric-modulated arc therapy (VMAT), pre-treatment as well as in vivo.

Materials and methods

Several modifications to our existing approach were implemented to make the method applicable to VMAT: (i) gantry angle-resolved data acquisition, (ii) calculation of the patient transmission, (iii) compensation for detector ‘flex’ and (iv) 3D dose reconstruction and evaluation.

Results

Planned and EPID-(Electronic Portal Image Detector)-reconstructed dose distributions show good agreement for pre-treatment verification of two prostate, a stereotactic lung and a head-and-neck VMAT plan and for in vivo verification of VMAT treatments of prostate and lung cancer. Averaged over pre-treatment verifications, planned and measured isocentre dose ratios were −1.2% (range [−4.7%,1.8%]). 3D gamma analysis (3% maximum dose, 3 mm) revealed mean γ 〈γ_mean〉 = 0.37 [0.34,0.39], maximum 1% γ 〈γ_1%〉 = 0.72 [0.66,0.81] and percentage of points with γ ? 1 〈P_γ ? 1〉 = 99% [97%,100%]. For in vivo verification, the average isocentre dose ratio was −1.2% [−0.8%,−1.7%], 〈γ_mean〉 = 0.52 [0.40,0.64], 〈γ_1%〉 = 0.92 [0.76,1.08] and 〈P_γ ? 1〉 = 96% [93%,100%].

Conclusions

Our portal dosimetry method was successfully adapted for verification of VMAT treatments, pre-treatment as well as in vivo.     

国产加速器IMRT和VMAT的剂量学测试

目的 应用TG119报告中的测试例对联影公司URT-Linac 506C加速器和URT计划系统FF模型进行全面的评估。方法 主要研究调强放疗(IMRT)和容积调强弧形治疗(VMAT)计划剂量目标、点剂量和剂量分布计算准确性。测试模体采用AAPM TG119号报告测试例模体,主要包括模拟多靶区、模拟前列腺肿瘤、模拟头颈肿瘤和模拟C形靶区(简单)等。使用指形电离室和胶片,在URT计划系统(临床实验版本)和URT-Linac 506C加速器上分别优化计算和测量剂量,并分析计划剂量和测量值之间的偏差。结果 URT计划系统中的4个测试案例的计划剂量目标均满足TG119标准要求。对于不同案例点剂量验证,IMRT计划最大误差为2.62%,VMAT计划最大误差为 3.90%,均满足TG119 报告中点剂量误差小于4.5%的要求。复合剂量分布胶片测量结果的γ通过率IMRT计划均>97.50%,VMAT计划均>93.27%。结论 URT-Linac 506C加速器和URTT放疗计划系统FF计算模型性能试验结果均达到TG119报告验证标准。     

利用ArcCHECK在实际机架角与零机架角的IMRT剂量验证结果比较

目的 研究鼻咽癌和宫颈癌在实际机架角和零机架角两种方式做IMRT剂量验证时γ通过率的差异。方法 从87例鼻咽癌计划和54例宫颈癌计划中采用单纯随机抽样方法选取鼻咽癌与宫颈癌各30例。以3 mm/3%标准,用ArcCHECK分别测量其在实际机架角和零机架角时的γ通过率,并对其结果进行配对t检验。结果 30例鼻咽癌实际机架角、零机架角的γ通过率分别为(93.8±3.6)%、(97.8±1.1)%(P=0.00);30例宫颈癌的分别为(96.3±2.1)%、(98.2±1.0)%(P=0.00)。两种癌症的实际机架角的通过率均低于零机架角,且通过率的波动范围也高于零机架角。鼻咽癌的实际机架角和零机架角剂量的通过率都比宫颈癌低。结论 实际机架角剂量验证的γ通过率更加接近真实情况,建议使用实际机架角做剂量验证;用零机架角做剂量验证,建议考虑对其通过率提出更高标准来达到临床治疗要求。     

VMAT计划复杂性的定量评估方法探讨

目的 提出新的定量评估指标——弧形野调制复杂度分数(AMCS), 并分析6种量化计划复杂性指标对VMAT剂量验证的影响。方法 定量计算127例患者VMAT计划复杂性指标:平均射野面积(ABA)、平均叶片路径(ALT)、平均射野宽度(ABW)、调制复杂度分数(MCS)、叶片路径-调制复杂度分数(LTMCS)和AMCS。采用Delta4系统测量VMAT剂量验证γ通过率。Pearson法分析ABA、ALT、ABW、MCS、LTMCS和AMCS与3 mm/3%下γ通过率相关性, 以及6个指标间的相互关系。结果 ABA、ALT、ABW、MCS、LTMCS和AMCS平均值分别为(73.5±24.1) cm²、(69.6±9.8) cm、(3.63±1.03) cm、0.33±0.05、0.14±0.04和0.16±0.05, 且均与γ通过率相关(P=0.000), 其中AMCS与γ通过率相关性最大(R=0.637);AMCS<平均值时γ通过率<95%的射野比为60.7%, >平均值时为9.9%。ABA、ABW与ALT无相关性(P=0.720、0.073), 其余指标间均相关(P=0.000~0.003)。结论 AMCS指标是一种适合用于定量评估VMAT计划复杂性的方法, 可用于预测VMAT剂量验证结果, 在VMAT计划审核中用于比较多个计划的复杂度以帮助选择最佳计划。     

VMAT加速器日常运行分析及过程质量控制

目的 利用医科达加速器日志文件监测VMAT中加速器日常运行精度,并通过SPC技术实现加速器PQC。方法 提取加速器上每日治疗的日志文件,自动分析加速器执行VMAT弧形野的各参数精度并生成评估报告。分析加速器运行的稳定性和不同病种治疗精度的差异性。通过SPC技术,基于Johnson转换计算各参数的控制限,并绘制控制图实现加速器PQC。结果 连续16 d中VMAT患者76例(主要包括鼻咽癌、宫颈癌、直肠癌、喉癌),共执行VMAT弧形射野2446个。加速器机架角、y和x钨门、MCL叶片到位和剂量输出的平均误差分别为0.49°、0.09 mm和0.38 mm、0.31 mm和0.05 MU。病种差异引起剂量输出和机架角误差的变异系数分别为8.10%和4.54%。由SPC技术分析,加速器各参数均处于受控状态,但存在误差大于上控制限的异常点,各参数中机架角处于失控状态的比率(0.45%)最高。结论 利用加速器日志文件能监测加速器运行精度,通过SPC技术绘制控制图,能实现VMAT中加速器日常运行的PQC,是一种经济、有效的日常QA方法。     

Impact of accelerator operating errors on γ passing rate during dose verification of volumetric modulated arc therapy for pelvic tumors

Objective To investigate the impacts of gantry rotation angle errors, monitor unit (MU) errors, collimator and multi-leaf collimator (MLC) position errors upon the γ passing rate of dose verification in volumetric modulated arc therapy (VMAT). Methods Ten patients with rectal cancer and 10 patients with uterine tumors were selected. The operating errors of accelerator parameters were introduced during the VMAT execution. By comparing the γ passing rates during dose verification between the simulating and original plans, the impact and sensitivity of the operating errors of each accelerator parameter on γ passing rate were analyzed. Results When the γ criteria were set as 3%/3mm, 3%/2mm and 2%/2mm, the γ passing rate decreasing gradient was less than 7.0% after the introduction of gantry rotation angle, MU and collimator position errors, respectively. However, after the reverse, opposite, and co-directional motion errors of the MLC blades on both sides were introduced,the γ passing rate decreasing was less than 19.13 %, 18.53%, 0.19 %; 19.87%, 20.01%, 0.42 % and 23.11%, 23.45%,0.65 % for absolute dose verification, respectively. Conclusion During VMAT, the reverse and opposite motion errors of MLC blades exert more significant effect on the γ passing rate compared with the gantry rotation angle errors, MU errors, collimator position errors and co-directional motion errors of the MLC blades. When the γ criteria of 3%/3mm, 3%/2mm and 2%/2mm are adopted, the impact of accelerator operating errors upon the γ passing rate is strengthened in sequence. Therefore, when performing dose verification for a specific patient, appropriate γ criteria should be chosen and absolute dose verification should be taken as the reference index to evaluate the consistency between the calculated and measured dose distribution.     

直线加速器日志文件对容积调强三维剂量验证研究

目的：采用直线加速器日志文件进行容积调强三维剂量验证的研究,分析射野参数误差对临床剂量的影响。方法：对佛山市第一人民医院2013-01—2013-12收治的10例直肠癌患者设计容积调强计划。利用自编程序从日志文件中读取实际治疗时的机架角度、多叶准直器（multileaf collimator,MLC）叶片位置以及机器跳数（monitorunit,MU）,比较射野参数的误差。使用实际射野参数替代原治疗计划的射野参数,在cT图像上重新进行三维剂量重建。比较重建计划与治疗计划,分析射野参数误差对靶区和危及器官三维剂量分布的影响。结果：实际治疗与治疗计划的机架角偏差〈1。,最大机器跳数的偏差〈0．2MU,叶片位置最大误差〈2mm,大部分误差为0．05～1mm。叶片位置误差对计划靶区（planning target volume,PTV）处方剂量所包含的靶区（V100）影响较大,差异有统计学意义,P=0．006;机架角偏差和机器跳数偏差对PTV（V1。）影响较小,差异无统计学意义,P〉0．05;各个射野参数对小肠V40（40Gy剂量所包含的体积）、膀胱V40和股骨头V30（30Gy剂量所包含的体积）的影响较小,差异无统计学意义,P〉0．05。结论：利用加速器日志文件可以进行容积调强三维剂量验证方面的研究,叶片位置误差对计划靶区的剂量影响较大,机架角和机器跳数误差对计划靶区剂量的影响较小,各个射野参数对危及器官剂量的影响不大。     

胃食管交界腺癌术后静态IMRT、VMAT和HT剂量学比较

目的 评价胃食管交界腺癌根治术后不同照射技术对靶区和正常组织剂量分布的影响,为临床治疗方法提供优选方案。方法 对 9例行根治性食管近端胃切除术或全胃切除术后的胃食管交界腺癌患者分别进行5个野静态IMRT、双弧VMAT和HT计划设计,通过DVH评价不同照射技术对靶区CI、HI和对OAR受量影响。放疗剂量45 Gy (1.8 Gy/次),同期每天口服替吉奥80 mg/m²,放疗日分2次口服。结果 HT靶区CI和HI好于IMRT和VMAT。对肠道和骨髓保护HT亦优于IMRT和VMAT。VMAT左肾 V₂₀、V₃₀和心脏 V₃₀低于IMRT和HT,而IMRT双肺 V₅、V₁₀较低;V₂₀和 D_mean三种技术差异不大。子野跳数平均数VMAT相似文献