基于EPID在体三维剂量验证系统的物理模型测试及初步临床探索

目的 使用模体验证基于电子射野影像装置(EPID)在体三维剂量验证建模的准确性,并进行临床应用的初步研究。方法 通过方野和调强计划在均匀和非均匀模体上检测EPID在体三维剂量验证系统应用于不同介质中的剂量计算精度和重建精度,比较不同剂量/距离一致性标准下的γ通过率。对临床病例进行靶区和危及器官剂量体积分析。结果 方野在均匀模体中3%/3mm标准平均γ通过率为(97.49±1.11)%,在非均匀模体中为(94.06±5.11)%(P>0.05)。不同出束方式的调强计划之间也相近(P>0.05)。临床病例疗前剂量验证3%/2mm标准γ通过率为(97.96±1.84)%,在体三维剂量验证3%/3mm标准为(90.51±6.96)%。临床病例中小体积和体积变化较大的危及器官有较大剂量偏差。结论 基于EPID建立的在体三维剂量验证模型,经初步测试可应用于临床提供更全面的质量保证,为以后自适应放疗工作提供了技术保障。     

基于解剖在线测量的调强放疗三维剂量验证系统测试与应用

目的 测试基于患者解剖图像和矩阵探测器在线测量进行重建(RDBMOM)的调强放疗(IMRT)三维剂量验证系统的准确性,评估其临床应用可行性。方法 分别在体模设计规则野和非规则野测试计划,同时以指形电离室和二维电离室阵列测量各测试例的点剂量和平面剂量分布,评估RDBMOM系统剂量重建精度。选择 2例鼻咽癌IMRT计划做RDBMOM验证,分析验证结果的临床应用意义。结果 与指形电离室点测量结果比较,RDBMOM系统对各测试例的重建剂量偏差均<1%(3 cm×3 cm小野除外),IMRT测试例的重建剂量偏差最大为2.12%。与电离室阵列测量比较,RDBMOM重建的测量平面内离轴剂量分布曲线符合良好,两者比较的γ通过率(3%/3 mm)为 94.56%~100%。2例IMRT计划的RDBMOM验证结果整体γ通过率>99%;计划靶体积γ通过率>98%且 D₉₅误差<0.4%,腮腺和晶体平均剂量的最大误差分别达2.97%和59.58%。结论 测试系统剂量重建精度可满IMRT验证要求,并能给出与患者解剖结构相关的体积剂量误差与误差位置等信息,有利于评估其对临床的影响。     

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。     

二维电离室矩阵实时验证VMAT剂量价值研究

目的 探讨利用二维电离室矩阵进行VMAT患者透射剂量实时验证的临床价值。方法 将二维电离室矩阵面板粘贴固定在加速器EPID探测面板上,源到EPID探测面板距离为140 cm。电离室矩阵面板上加8 mm的RW3固体水以提高信躁比。选取食管癌、前列腺癌、肝癌患者计划,在圆柱形Cheese模体上照射测量5次,研究患者计划在模体中剂量验证的可行性与准确性。患者每次治疗时进行实时测量,第1次测量结果作为参考剂量,利用γ分析比较分次间剂量误差。结果采用3%3 mm标准,Cheese模体VMAT计划的γ通过率为98%左右,食管癌、前列腺癌和肝癌患者实时照射γ通过率分别约为92%、92%和94%。整个治疗过程中各分次的γ通过率都在90%以上。     

应用雷泰TPS验算治疗计划剂量可行性研究

目的 评估应用雷泰TiGRT TPS独立验算患者治疗计划剂量以实现IMRT质量保证的可行性和准确性。 方法 实验基于美国瓦里安Trilogy加速器,以LinaTech (雷泰医疗)公司的TiGRT TPS 作为剂量独立验算工具。首先根据AAPM TG-119号报告中模体数据和处方剂量的要求在瓦里安Eclipse TPS中设计模体计划,用电离室Famer 2571测量模体计划的点剂量,比较电离室测量值和不同TPS的计算值。其次选取瓦里安Eclipse TPS中已治疗的鼻咽癌患者 6例、乳腺癌术后放疗患者 8例,用TiGRT TPS对选取病例进行独立剂量验算并进行剂量比较和分析。 结果 在TG-119几何模体验证中,原计划点剂量、验算计划点剂量与测量值基本一致。在病例计算中,原计划与验算计划在乳腺癌中的差异较小,在鼻咽癌中的差异相对较大。在中心层面剂量的γ通过率评估中,所有病例在3 mm/3%的标准下的γ通过率均在90%以上。乳腺癌病例的γ通过率分别为(97.6±1.56)%和(97.1±1.10)%,鼻咽癌的通过率相对较低,分别为(92.6±3.46)%和(93.5±3.12)%。 结论 应用LinaTech TiGRT TPS进行剂量独立验算来实现调强放疗治疗保证的方法具备可行性,验证过程方便快捷,同时可基于患者解剖结构和DVH差异,更全面控制和提升放射治疗质量。     

宫颈癌IMRT计划独立三维剂量验算的初步应用与探讨

目的 评估自动计划验证系统Mobius3D (M3D)在宫颈癌IMRT中进行独立三维剂量验算的可行性。方法 随机选取20例宫颈癌病例,将其分别在Pinnacle 9.2和Eclipse13.5计划系统中进行7个野均分IMRT计划设计,达到临床要求后将两套计划系统中优化计划分别导入M3D中。观察两套TPS在传输计划过程中ROI体积变化、靶区及OAR剂量计算差异,结合γ通过率评估M3D验算计划的精确性。结果 Pinnacle9.2传输至M3D中各ROI体积差异远远小于Eclipse13.5,其最大变化差异为0.22%±0.69%,Eclipse13.5中最大变化差异为3.50%±1.89%。M3D中显示两套TPS的靶区及OAR剂量计算值差异在±1%内,经过3D重新计算后Pinnacle9.2与M3D计算结果差异小于Eclipse13.5,但其平均差异均在±3%内。靶区和OAR的γ通过率均值>95%。结论 利用自动计划验证系统进行计划验证,过程方便快捷。目前可作为计划的二次检查应用,提高IMRT计划验算精确性。     

基于三维影像解剖结构的调强剂量验证的初步研究

目的 对调强治疗计划进行点、平面和三维剂量验证,在γ通过率基础上具体分析三维解剖结构的剂量误差。方法 分别用指形电离室、Matrixx和ArcCheck测量鼻咽癌和肺癌调强治疗计划各 6例,分别比较IMRT和VMAT治疗计划中心点测量剂量偏差,并行成组t检验。比较IMRT和VMAT治疗计划在3%/3 mm、2%/2 mm标准下剂量验证的γ通过率,并行单因素方差分析。使用3DVH来分析患者靶区和OAR的测量剂量偏差。结果 IMRT和VMAT治疗计划中心点剂量平均偏差分别为(0.59±1.31)%和(－1.00±1.03)%,最大偏差均<3%。在3%/3 mm标准下,IMRT计划Matrixx、ArcCheck和3DVH的γ通过率分别为96.28%、97.55%和99.02%,VMAT计划的分别为97.24%、99.67%和98.48%。3DVH系统比较结果表明γ通过率较高情况下(3%/3 mm标准>95%),有 2例治疗计划(占总计划16.7%)测量结果中的靶区和OAR的DVH存在明显偏差,包括GTV、脊髓和脑干等在临床指标下的差异。结论 通过γ分析基于三维影像解剖结构来分析测量结果能更有效评估剂量误差对临床计划执行的影响和对临床治疗的损害。     

Compass 在食管癌IMRT三维剂量验证中应用研究

目的 探索Compass 三维QC系统在食管癌调强放疗剂量验证中的应用。方法 选取 12例食管癌病例在Eclipse 8.6治疗计划系统中进行优化设计,将计划分别传入Compass 系统和瓦里安Trilogy加速器。Compass 在患者解剖影像上重建三维剂量分布,将重建剂量与治疗计划系统计算剂量比较,验证PTV及各OAR体积γ通过率、D_mean偏差等参数。同时使用MatriXX对治疗计划做二维剂量验证,使用平面γ通过率(3%/3 mm)评估剂量验证结果。结果 二维剂量验证实际角度γ通过率普遍低于角度归零的γ通过率(P=0.018~0.001)。三维剂量验证PTV体积γ通过率>93%,D_95%、D_50%、D_2%偏离<3%;肺和心脏体积γ通过率>95%,D_mean偏离>3%;脊髓和气管体积γ通过率>98%。独立计算与TPS计算剂量有更好符合度,测量重建与TPS计算剂量偏差出现在射野边缘区域。结论 三维剂量验证可提供更多的信息全面来评价计划,对指导治疗更有意义。     

IMRT不同剂量验证技术差异性分析

目的 比对瓦里安Portal dosimetry与Matrixx剂量验证结果,分析两种验证技术差异,评估EPID剂量验证临床应用的可靠性。方法 瓦里安Truebeam加速器,配置120片MLC和非晶硅EPID系统。IBA公司Matrixx矩阵及分析软件。配置EPID 算法、进行剂量校准和使用前测试。采用sliding-window计划设计,77个病种涉及头颈部(主要是鼻咽癌)、纵隔、腹部、盆腔肿瘤。创建剂量验证计划,SDD=100 cm,机架角与治疗计划一致,获剂量图像。在加速器上执行验证计划,比对分析EPID测量与TPS计算图像,比对分析EPID与Matrixx验证结果,采用3%/3 mm标准γ分析评估。配对t检验差异。结果 对77个不同部位肿瘤调强计划EPID和Matrixx验证结果显示两者验证γ通过率均在97%以上,除头颈部癌P=1.018外余均P> 0.05)。结论 EPID与Matrixx验证结果具有较好的一致性。可以用EPID进行验证,仅对结果通过率低者用电离室矩阵复验,确保治疗安全。     

COMPASS验证系统在放射治疗中的应用研究

目的:测试COMPASS三维验证系统在临床应用中的可行性。方法:以三维水箱为基准,比较分析COMPASS系统在百分深度剂量(Percentage depth dose,PDD)、输出因子(Output factor,OUF)、离轴曲线(Profile)和绝对剂量等方面的测量数据与三维水箱所测量数据的相关性和一致性;在均匀模体和非均匀模体中验证7例患者的放疗计划,检测COMPASS系统软件的剂量计算精度和剂量重建精度;通过BallBearming模体测试COMPASS系统硬件对加速器等中心的影响。结果:COMPASS系统测量和重新计算的PDD、OUF、Profile与三维水箱测量的数据具有较好的一致性,其绝对剂量偏差均小于2.5%;COMPASS系统软件在均匀模体和非均匀模体中验证7例患者放疗计划的绝对剂量偏差均小于3%,γ通过率不低于93%,重建精度和剂量计算精度接近于计划系统(Teatmentplanning system,TPS);COMPASS系统的硬件不影响等中心的精度,在三个方向上的偏差都小于1mm。结论:COMPASS系统的独立计算功能和剂量重建功能具有类似TPS的精度,可以提供三维的剂量分布信息,为临床治疗提供安全、可靠的技术保障。     

电子射野影像系统在测量调强放疗三维剂量上的应用

目的:采用三维γ分析与靶区平均剂量评估电子射野影像系统(electronic portal imaging device,EPID)在测量调强放疗三维剂量上的应用特点.方法:首先在固体水模体中测试规则野和调强野,分析点剂量、平面γ通过率及靶区三维γ通过率的模型重建精度;再采用EPID测量80例鼻咽癌患者调强放射治疗(i...     

Dose verification in clinical IMRT prostate incidents

PURPOSE: In view of the need for dose-validation procedures on each individual intensity-modulated radiation therapy (IMRT) plan, dose-verification measurements by film, by ionization chamber, and by polymer gel-MRI dosimetry were performed for a prostate-treatment plan configuration. Treatment planning system (TPS) calculations were evaluated against dose measurements. METHODS AND MATERIALS: Intensity-modulated radiation therapy (IMRT) treatments were planned on a commercial TPS. Kodak EDR-2 films were used for the verification of two-dimensional (2D) dose distributions at 1 coronal and 5 axial planes in a water-equivalent phantom. Full three-dimensional (3D) dose distributions were measured by use of a novel polymer gel formulation and a 3D magnetic resonance imaging (MRI) readout technique. Calculations were compared against measurements by means of isocontour maps, gamma-index maps (3% dose difference, 3-mm distance to agreement) and dose-volume histograms. RESULTS: A good agreement was found between film measurements and TPS predictions for points within the 60% isocontour, for all the examined plans (gamma-index <1 for 96% of pixels). Three-dimensional dose distributions obtained with the polymer gel-MRI method were adequately matched with corresponding TPS calculations, for measurements in a gel phantom covering the planning-target volume (PTV). CONCLUSIONS: Measured 2D and 3D dose distributions suggest that, for the investigated prostate IMRT plan configuration, TPS calculations provide clinically acceptable accuracy.     

基于直线加速器虚拟源模型的蒙特卡洛剂量计算及在IMRT独立验算中的初步应用

目的：研究临床放疗蒙特卡洛剂量计算方法中虚拟源模型的可行性。方法通过蒙特卡洛方法模拟得到记录医用直线加速器机头出射粒子物理特性的相空间文件,分析提取相空间文件中粒子的种类、能谱及位置分布,建立半经验虚拟双光子源抽样模型。结合并行剂量计算引擎GMC,得到3 cm×3 cm、5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、20 cm×20 cm和30 cm×30 cm射野及2例临床调强计划的三维水模剂量分布的蒙特卡洛模拟结果,将其与水箱测量结果或医科达Monaco计划系统结果比较,以验证基于虚拟源的蒙特卡洛剂量计算的准确性。结果对5个射野下的水箱中心轴的百分深度剂量曲线以及不同深度的离轴剂量曲线,蒙特卡洛模拟结果与测量结果相差在1％以内。对2例临床调强计划, Monaco计算结果与蒙特卡洛模拟结果的三维通过率分别为98．9％和99．4％（3％／3 mm）,95．1％和95．4％（2％／2 mm）。结论基于虚拟源模型的蒙特卡洛模拟能得到准确的放疗剂量计算结果。     

Replacing pretreatment verification with in vivo EPID dosimetry for prostate IMRT

PURPOSE: To investigate the feasibility of replacing pretreatment verification with in vivo electronic portal imaging device (EPID) dosimetry for prostate intensity-modulated radiotherapy (IMRT). METHODS AND MATERIALS: Dose distributions were reconstructed from EPID images, inside a phantom (pretreatment) or the patient (five fractions in vivo) for 75 IMRT prostate plans. Planned and EPID dose values were compared at the isocenter and in two dimensions using the gamma index (3%/3 mm). The number of measured in vivo fractions required to achieve similar levels of agreement with the plan as pretreatment verification was determined. The time required to perform both methods was compared. RESULTS: Planned and EPID isocenter dose values agreed, on average, within +/-1% (1 SD) of the total plan for both pretreatment and in vivo verification. For two-dimensional field-by-field verification, an alert was raised for 10 pretreatment checks with clear but clinically irrelevant discrepancies. Multiple in vivo fractions were combined by assessing gamma images consisting of median, minimum and low (intermediate) pixel values of one to five fractions. The "low" gamma values of three fractions rendered similar results as pretreatment verification. Additional time for verification was approximately 2.5 h per plan for pretreatment verification, and 15 min +/- 10 min/fraction using in vivo dosimetry. CONCLUSIONS: In vivo EPID dosimetry is a viable alternative to pretreatment verification for prostate IMRT. For our patients, combining information from three fractions in vivo is the best way to distinguish systematic errors from non-clinically relevant discrepancies, save hours of quality assurance time per patient plan, and enable verification of the actual patient treatment.     

IMRT计划剂量验证通过率对机架角度误差灵敏度分析

目的 分析患者IMRT计划剂量验证通过率对机架角度误差的灵敏度。方法 选取 9例IMRT计划,引入机架角度误差(±2.0°、±1.0°、±0.5°)。每个病例有7个计划,1个原计划和6个带有误差的新计划。利用螺旋形半导体探测阵列(ArcCHECK)进行验证测量,得到每个病例原计划和新计划的剂量分布。分别采用绝对剂量DTA和Gamma的计算方法,3%/3 mm和2%/2 mm为评价指标,以原计划计算剂量分布为参考,分别得到每个计划的通过率。通过率行非参数Wilcoxon秩和检验。结果 当评价指标取3%/3 mm时,9例原计划的平均通过率分别为DTA方法95.2%和Gamma方法96.5%;采用Gamma方法-2.0°、2.0°、1.0°、-0.5°、0.5°机架角度误差的计划平均通过率降低了12.2%、23.5%、6.3%、0.9%、2.9%(P=0.008、0.008、0.008、0.036、0.012);采用DTA方法-2.0°、2.0°、-1.0°、1.0°、0.5°机架角度误差的计划平均通过率降低了16.2%、23.8%、1.7%、6.8%、3%(P均=0.008)。DTA方法较Gamma方法,以及2%/2 mm评价指标较3%/3 mm对机架角度误差更敏感。结论 机架角度误差越大,平均通过率下降越大。0.5°机架角度误差,IMRT计划的剂量验证也对其敏感。为保证IMRT计划执行的准确性,需要对机架角度做更加严格的质量控制和质量保证。     

剂量分布验证中分辨率对Gamma通过率的影响

目的 探讨调强放疗验证中参考分布与被评估分布的分辨率对Gamma分析结果的影响。方法 设计4种不同类型的射野,使用TPS在水体模中计算并导出剂量分布的分辨率依次为1、2、3、4、5、6 mm。对不同取样分辨率采用IBA公司OmniPro-I′mRT软件计算Gamma指数。结果 当被评估分辨率一定时,参考分辨率的改变对Gamma通过率影响很小(调强射野5%以内);当参考分辨率一定时,Gamma通过率随被评估分辨率>1 mm范围内升高有升高趋\[从6 mm升高至3 mm通过率升高(15.2±6.2)%(t=11.99,P<0.01),从3 mm升高至1 mm通过率升高(14.9±5.5)%(t=13.24,P<0.01)\]。结论 应用Gamma分析方法进行调强放疗剂量分布比较时,可将测量数据作为参考分布,无须插值;将治疗计划系统计算数据作为被评估分布,其分辨率选取1 mm较合适。     

剂量计算网格与γ评估标准对于三维晶格放疗剂量验证的影响

目的:评估剂量计算网格和γ评估标准对三维晶格放疗(lattice radiotherapy,LRT)剂量验证的影响,并确定合适的剂量计算网格和γ评估标准。方法:回顾性选取14例行LRT放疗的肿瘤患者计划,并移植到Delta4三维剂量验证模体上,使用4种剂量计算网格（1 mm、1.5 mm、2 mm和2.5 mm）创建验证计划。在4种评估标准（2%/2 mm、2%/3 mm、3%/2 mm和3%/3 mm）下进行剂量验证并获得γ通过率。最后,使用Kruskal-Wallis检验分析数据。结果:2%/2 mm和3%/2 mm评估标准的γ通过率低于2%/3 mm和3%/3 mm评估标准,2 mm和2.5 mm计算网格的γ通过率低于1 mm和1.5 mm计算网格（P＜0.05）。结论:剂量计算网格和γ评估标准影响了LRT计划剂量验证中γ通过率的准确性,LRT验证计划宜采用1.5 mm或更小的计算网格和3%/2 mm或更严格的γ评估标准。     

Assessment of extended-field radiotherapy for stage IIIC endometrial cancer using three-dimensional conformal radiotherapy, intensity-modulated radiotherapy, and helical tomotherapy

PURPOSE: To perform a dosimetric comparison of three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT), intensity-modulated radiotherapy (IMRT), and helical tomotherapy (HT) plans for pelvic and para-aortic RT in postoperative endometrial cancer patients; and to evaluate the integral dose (ID) received by critical structures within the radiation fields. METHODS AND MATERIALS: We selected 10 patients with Stage IIIC endometrial cancer. For each patient, three plans were created with 3D-CRT, IMRT, and HT. The IMRT and HT plans were both optimized to keep the mean dose to the planning target volume (PTV) the same as that with 3D-CRT. The dosimetry and ID for the critical structures were compared. A paired two-tailed Student t test was used for data analysis. RESULTS: Compared with the 3D-CRT plans, the IMRT plans resulted in lower IDs in the organs at risk (OARs), ranging from -3.49% to -17.59%. The HT plans showed a similar result except that the ID for the bowel increased 0.27%. The IMRT and HT plans both increased the IDs to normal tissue (see Table 1 and text for definition), pelvic bone, and spine (range, 3.31-19.7%). The IMRT and HT dosimetry showed superior PTV coverage and better OAR sparing than the 3D-CRT dosimetry. Compared directly with IMRT, HT showed similar PTV coverage, lower Ids, and a decreased dose to most OARs. CONCLUSION: Intensity-modulated RT and HT appear to achieve excellent PTV coverage and better sparing of OARs, but at the expense of increased IDs to normal tissue and skeleton. HT allows for additional improvement in dosimetry and sparing of most OARs.