多种三维剂量验证系统在肺癌VMAT剂量验证中的联合应用

目的 联合应用两种商用及一种自行开发的基于加速器轨迹日志(LFB)的三维剂量重建系统验证肺癌VMAT计划。方法 编程实现读取TrueBeam轨迹日志中误差并导入计划系统生成重建剂量。选18例肺癌双弧VMAT计划,用ArcCheck测量并利用3DVH重建,同时使用LFB和Compass计算模式重建。其中5例4h内由ArcCheck测2次,检测加速器重复性。将18例计划移植到建成5cm、背散4cm、中心放置有FC65-G电离室的固体水模上计算电离室平均剂量并与实测及3种重建系统重建点剂量比对。结果 加速器重复性稳定。LFB、3DVH、Compass及FC-65G实测与计划点剂量偏差≤2%。ArcCheck曲面二维,3DVH、Compass整体及LBF所有器官三维γ通过率在所有比对标准下均>90%,3DVH及Compass个别器官γ通过率低。重建剂量与原计划相比,LBF差异最小,除肺之外器官Compass差异居中、3DVH最大。结论 LBF、3DVH、Compass 3种系统能从不同方面反映肺癌VMAT剂量验证结果,联合应用三者进行剂量验证能更直观的展现出验证结果,便于后续分析。     

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。     

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。     

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EPID三维剂量验证系统的物理模型测试及临床应用的初步研究

目的 使用EPID三维剂量验证系统进行物理建模和物理参数优化,并行临床应用前的初步研究。方法 通过EPID采集3、5、10、15、20、25 cm的方野图像建立物理模型,比较在均匀水模体中系统重建的百分深度剂量、射野总散因子及10 cm深度处的离轴比曲线,优化物理模型参数。采用指型电离室和免冲洗胶片,在均匀模体和仿真人模体中测量单野、组合野及IMRT计划点剂量和平面剂量,并与系统重建结果比较。在仿真人模体和 10例不同部位IMRT计划中,比较系统重建和TPS计算的5%/3 mm、3%/3 mm标准下的γ通过率,并对临床病例进行靶区和OAR剂量体积分析。结果 对于单野、组合野以及IMRT计划,系统重建剂量和电离室测量及TPS计算的点剂量平均偏差分别<0.5%和2.0%;在均匀或仿真人模体中以及临床病例中其平面或三维剂量的5%/3 mm、3%/3 mm平均γ通过率均>95%;但临床病例中体现小体积的OAR有较大剂量偏差。结论 通过一系列临床应用前测试,明确了该三维剂量验证系统可有效应用于临床剂量验证,并有较好的临床应用价值。     

鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量预测模型建立与验证

目的 运用医学数据分析方法,建立鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量预测模型并评估其准确性。方法 从鼻咽癌治疗数据库中选取50例相同射野角度的IMRT计划,获取腮腺DVH。自编软件计算腮腺中每个体素点到靶区边缘距离,统计并生成DTH。对DVH和DTH 数据进行主成分分析,并以DVH主成分为因变量,以DTH主成分、腮腺体积和靶区体积为自变量进行多元非线性回归,构建DVH预测模型。选取另外10例鼻咽癌IMRT患者,利用模型对腮腺剂量进行预测,并与原有IMRT计划设计的DVH进行比较以验证预测模型的可靠性和准确性。结果 DTH和DVH数据97%以上信息可以通过2、3个主成分进行表示。构建的腮腺DVH模型平均拟合误差为(0±3.5)%。10例验证病例显示腮腺预测DVH曲线形状与原TPS计划结果高度一致,平均偏差(-0.7±4.4)%,模型预测的准确性高达95%。结论 该模型能有效预测鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量分布,可作为评估和验证治疗计划腮腺受量的质量保证工具。     

早期非小细胞肺癌立体定向放疗肺剂量预测研究

目的 研究基于机器学习算法的早期非小细胞肺癌立体定向放疗肺剂量预测方法和应用于计划质量控制的可行性。方法 利用机器学习算法实现剂量预测。首先,建立专家计划库,提取计划库中的几何特征信息、照射野角度和剂量体积直方图(DVH)参数,在几何及照射野特征和DVH之间建立相关模型;其次,提取专家库外10例患者的几何和照射野特征信息,利用模型预测可实现的DVH值,并将其与实际计划结果比较。结果 10例患者肺平均剂量和V20外部验证的均方根误差分别为91.95 cGy和3.12%。对肺受量高于预测剂量的2例计划进行修改,修改后肺剂量均有所降低。结论 对非小细胞肺癌患者制定立体定向放疗计划前,可根据相关数学模型提前预测肺DVH曲线作为计划评估标准,从而保证治疗计划的质量。     

早期非小细胞肺癌立体定向放疗肺剂量预测研究

目的 研究基于机器学习算法的早期非小细胞肺癌立体定向放疗肺剂量预测方法和应用于计划质量控制的可行性。方法 利用机器学习算法实现剂量预测。首先,建立专家计划库,提取计划库中的几何特征信息、照射野角度和剂量体积直方图(DVH)参数,在几何及照射野特征和DVH之间建立相关模型;其次,提取专家库外10例患者的几何和照射野特征信息,利用模型预测可实现的DVH值,并将其与实际计划结果比较。结果 10例患者肺平均剂量和V20外部验证的均方根误差分别为91.95 cGy和3.12%。对肺受量高于预测剂量的2例计划进行修改,修改后肺剂量均有所降低。结论 对非小细胞肺癌患者制定立体定向放疗计划前,可根据相关数学模型提前预测肺DVH曲线作为计划评估标准,从而保证治疗计划的质量。     

非小细胞肺癌三维适形放疗剂量体积直方图参数与放射性肺损伤CT分级的关系

目的 探讨剂量体积直方图(DVH)参数与非小细胞肺癌(NSCLC)三维适形放疗(3D-CRT)后放射性肺损伤CT分级的关系.方法 将3D-CRT治疗后CT随访6个月以上的169例Ⅰ～Ⅲ期NSCLC患者,按随访CT放射性肺损伤的表现分级(0～4级),并分为CT阳性组(2～4级)和CT阴性组(0～1级).从放疗计划中获取患者的DVH参数,分析DVH参数与放射性肺损伤CT分级的关系,评价DVH参数对放射性肺损伤的预测价值.结果 不同CT分级的全肺及患侧肺正常组织并发症概率(NTCP)值差异有统计学意义,随着CT分级的增加,NTCP相应增大.不同CT分级的全肺及患侧肺平均肺受照剂量(MLD)差异有统计学意义,随着CT分级的增加,全肺及患侧肺MLD相应增大.不同CT分级的全肺及患侧肺V20、V30和V40差异均有统计学意义,随着CT分级的增加,全肺及患侧肺V20、V30、V40相应增大.不同CT分级患者健侧肺的DVH参数差异无统计学意义.全肺、患侧肺DVH参数与患侧肺CT分级联系紧密,其中患侧肺NTCP与CT分级关联度最强(η=0.522).结论 NTCP、MID、V20、V30、V40等DVH参数与NSCLC 3D-CRT后放射性肺损伤的CT分级密切相关,可以作为评价及优化放疗计划的指标,以减少放疗后放射性肺损伤的发生.     

前列腺癌碳离子治疗直肠剂量体积直方图预测模型

目的 基于日本经验建立局部效应模型(LEM)下前列腺癌碳离子治疗直肠剂量体积直方图(DVH)预测模型,为临床降低直肠不良反应发生率提供参考。方法 收集局限期前列腺癌患者计划CT图像 76例,采用微剂量动力模型(MKM)进行治疗计划;然后,基于与MKM计划相同的射野,采用LEM重新计算生物剂量获得LEM计划,并在LEM计划中提取直肠几何特征及DVH参数。采用线性回归法对其中 61例计划信息进行建模,余 15例计划用于验证。结果 61例患者计划靶体积沿左右方向外扩1cm后与直肠交叠部分体积同直肠体积比值可作为预测直肠DVH的特征参数。15例患者预测DVH同LEM计划DVH的拟合度优(R²=0.964),基于预测DVH进一步预测直肠不良反应与基于LEM计划DVH预测直肠不良反应的结果一致。结论 线性回归方法可建立较为准确的前列腺癌碳离子治疗直肠DVH预测模型,可能为临床降低直肠不良反应发生率提供一定参考,还有待于临床大样本数据进一步验证。     

早期NSCLC无均整器模式VMAT计划剂量比较研究

目的 通过对比传统均整器(FF)模式剂量分布,研究无均整器(FFF)模式下VMAT计划对早期NSCLC的剂量分布特点,及通过三维剂量验证系统来验证TPS对FFF模式的剂量计算精度。方法 采用美国瓦里安公司TrueBeam加速器和Eclipse TPS,对2015年间收治的20例接受SBRT的早期NSCLC病例,采用4DCT模拟定位和平均密度法重建三维结构并勾画轮廓;基于同样设备参数进行FF和FFF模式VMAT的计划设计,比较靶区和OAR剂量体积参数。采用ArcCheck的DVH进行三维剂量验证和中心点绝对剂量验证,并进行两种模式计划验证结果的配对t检验。结果 两种模式CI_100%基本一致(P=0.82),FFF模式CI_80%、CI_50%低于FF模式(P=0.02、0.01)。患侧肺、全肺受量FFF模式明显减少(P均<0.01)。两种模式机器跳数相近(P=0.34),但FFF模式出束时间明显少于FF模式(P<0.01)。两种模式的DVH总通过率、γ通过率、中心点绝对剂量偏差值均相近(P=0.05、0.16、0.26)。结论 对早期NSCLC患者VMAT计划采用FFF模式比FF模式能改善剂量分布适合度,减少肺受量及患者治疗中体位变化对靶区及OAR受量的影响。通过DVH三维剂量验证证明Eclipse TPS对基于FFF的VMAT剂量计算精度能满足临床要求。     

两台直线加速器束流匹配后互换执行调强放疗计划的可行性研究

目的:探讨6MV X线调强放疗(IMRT)与容积调强弧形治疗(VMAT)计划在经束流匹配后,在两台医科达公司直线加速器(Versa HD和Synergy)上互换执行的可行性。方法:随机选取鼻咽癌、中心型肺癌、前列腺癌各12例患者影像,分别设计IMRT与VMAT计划,并采用电离室与ArcCheck对两台加速器6MV光子束...     

Cross-validation of two commercial methods for volumetric high-resolution dose reconstruction on a phantom for non-coplanar VMAT beams

Background and purpose

Delta⁴ (ScandiDos AB, Uppsala, Sweden) and ArcCHECK with 3DVH software (Sun Nuclear Corp., Melbourne, FL, USA) are commercial quasi-three-dimensional diode dosimetry arrays capable of volumetric measurement-guided dose reconstruction. A method to reconstruct dose for non-coplanar VMAT beams with 3DVH is described. The Delta⁴ 3D dose reconstruction on its own phantom for VMAT delivery has not been thoroughly evaluated previously, and we do so by comparison with 3DVH.

Materials and methods

Reconstructed volumetric doses for VMAT plans delivered with different table angles were compared between the Delta⁴ and 3DVH using gamma analysis.

Results

The average γ (2% local dose-error normalization/2mm) passing rate comparing the directly measured Delta⁴ diode dose with 3DVH was 98.2 ± 1.6% (1SD). The average passing rate for the full volumetric comparison of the reconstructed doses on a homogeneous cylindrical phantom was 95.6 ± 1.5%. No dependence on the table angle was observed.

Conclusions

Modified 3DVH algorithm is capable of 3D VMAT dose reconstruction on an arbitrary volume for the full range of table angles. Our comparison results between different dosimeters make a compelling case for the use of electronic arrays with high-resolution 3D dose reconstruction as primary means of evaluating spatial dose distributions during IMRT/VMAT verification.     

高分辨多叶准直器HD-MLC的Edge加速器TPS模型建立及测试

目的 探讨配备HD-MLC的Edge加速器Eclipse模型建立与测试。方法 利用Razor、CC13采集小野百分深度剂量、离轴曲线、输出因子并与标准数据比对。使用EBT3、EPID、 SRS1000&SRS1500测量MLC半影、穿射漏射、凹凸槽、到位准确性、DLG,并根据测试例γ通过率选出最佳DLG/透射率值。利用 FC65-G对规则野、IMRT、VMAT病例行点剂量验证。使用Octavius 4D及EBT3对测试例行面剂量验证。结果 实测PDD与标准数据一致。3、4 cm射野半影较标准值小,6 cm的较标准值大。所有方野左右边界、射野大小、射野中心偏差分布为-1.0~0.4 mm、0.2~1.7 mm、-0.3~1.9 mm、-0.1~0.8 mm。左、右MLC在不同位置处的半影平均值分别为(2.5±0.042)、(2.7±0.005) mm;MLC透射率分布为 0.009~0.016。测得的DLG、透射因子分别为0.1861 cm、0.0116,最佳DLG、透射因子分别为0.015 cm、0.014。除 1例位于低剂量区外,其余所有测试点剂量偏差均位于 ±3%内。IMRT面剂量验证局部、全局γ通过率分别为 79.81%~100%、96.3%~100%(3%/3 mm),VMAT病例上述通过率分别为 71.3%~98.9%、94.3%~99.8%。结论 本研究方法能准确地实施HD-MLC&Edge系统Eclipse模型建立与测试。     

胸段食管癌VMAT计划的剂量学验证研究

目的 探讨VMAT计划在胸段食管癌放疗中的适应性。方法 应用0.6 cm³指形电离室和COMPASS三维剂量验证系统分别对 10例胸上段、10例胸中段食管癌的VMAT计划进行绝对剂量和相对剂量的验证。应用DVH比较靶区、肺、心脏和脊髓受照剂量和体积差异,并分析GTV、CTV、PTV和OAR的γ通过率。结果 胸上、中段食管癌的等中心处绝对剂量精确度均≥99%,GTV、PTV和OAR的γ通过率均≥97%。胸上段食管癌GTV、CTV、PTV的 D_95%、D_mean的验证差异均≤3%,脊髓 D_1%差异为2.21%,左肺和右肺的 V₅~V₃₀、D_mean的差异≤2%。胸中段食管癌的GTV、CTV、PTV和OAR的 D_95%、D_mean的验证差异≤2%,脊髓 D_1%差异为2.04%。左肺和右肺的 V₅~V₃₀以 V₁₀为界差异呈逐渐增大的趋势,处于1.5%以内。心脏 D_mean的差异为2.68%。结论 VMAT技术在胸段食管癌放疗中是适用的。     

260例肿瘤患者VMAT计划验证结果的误差分析

目的 总结 260例肿瘤患者VMAT计划剂量验证结果,分析VMAT计划验证的γ通过率及其影响因素。方法 回顾2010—2012年期间 260例肿瘤患者采用2种探测器矩阵(美国MapCheck₂和瑞典Delta₄)对2台直线加速器进行VMAT前的剂量验证结果。采用γ通过率(2%/2 mm、3%/3 mm、5%/3 mm标准,阈值10%)比较验证结果与TPS计算结果之间差异,并行独立样本t检验。分析3%/3 mm标准下MLC走位精度对γ通过率的影响。结果 2%/2 mm、3%/3 mm和5%/3 mm标准下总验证结果的γ通过率平均值分别为91.7%、98.5%和99.7%,其中 3例重新进行了计划设计和优化以达到临床治疗的通过率标准。2%/2 mm标准下2种测量工具测量结果的γ通过率平均值稍有不同(90.0%∶93.5%,P=0.000),而3%/3 mm标准下2种测量工具和2台加速器之间的γ通过率均相近(98.5%∶98.5%,P=0.926和98.5%∶98.6%,P=0.670)。3%/3 mm标准下MLC校准前计划的γ通过率为61.1%,校准后的为94.9%。结论 除少数治疗计划需要重新进行设计和优化,绝大多数治疗计划的测量结果均能达到临床治疗的验证标准。在较严格的通过率标准(2%/2 mm)下臂架旋转对VMAT计划的γ通过率有一定影响。MLC校准对VMAT计划的实施非常必要。