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。     

Delta4模体通过率与其角度依赖性研究

目的 研究瑞典ScandiDos公司的Delta4模体在VMAT计划验证时摆位不确定性偏转对γ通过率的影响。方法 从接受VMAT患者中随机抽取2个头颈部、2个肺部和1个盆腔部位共5个病例。在Eclipse8.6 TPS中分别对5个病例的放疗计划制作验证计划,采用Delta4在瓦里安Clinac IX直线加速器下做剂量验证测量。在Delta4模体精确摆位后,分别将模体以直线加速器等中心为中心在水平方向偏转一定角度,完成11次剂量验证测量。分析Delta4模体发生偏转后对γ通过率的影响。结果 Delta4模体依次偏转0.0°、0.2°、0.4°、0.6°、0.8°、1.0°、1.2°、1.4°、1.6°、1.8°、2.0°时测量所得γ通过率略有下降,但均>90%(剂量偏差为3%,吻合距离为3 mm)。结论 Delta4在VMAT计划验证中,在模体摆位不确定性偏转≤2°范围内,其γ通过率对模体摆位的不确定性偏转无依赖性,而在模体不确定性偏转后剂量偏差、吻合距离的通过率均发生明显变化。     

加速器运行误差对盆腔肿瘤容积旋转调强放疗计划剂量验证的影响

目的 研究加速器机架旋转角度、机器跳数(MU)、准直器到位和多叶准直器(MLC)叶片到位等误差对容积旋转调强放疗(VMAT)计划剂量验证γ通过率的影响。方法 选取已行VMAT的直肠癌和宫颈癌各10例,分别引入加速器各参数运行误差。通过比较引入误差计划与临床计划的剂量验证γ通过率,分析各参数误差对γ通过率的影响及其敏感性。结果 评价指标取3%/3mm、3%/2mm和2%/2mm时,引入机架旋转误差、机器跳数误差和准直器到位误差后的直肠癌和宫颈癌计划相比临床计划的剂量验证γ通过率变化均<7.0%,引入两侧MLC叶片反向、相向、同向运动误差后,每毫米误差导致绝对剂量验证γ通过率变化分别<19.13%、18.53%、0.19%,19.87%、20.01%、0.42%和23.11%、23.45%、0.65%。结论 执行VMAT计划时,相比机架旋转角度误差、机器跳数误差、准直器到位误差和MLC叶片同向偏移误差,MLC叶片反向或相向运动误差对绝对剂量验证γ通过率的影响更加明显,评价指标取3%/3mm、3%/2mm和2%/2mm时绝对剂量验证γ通过率受加速器各参数误差影响依次递增。执行特定患者剂量验证时,应适当使用评价指标并以绝对剂量验证γ通过率为评估计算和测量剂量分布一致性的参考指标。     

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光子束实施患者个体化放疗验证并比较其差异性。结果 利用电离室实测Versa HD和Synergy加速器点剂量与计划系统相比偏差分别为(0.32±1.32)%与(0.54±1.29)%。所有计划差异均在 ±3%范围内,两加速器点剂量相比偏差均在 ±2%范围内,且差异无统计学意义(均 P>0.05)。对ArcCheck验证结果进行绝对γ分析,显示所有计划在2mm/3%与3mm/3%标准及10%阈值条件下通过率均超过95%且其两加速器平均通过率差异仅为0.19%(2mm/3%)与0.09%(3mm/3%)。结论 IMRT/VMAT计划在两加速器上执行结果均满足临床要求且双方差异微小,可实现相同计划在不同加速器上互换执行。     

基于TG119报告测试病例对VMAT技术剂量学验证结果的初步研究

目的 初步探讨利用TG119报告对容积旋转调强放疗(VMAT)计划进行评估的可行性。方法 选取6 MV和10 MV能量的X射线,针对TG119报告中的测试病例,在Eclipse治疗系统中依照TG119报告中的要求设计7或9个野的IMRT计划和双弧VMAT计划,采用电离室、MatriXX和Delta 4进行剂量验证,并将结果与TG119报告中多机构测试的结果进行对比。结果 IMRT和VMAT计划在系统中的剂量指标均达到了TG119报告中的要求。在靶区测量点和危及器官测量点,不同能量光子束的VMAT计划的点剂量误差为±2.55%,IMRT计划的点剂量误差为±1.85%。使用6 MV和10 MV能量的X射线时,IMRT计划的平均γ通过率(±3%/3 mm)为99.38%和99.53%,VMAT计划的平均γ通过率(±3%/3 mm)为99.32%和99.46%,复合射野的γ通过率均在98%以上。结论 6 MV和10 MV能量光子束的VMAT计划均满足TG119报告验证标准。TG119报告对VMAT技术的剂量学验证基准的确定有一定指导意义。     

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。     

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。     

不同三维探测器对鼻咽癌VMAT计划MLC位置误差探测灵敏度的研究

目的 研究鼻咽癌容积旋转调强(VMAT)计划剂量验证中,Delta⁴和ArcCHECK两种三维探测器对多叶准直器(MLC)叶片位置误差检测的灵敏度。方法 选取10例鼻咽癌VMAT计划,对原始文件中每个MLC子野的叶片分别引入0.5~4.0 mm的位置误差,使子野整体扩大、缩小或偏向一侧平移,模拟VMAT治疗中MLC可能出现的位置误差。分别用Delta⁴和ArcCHECK进行验证测量,比较计划系统计算值与测量结果的γ通过率并行配对t检验。结果 当评价标准取3 mm/3%时,两种探测器所有患者的原计划验证绝对剂量γ通过率均>95%,Delta⁴和ArcCHECK可以检测出的MLC外扩、内收以及平移误差分别是1.5、1.0、2.0 mm和3.0、1.0、3.0 mm;而取2 mm/2%评价标准时,患者原计划验证绝对剂量γ通过率有较大幅度下降,此时Delta⁴和ArcCHECK能检出的MLC外扩、内收和平移误差分别是1.0、1.0、2.0 mm和1.5、0.5、2.0 mm。结论 Delta⁴和ArcCHECK鼻咽癌VMAT计划的剂量验证可以检测出不同类型和大小的MLC位置误差,但两者的检测灵敏性略有差异,而对<1.0 mm微小误差的检测都不够敏感,日常工作中仍需加强MLC的质量保证。     

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。     

基于AAPM-TG218报告对调强放疗计划剂量验证容差和干预限值的初步研究

目的 基于AAPM-TG218号报告对河南省肿瘤医院的调强计划进行分类剂量验证,以了解剂量验证的现况,建立剂量验证的流程和确定限值。方法 对河南省肿瘤医院不同肿瘤、加速器、计划系统和验证设备的组合进行验证比较,确定各项组合的容差限值和干预限值。测量要求按照报告进行,各项测量选取80例患者,测量流程按报告要求及临床经验建立的流程进行。结果 本研究调强计划剂量验证临床干预限值基本能达到报告所建议范围,而容差限值稍低于报告所建议(3%/2mm时为93.94%)。验证设备测量与敏感性有关,电子射野影像装置所测量的容差限值高于ArcCHECK,尤其在剂量/距离要求更加严格情况下(3%/2mm时为94.12%和92.03%,P=0.074;2%/2mm时为86.82%和74.61%,P=0.017)。结论 通过AAPM-TG218号报告,建立了河南省肿瘤医院调强验证工作流程和限值范围,为以后临床剂量测量工作提供了指导。     

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。     

基于DVH目标函数的VMAT计划设计研究

目的 研究基于DVH目标函数设计VMAT计划的新方法, 并应用到临床食管癌患者中评估所得计划的剂量学特性和计划效率。方法 对12例胸段食管癌患者以常规VMAT计划方式为参照, 分别采用基于多目标优化DVH (MCO-DVH)目标函数和重叠体积预测DVH (OVH-DVH)目标函数设计两组VMAT计划, 评估所得VMAT计划的剂量学特性、计划效率。配对t检验组间差异。结果 基于DVH目标函数的两组VMAT计划均满足临床要求, 与常规VMAT计划相比, 靶区适形指数和均匀指数较优(0.77∶0.72, P=0.017和0.10∶0.12, P=0.047);MCO-VMAT计划中OAR双肺V₅和脊髓V₅₀优于常规VMAT计划组(54.66∶60.23, P=0.013和0.98∶0.49, P=0.037), 其他参数相近;与常规VMAT计划时间相比, 基于DVH目标函数的VMAT计划设计时间明显缩短(8.2∶19.5, P=0.023)。结论 与常规VMAT计划设计方法相比, 基于理想DVH目标函数设计VMAT计划可实现靶区剂量分布更均匀的同时, 更好保护OAR且可提高计划效率。     

VMAT患者剂量验证方法的评价分析

目的 比较分析VMAT不同剂量验证方法的γ通过率是否存在差异性。 方法 用Octavius 4D系统对 12例癌症患者不同解剖部位VMAT计划分别进行旋转照射3D剂量分布和2D剂量分布及机架归零2D剂量分布剂量验证,以3%/3 mm和2%/2 mm标准分析γ通过率,并行配对t检验或Wilcoxon符号秩检验。将不同照射方式的2D剂量分布比较分析得到3%/3 mm和2%/2 mm标准的γ通过率。 结果 旋转照射3D剂量分布、2D剂量分布、机架归零2D剂量分布平均γ通过率分别为3%/3 mm时96.03%、96.98%、98.90%(P=0.227、0.000、0.003),2%/2 mm时分别为82.08%、84.04%、90.90%(P=0.379、0.000、0.000)。不同照射方式2D剂量分布比较分析得到平均γ通过率分别为 98.99(3%/3 mm)和93.68%(2%/2 mm)。 结论 VMAT计划在旋转照射条件下对3D剂量分布进行验证,验证结果才能更真实的反映实际照射情况,更具有参考性。     

电子射野影像装置在容积调强旋转放疗多叶准直器到位精度质控中的应用

目的 研究利用电子射野影像装置（electronic portal imaging device,EPID）检测容积调强旋转放疗（volumetric-modulated arc therapy,VMAT）执行过程中多叶准直器（multileaf collimator,MLC）到位精度的方法。方法 随机选取了8例鼻咽癌患者的放疗计划进行分析,通过二维电离室矩阵进行剂量学验证,得到剂量验证通过率。借助Heimann Imaging Software拍摄软件和医科达Synergy直线加速器机载EPID,获取VMAT计划执行过程中MLC的到位信息,通过梯度检测算法获取MLC实际位置,并与VMAT计划中规定的MLC位置进行比较,得到MLC的位置误差,计算计划通过率。结果 8例鼻咽癌患者的放疗计划在评价标准为3%/3 mm时,剂量验证通过率是（94.8±2.1）%;当叶片到位误差允许值为1 mm时,叶片验证的通过率是（91.1±4.0）%。结论 8例VMAT计划全部通过了剂量验证,但仍存在不同程度的叶片到位误差,因此只对VMAT计划进行剂量验证是不够的,对VMAT计划剂量的验证需要对MLC进行专门的质量控制。通过EPID进行MLC到位精度的检测能够提供更详细、更深入的质控信息,为VMAT技术的开展提供更多的保障。     

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。     

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.     

食管癌多原发肿瘤调强放疗与三维适型放疗的剂量学对比研究

  目的  在食管多原发癌中比较三维适型、静态调强、容积调强放疗计划的剂量分布。  方法  中山大学肿瘤防治中心放疗科收治的7例食管多原发癌患者, 利用CT模拟定位勾画靶区, 临床靶区包括全食管及全纵隔淋巴结引流区, 计划靶区为临床靶区外扩5 mm, 同时设计3DCRT、7野IMRT和单弧VMAT计划, 比较各个放疗计划靶区及危及器官受照射剂量体积。  结果  靶区内最低剂量IMRT与VMAT明显高于3DCRT[D99:(49.4±0.8)Gy, (49.2±0.7)Gy, (43.9±2.8)Gy, P < 0.001];IMRT、VMAT与3DCRT计划比较, 双肺V30稍低、V5明显升高(V30:11.8%±2.5%, 10.5%±2.1%, 13.2%±2.1%, P=0.096;V5:92.5%±3.2%, 93.6%±5.6%, 68.5%±2.1%, P < 0.001);心脏V30明显减少, 脊髓最高剂量明显降低。VMAT与IMRT计划在靶区均匀性、危及器官照射剂量体积无明显差异, VMAT较IMRT治疗时间明显缩短[(3.0±0.6)min, (6.2±0.2)min, P < 0.001]。  结论  调强设计明显改善处方剂量95%以上剂量覆盖的靶区体积, 降低心脏的V30及脊髓最高剂量, 但同时明显增加全肺V5体积。由于V5体积高于目前的推荐限制剂量, 调强设计全食管/全纵隔放射治疗需要谨慎。另外单弧VMAT与IMRT计划剂量分布无明显区别, 可使治疗时间缩短52%。