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。     

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。     

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。     

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。     

基于ArcCHECK系统六维摆位误差校正方法精确性观察

目的 观察使用ArcCHECK系统验证全六维摆位误差校正方法的精度。方法 选取 2015年5—9月接受IMRT技术治疗的 14例鼻咽癌患者,使用CBCT获取初次治疗摆位误差。在ArcCHECK模体上模拟摆位误差,使用全六维校正方法对摆位误差进行校正。分别对正确摆位、校正误差前以及校正误差后3种情况进行计划验证。正确摆位与校正误差前后计划验证的DTA和γ通过率行配对t检验。结果 正确摆位,校正误差前及校正误差后验证的DTA、γ通过率分别为(96.76±1.57)%、(98.35±0.92)%,(59±21.42)%、(62.86±21.63)%及(91.41±4.82)%、(94.11± 4.33)%。正确摆位与校正误差前后验证的DTA通过率不同(P均<0.05),正确摆位与校正误差前后验证的γ通过率也不同(P均<0.05)。结论 全六维摆位误差校正方法应用于鼻咽癌IMRT患者的临床治疗是可行的,而且可以更好的修正误差,获得高精度的IMRT治疗剂量分布。     

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。     

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。     

ArcCHECK半导体探头特性及在容积调强弧形治疗剂量验证应用研究

目的 研究ArcCHECK半导体探头特性及在容积调强弧形治疗(VMAT)剂量验证应用。
方法 用PTWRW3型固体水模体对ArcCHECK探头测量固有敏感性、稳定性、剂量响应、剂量率响应、每脉冲剂量响应、射野大小依赖性、角度依赖性,并与PTW31010型0.125 cm³指形电离室测量值或VMAT计划系统计算值比较。随机选取211例已验证过的VMAT计划,分析计划与测量剂量分布的γ通过率差异,两两比较采用配对t检验。
结果 除角度依赖性外ArcCHECK探头其余特性均符合临床验证要求,当射束从探头底部入射时探头响应最小(180°时约为－3.9%),射束从两侧入射时响应最大(255°时约为 7.7%)。113例鼻咽癌、48例宫颈癌和50例直肠癌VMAT计划3 mm3%的γ平均通过率分别为93.5%、95.7%和97.5%,两两比较t=－12.69~－4.88,P均<0.01。
结论ArcCHECK半导体探头进行VMAT剂量验证前需精心校正,计划复杂度是影响VMAT计划验证通过率主要因素。     

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。     

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.     

鼻咽癌IMRT和VMAT计划对机器跳数和MLC误差剂量学敏感度对比研究

目的 模拟机器跳数(MU)和多叶准直器(MLC)叶片位置在计划执行时可能产生的系统误差,检测并分析鼻咽癌静态IMRT和VMAT计划对上述误差的剂量学敏感度。方法 选取5例已行IMRT的鼻咽癌计划,在相同物理参数的基础上重新制定VMAT计划,修改两组计划的MU,引入1.25%、2.50%、5.00%系统误差;同时修改计划的MLC原始文件,引入0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mm系统误差,模拟治疗计划执行过程中可能出现的叶片不到位情况。其中MLC系统误差的运动方式为两侧MLC叶片朝同个方向运动和两侧MLC叶片朝相反方向运动(射野外扩或内收)。采用线性回归分析法计算并比较IMRT和VMAT计划相对于MU和MLC系统误差的剂量学敏感度差异。结果 随着MU系统误差增加,IMRT和VMAT计划的靶区和OAR受量呈线性增加,且满足R²=0.992~1(P<0.05);对于MLC的误差,IMRT和VMAT计划的靶区和OAR相应剂量学参数的偏移误差引起的敏感度最小,分别为-0.26%/mm和-0.65%/mm;其次是外扩误差4.87%/mm和8.68%/mm,最大的是内收误差-6.04%/mm和-9.88%/mm。此外,3种类型误差中VMAT计划由误差引起的剂量学敏感度大于IMRT计划。结论 MU和MLC的系统误差对鼻咽癌IMRT计划的剂量分布有显著影响,尤其是VMAT计划。做好加速器MLC的日常QA工作对更好、更精确地实施放疗计划有着重要的意义。     

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。     

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。     

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。