中华放射医学与防护杂志  2017, Vol. 37 Issue (4): 298-301   PDF    
引用本文
郑倩倩, 杨涛, 王小深, 丛小虎, 冯仲苏, 徐寿平, 程金生. 基于电子射野影像系统与加速器日志文件重建模体内剂量的初步比较[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2017, 37(4): 298-301, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2017.04.008.
基于电子射野影像系统与加速器日志文件重建模体内剂量的初步比较
郑倩倩1, 杨涛2, 王小深2, 丛小虎2, 冯仲苏1, 徐寿平2, 程金生1     
1. 100088 北京 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室;
2. 100853 北京 解放军总医院
收稿日期: 2016-11-10
通信作者: 程金生, Email:chengjs3393@163.com
[摘要] 目的 研究基于电子射野影像系统（EPID）与加速器日志文件（dynalogs file）重建模体内剂量的差异性。 方法 收集12例盆腔患者的容积旋转调强（VMAT）计划，将计划信息复制到“Cheese”模体上重新计算剂量，而后在瓦里安加速器（RapidArc）上执行，“Cheese”模体置于等中心处获取射野影像（EPI），将EPI传入EPIgray软件中重建剂量。同时利用Mobius软件调用加速器日志文件，实现对模体计划剂量的重建。以A1SL型号的电离室和配套的剂量仪测量整个计划执行结束后射野等中心（电离室中心）处剂量值，在计划系统（TPS）中读取电离室敏感体积体内的平均剂量值（设置电离室中心与等中心重合）。 结果 电离室测量值与TPS中读取的等中心处剂量值相比，两者偏差为1.31%。两种方式重建的射野等中心的剂量分别与电离室测量数值相比，差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论 两种重建体内剂量的方法均能为VMAT在体剂量验证提供参考。
[关键词] 电子射野影像系统     日志文件     容积旋转调强放疗     在体剂量测量    
The preliminary comparison of the reconstructed doses with electronic portal imaging device (EPID) and dynalogs files for in vivo phantom dosimetry
Zheng Qianqian1, Yang Tao2, Wang Xiaoshen2, Cong Xiaohu2, Feng Zhongsu1, Xu Shouping2, Cheng Jinsheng1     
1. Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China;
2. Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China
Corresponding author: Cheng Jingsheng, Email:chengjs3393@163.com
[Abstract] Objective To study the difference of the constructed doses between electronic portal imaging device (EPID) and dynalogs files of linac for in vivo phantom dosimetry. Methods Twelve pelvic patients treated with volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans were selected and the information of each plan was copied to the "Cheese" phantom to recalculate the doses before delivered on Varian RapidArc Linac. The "Cheese" phantom was placed on the isocenter and the electronic portal image (EPI) formed by the EPID was sent to EPIgray software to reconstruct the actual delivered doses. Meanwhile, dynalogs files were respectively imported to the Mobius software to reconstruct the actual delivered doses too. The point dose in the center of each VMAT plan (the center of the effective sensitive volume of ionization chamber) was measured by the A1SL ionization chamber. At the same time, the dose of sensitive volume of ionization chamber from treatment planning system (TPS) was recorded. Results The relative deviation between the dose from TPS and the measurement results by the ionization chamber was 1.13%. The difference between the reconstructed doses of EPID-based or the "dynalogs file"-based with the measurement results by the ionization chamber was not statistically significant (P>0.05). Conclusions The two methods of dose reconstruction can provide reference for in vivo dosimetry of VMAT.
[Key words] Electronic portal imaging device     Dynalogs files     Volumetric modulated arc therapy     In vivo dosimetry    

近年来，随着放疗新技术的发展，放疗执行过程中患者受照剂量质量控制的要求越来越高。靶区剂量偏离最佳处方剂量的5%时，就可能降低治疗增益比，甚至导致治疗失败[1]。因此，精确放疗技术剂量学质量控制至关重要。在体剂量测量已经广泛应用于放疗，通过测量可以发现由计划传输、机器故障及患者解剖结构发生变化等方面原因导致的剂量偏差[2]，从而避免治疗过程中由剂量偏差导致的医疗过失[3-4]。目前，有多种方法可以实现在体剂量测量。有研究者将热释光剂量计或者半导体探测器置于患者皮肤表面或者置于患者体内某一感兴趣点来进行在体剂量测量[5]。但是这种方法操作过程比较繁琐。利用加速器自带的电子射野影像系统 (EPID) 或治疗设备产生的日志文件 (dynalogs files) 重建体内剂量的方法也可以作为剂量学质量控制方法应用于放疗临床中[6-10]。

本研究旨在通过与电离室测量数值相比较，研究基于EPID与“dynalogs file”重建模体内剂量在容积旋转调强放疗 (VMAT) 中的剂量学差异，为在体剂量监测提供参考，同时也为医用辐射防护监测网相关项目做一些前期研究工作。

材料与方法

1.计划设计及数据采集：选取12例盆腔患者图像，利用Eclipse v.10(美国Varian Medical Systems) 治疗计划系统 (TPS) 制定VMAT患者计划，并将射野信息、靶区和危及器官等移置到美国Standard Imaging公司的“Cheese”模体上。把电离室单独作为一个器官，设置射野等中心和电离室中心重合，重新计算模体上的剂量分布。所有计划均采用3A (AAA) 算法，计算网格为1 mm。而后，将模体计划传输到Varian RapidArc直线加速器上，以“Cheese”模体代替患者摆位、复位，将电离室置于等中心处进行数据采集。利用EPID进行图像采集之前，对EPID进行简单的校准，包括本底野的校正 (dark field)、泛野校正 (flood field)，以及在集成模式下采集一幅射野影像，获得灰度图像的校正系数。

2. “Cheese”模体和A1SL型号的电离室：“Cheese”模体是一个水等效圆柱形模体，直径30 cm、厚度18 cm，由特定的均质材料制成。模体上有32个电离室空腔和20个密度棒插孔，均匀的分布于6.5到11 cm的半径区域。所使用的A1SL电离室 (Standard Imaging，美国) 的灵敏体积为0.06 cm3、内径2 mm，外径4 mm。

3.剂量重建

(1) EPIgray (DOSISOFT S.A Cachan，法国) 软件的剂量重建：对于美国瓦里安公司生产的RapidArc设备，VMAT治疗方式，在连续获取图像的模式下，源到EPID影像板中心的距离 (SID) 等于150 cm条件下进行图像采集。平均1 s采集8帧图像生成一射野影像 (EPI)，加速器机架在一幅EPI的采集时间内大约旋转5°，采集到的影像存储在美国瓦里安公司的ARIA®网络系统的数据库里，并将计划图像、剂量、组织以及射野影像从TPS上传输到EPIgray客户端软件中。EPIgray采用基于“限定的组织最大比 (finite TMR)”的方法重建模体体内感兴趣点的剂量值。

(2) Mobius (Mobius Medical Systems, 美国) 软件的剂量重建：Mobius FX主要通过采集加速器执行计划产生的日志文件 (dynalogs files) 重建剂量。加速器在执行计划过程中，平均每50毫秒记录一次日志文件并自动存储在多叶光栅 (MLC) 工作站和四维集成治疗控制台 (4D integrated treatment console，4DITC) 中，PeerSync将自动复制这些日志文件并将其传输到TPS网络中。“dynalogs files”包含出束状态、单次剂量 (非绝对跳数)、计划设计以及传输时叶片位置、铅门的位置、准直器和机架角度等信息。Mobius FX读取来自于TPS的DICOM格式的CT数据集和计划数据，调用“dynalogs files”在相同的CT图像上利用倒锥卷积/叠加算法 (CCC/S) 计算模体上的剂量分布。

4.统计学处理：采用SPSS 22.0软件进行分析。所有数据均进行正态性检验符合正态分布。分别对电离室测量值与基于EPID重建值、电离室测量值与基于“dynalogs files”重建值进行配对t检验。P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

剂量获取方式及结果分析：本研究中采用12例盆腔患者VMAT放疗计划，分别通过EPID结合EPIgray以及“dynalogs files”结合Mobius两种方法重建射野等中心的点剂量值。与此同时，采用电离室实时获取射野等中心处的剂量值。将电离室测量值与TPS中读取电离室敏感体积体内的平均剂量值 (近似代替等中心处剂量值) 相比较，而后将重建值与电离室测量结果相比较，结果显示具有较好的一致性。

基于EPID影像用EPIgray重建射野等中心 (电离室中心) 点剂量值，基于“dynalogs files”用Mobius重建射野等中心 (电离室中心) 处剂量值以及用电离室测量的结果分别列于表 1。电离室测量值以及基于EPID和日志文件的重建平均值分别为 (2.31±0.41)、(2.28±0.39) 和 (2.33±0.43) Gy。电离室测量值与计划系统计算值相对偏差为1.31%。两组重建值与电离室测量值之间比较，差异均无统计学意义 (P>0.05)。

表 1 基于EPID、日志文件重建射野等中心剂量与电离室测量结果比较 (Gy) Table 1 Comparison of the delivered doses between the measurement results of ionization chamber and the reconstruction results of EPID-based and "dynalogs files"-based (Gy)

讨论

近年来，基于EPID重建体内剂量验证方法逐步得到推广，其中一方面重要的原因就是剂量验证软件的广泛出现，如EPIDose (Sun Nuclear，美国)、Portal Dosimetry (Varian Medical Systems，美国) 和EPIgray (DOSISOFT S.A Cachan，法国) 等。基于日志文件的剂量验证，是通过采集计划执行过程中形成的日志文件并借助CCC/S算法来实现的[11]，无需胶片、电离室等剂量接收装置。基于完整、可靠的日志文件的重建体内剂量可以辅助VMAT计划验证[12]。

在放疗过程中，在体剂量测量是监测患者所受剂量的最直接、最有效的方法。Mccurdy[13]和Lin等[14]认为，EPID可成为一个准确而有效的剂量监测方法。使用EPID的优点主要是设备容易操作，且EPID探测器具有良好的图像质量、高光学转换效率、较大成像区域和高抗辐射性等特点，同时还具有良好的线性剂量响应特性[15]，但是验证结果可能受到测量摆位条件等的影响，也无法探测机架角度误差造成的影响[9]。本研究中，基于EPID获取射野影像重建剂量的工具借助于商用软件EPIgray完成。实验之前，需要对EPID进行刻度，确保其像素具有相似的剂量响应，保证其机械精度在1 mm范围内[14]。本研究中，EPIgray重建射野等中心点剂量，与TPS中读取的等中心的点剂量值比较，结果一致性较好，但是EPIgray无法重建体内的剂量分布。EPIgray投入使用之前，其物理模型的确认过程至关重要。关于EPIgray模型的确认，需要采集以下几方面的数据：CT机的电子密度刻度曲线；采集加速器设备每一档能量的离轴比曲线 (beam profiles)、百分深度剂量 (PDD) 和射线质 (开放野和楔形野)；将EPID信号转换成水中的剂量值校正因子 (CF)；对治疗床的衰减校正数据。最后，需要将“finite TMR”测量数据导入EPIgray数据库中来完成模型的确认。

基于加速器日志文件重建体内剂量的是另一种剂量验证方法，是对加速器执行结果的反馈进行剂量重建，无需胶片、电离室等剂量接收装置，但是日志文件记录信息的准确性尤为重要。Agnew等[16]的研究表明，日志文件记录的MLC叶片的位置和真实位置有偏差。Neal等[17]的研究表明，日志文件记录MLC叶片的位置和真实位置的偏差甚至能达到1 mm以上，但是可以通过常规的质量保证和质量控制相结合，保证日志文件能反映更准确的信息。本研究中，基于“dynalogs files”重建模体内剂量方法，借助于商用软件Mobius完成。Mobius重建电离室灵敏体积的平均剂量值，与电离室实际测量结果比较，结果一致性较好。另外，Mobius还能重建体内剂量分布，对临床患者的剂量学质量控制方面更有参考意义。Mobius物理模型的建立需要射线能谱、射野输出因子、离轴比曲线等治疗系统的关键参数建立权重束流模型。束流模型确认后，积分通量的计算成为剂量计算的基础。通量计算中对运动的MLC的简化处理会造成剂量计算精度的误差。但实际上计划执行结果不但取决于加速器执行计划的准确性，还取决于加速器各项参数校准的准确性，如加速器角度、MLC位置、剂量校准的准确性等，只有将这些因素都考虑进去，得出的重建剂量才能更接近实际剂量。

综上所述，基于EPID结合逆向重建算法可将EPID采集的图像信息换算成模体或者患者体内的剂量，从而实现了模体或患者体内计算和投照的剂量分布的比较，在在体剂量验证方面具有明显的优势。基于日志文件重建模体内的剂量的方法操作简单，无需患者或模体等剂量接收装置，也具有一定的参考价值。本研究致力于为在体剂量监测提供一定的参考，同时也为医用辐射防护监测网相关项目做了一些前期研究工作。

利益冲突 本人与本人家属、其他研究者，未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益，在此对研究的独立性和科学性予以保证
作者贡献声明 郑倩倩进行实验，收集数据后统计并起草论文；杨涛、王小深、丛小虎负责计划设计；冯仲苏、徐寿平、程金生指导监督实验进行，修改论文
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