中华放射医学与防护杂志  2020, Vol. 40 Issue (2): 129-133   PDF    
引用本文
杨春勇, 周媛媛, 曹兴江, 杜翔, 罗素明, 薛娴, 何志坚, 王进. 江苏省8台加速器调强放疗靶体积和危及器官剂量及二维剂量分布验证方法研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2020, 40(2): 129-133, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2020.02.010.
江苏省8台加速器调强放疗靶体积和危及器官剂量及二维剂量分布验证方法研究
杨春勇1 , 周媛媛1 , 曹兴江1 , 杜翔1 , 罗素明2 , 薛娴2 , 何志坚2 , 王进1     
1. 江苏省疾病预防控制中心放射防护所, 南京 210009;
2. 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, 北京 100088
收稿日期: 2019-04-02
基金项目: IAEA资助项目（CPR/17821）；江苏省流行病学重点学科（ZDXKA2016008）；江苏省医学创新团队（CXTDA2017029）
通信作者: 王进, jinwang@jscdc.cn
[摘要] 目的 用热释光剂量计（TLD）及免冲洗胶片（film）测量调强放射治疗靶体积（TPV）、危及器官（OAR）剂量和二维剂量分布验证方法。方法 选择8台医用直线加速器（瓦里安、医科达、西门子），国际原子能机构（IAEA）提供的聚苯乙烯专用模体，经CT扫描，影像传给放射治疗计划系统（TPS）制定治疗计划，勾画PTV，OAR的处方剂量，计算相应的监督单位（MU），能量6 MV X射线束，对模体实施调强放疗（IMRT）照射。照射后的TLD和胶片邮寄至中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所二级标准剂量学实验室测量和估算。结果 按IAEA要求，对于靶体积和危及器官剂量，TLD测量剂量值与TPS计划剂量值的相对偏差为±7.0%。靶体积结果表明，8台加速器的TLD测量值与TPS计划值的相对偏差为0.6%~5.9%，符合要求。危及器官结果表明，8台加速器的TLD测量值与TPS计划值相对偏差为-0.6%~7.0%，符合要求。按IAEA要求，二维剂量分布3 mm/3%通过率为90%。8台加速器的胶片测量与TPS计划二维剂量分布通过率为90.2%~100.0%，符合要求。结论 用TLD和放射性免冲洗胶片验证调强放射治疗靶体积、危及器官和二维剂量分布通过率，方法可行，可推广大范围运用到质量核查中，也可用于医院内部核查。
[关键词] 调强放射治疗    免冲洗胶片    靶体积    危及器官    二维剂量分布    
Verification of doses to PTV and OAR and 2D dose distribution in IMRT for 8 accelerators in Jiangsu province
Yang Chunyong1 , Zhou Yuanyuan1 , Cao Xingjiang1 , Du Xiang1 , Luo Suming2 , Xue Xian2 , He Zhijian2 , Wang Jin1     
1. Department of Radiation Protection, Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention, Nanjing 210009, China;
2. 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
Fund programs: IAEA′ s Funding Project (CPR/17821); Jiangsu Province′ s Key Medical Discipline of Epidemiology (ZDXK A2016008); Jiangsu Province′ s Outstanding Medical Academic Leader Program (CXTD A2017029)
Corresponding author: Wang Jin, Email:jinwang@jscdc.cn
[Abstract] Objective To validate the method for measuring the TPV and OAR doses and 2D dose distribution in IMRT through using TLD and radiochromic film. Methods Eight medical linear accelerators (Valian, Elekta, Siemens) were selected. The polystyrene phantom provided by IAEA was CT scanned and the image obtained was transferred to TPS for formulation of treatment plan, prescription of PTV and OAR doses and calculation of corresponding monitoring unit (MU), IMRT was performed on the phantom using 6 MV X-ray. Irradiated TLDs and films were measured and evaluated at the Secondary Standard Dosimetry Laboratory at the Radiation Safety Institute of Chinese Center for Disease Control and Prevention. Results According to IAEA requirement, the relative deviations between TLD-measured and TPS-planned doses were within±7.0% for the prescribed PTV and OAR doses. As measured result, the PTV values for 8 accelerators were in the range of 0.6% to 5.9%, consistent with the IAEA requirements, whereas the OAT values for 8 accelerators were within -0.6% to 7.0%, consistent the requirements. As IAEA required, the 2D dose distribution passing rate of 3 mm/3% should be higher than 90%. The film-measured and TPS-planned values for 8 accelerators were within 90.2% to 100.0%, consistent with the requirements. Conclusions TLD and radiochromic film are feasible in validating the PTV and OAR doses and the 2D dose distribution pass rate in IMRT. This method can be widely used in quality audit and internal verification in IMRT in medical institutiions on a large scale.
[Key words] Intensity modulated radiation therapy    Radiochromic film    Planned target volume    Organ at risk    Two-dimensional dose distribution    

调强放射治疗(IMRT)是近年来临床放射治疗最常用、最精确的放疗技术，特点是照射野的形状必须和靶区形状一致，国际放射单位与测量委员会(ICRU)50号和62号报告，明确了肿瘤靶区(GTV)、临床靶区(CTV)、计划靶区(PTV)和危及器官(OAR)定义。该技术是在肿瘤靶区适形的前提下，通过多叶准直器(MLC)叶片运动，将每个角度的射野分成数量不等，形状各异，面积不同，MU数不同的小子野，形成靶区高剂量与正常组织低剂量的适形野，造成射野边缘存在比较陡峭的射野梯度，这种不均匀的剂量分布临近肿瘤和重要组织器官，如果出现剂量计算以及位置偏差等，可能造成治疗靶区超剂量或欠剂量，正常组织超剂量的放射性事故[1]。因此对患者进行IMRT前，治疗剂量的验证至关重要[2]。本次IMRT的剂量验证方法探讨，是将治疗计划移植到模体上，通过与点剂量，二维或三维剂量的验证比较，完成质量控制，确保治疗的准确和安全[3]。2013—2016年，国际原子能机构(IAEA)与世界范围内18个国家协作，共同研究IMRT剂量质量核查方法，我国是参与国家之一。本研究在IAEA技术指导下，在江苏省选择8家医院不同型号的加速器进行验证方法研究，并做报道。

1、材料与方法

1.研究对象及治疗设备：选择江苏省质量控制工作较好的8家医院的8台医用加速器的，性能参数见表 1。

表 1 江苏省 8 台医用直线加速器性能参数 Table 1 Performance parameters of 8 medical linear accelerators in Jiangsu province

2.材料：热释光剂量计(TLD)，放射性免洗胶片(EBT3)，Film QA Pro专业γ分析软件(美国Ashlan公司)，Epson10000X扫描仪，型号：Epson10000X(日本爱普生公司)，聚苯乙烯IMRT专用模体(IAEA提供)，该模体是模拟头颈部肿瘤设计的。

3.方法

(1) 组装模体：TLD剂量计7支，其中2支作为检查靶体积水平方向上段和下段处方剂量，2支作为检查危及器官水平方向上段和下段处方剂量，1支作为扣除运输、存储期间环境影响，另外贴在模体外表面的2支作为扣除IMRT模体CT扫描时的剂量，TLD插入IMRT质量保证模体截面图见图 1。

图 1 质量保证模体截面图 Figure 1 Sectional view of polystyrene phantom

(2) 模体CT扫描：在模体两侧及上部放置用于确定中心位置的铅点，将模体放在CT扫描机床，应用水平尺及激光对准模体中心，保证模体位置的精确性，选择头部条件扫描，分辨率≤2.5 mm。

(3) 放射治疗计划系统(TPS)制定治疗计划：CT图像传入治疗计划系统，建立坐标系，勾画靶体积和危及器官上段和下段4管TLD影像。能量6 MV X射线, 计算靶体积处方剂量，靶体积95%保证2 Gy处方剂量，< 1%的靶体积应得到93%的处方剂量。危及器官最大处方剂量≥1.4 Gy，在计划中的任何位置最大剂量≤2.2 Gy，使用6 MV X射线束，给予PTV处2 Gy的处方剂量，计划系统计算网格用TPS支持的最小的网格，一般是1 mm×1 mm，本次实验中8台医用加速器都是采用1 mm×1 mm。用7个野的调强计划(本省有3家选择了动态调强，5家选择了静态调强模式)照射模体，应尽量避开机床，从而减少机床对射线的衰减。

(4) IMRT模体照射：模体水平放到治疗床上，模体表面的十字线与射线束中心对齐，按照调强治疗计划(静态或者动态调强)，照射模体时，入射角分别为0°、52°、102°、152°、200°、250°和300°，实施照射两次。照射后的TLD和胶片邮寄给外部核查组(EAG)进行测量和计算。

2、结果

1.靶体积剂量结果：TLD测量剂量值与TPS计划剂量相对偏差结果列于表 2。表 2结果显示，8家医院的TLD测量值与TPS计划值的相对偏差在0.6%~5.9%范围内，符合IAEA最大不超过±7%的要求。

表 2 江苏省8台医用加速器靶体积的TLD测量值与TPS计划值比较结果 Table 2 Comparison of TLD-measured and TPS planned values for PTV for 8 medical accelerators in Jiangsu province

2.危及器官结果：TLD测量剂量值与TPS计划剂量相对偏差结果列于表 3。表 3结果显示，8家医院的TLD测量值与TPS计划值的相对偏差在-0.6%~7.0%范围内，符合IAEA最大不超过±7%的要求。

表 3 江苏省8台医用加速器危及器官的TLD测量值与TPS计划值比较结果 Table 3 Comparisons of TLD-measured and TPS-planned values for OAR for 8 medical accelerators in Jiangsu province

3.二维剂量分布分布通过率结果：8台医用加速器二维剂量分布3 mm/3%通过率有4台是100%，其余4台分别是97.2%、94.1%、94.1%、90.2%。

3、讨论

本验证研究严格按照EAG的程序[4]进行，用IAEA提供的模拟头颈部肿瘤的模体，结合TLD和胶片开展对靶体积和危及器官的剂量及其分布研究，它涵盖了肿瘤IMRT的全过程，包括CT扫描定位、制定治疗计划、实施照射等多个环节的质量控制。本次验证中8家医院TLD测量值与计划值偏差虽然都在IAEA要求范围内，但有2家医院，第1次的结果偏差超过IAEA规定的7%，是经过再次现场验证后才合格。这仍需要继续对第1次实施核查的全过程进行检查，放射治疗环节较多，众多因素均可影响剂量验证通过率[5-6]，后续将继续跟医院紧密合作，查明原因。

本次验证研究使用IAEA提供的验证模体进行扫描定位，TPS制定治疗计划，加速器进行治疗，TLD剂量计验证处方剂量全过程，即用模体模仿肩颈部肿瘤，整个过程与临床治疗过程一致；医院在临床治疗时，治疗计划实施第1次照射前，大多数医院用二维电离室阵列，开展调强放疗计划的二维相对剂量验证，或ArcCHECK、Delta4、ComPASS等做三维相对剂量验证[7-8]，绝对剂量用0.6 cm3或者0.65 cm3电离室做验证，在IMRT中，对小照射野还不能给出准确的绝对剂量值，如4 cm×4 cm以下的照射野[9]，而IMRT中小野运用很多。2018年课题组开展了IMRT多叶光栅形成的小野剂量及其分布研究，为本次调强放射治疗PTV、OAR的剂量验证研究奠定了基础；本研究实现了靶区点绝对剂量的验证，也实现了照射野内二维剂量分布验证，是一种值得推荐的调强技术核查方法。然而，本研究中TLD的质量控制尤为重要，胶片测量时需要注意胶片的批次、胶片的刻度方法等问题[10-11]；本核查方法为IAEA调强放射治疗研究的第9步，与前几步的测量有共同点也有区别[12]，通过前几步小野剂量验证、MLC到位精度等验证方法的研究积累完成对放疗全过程的验证研究。

综上所述，运用TLD与胶片相结合的IMRT验证方法是可行的，其方法、技术和程序是得到IAEA的认可，也是目前国际上推荐使用的唯一方法，具有组织等效性好、方便实施、适合大范围开展剂量验证核查等特点，满足临床上对IMRT实施全过程验证的要求，对临床放射治疗人员进行相关培训，即可推广使用。

利益冲突  无

作者贡献声明  杨春勇负责调查研究、现场实验、数据整理分析、撰写论文；周媛媛、曹兴江、杜翔负责现场实施；罗素明、薛娴、何志坚负责实验室分析；王进负责设计研究方案和论文的修改

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