中华放射医学与防护杂志  2020, Vol. 40 Issue (2): 140-144   PDF    
引用本文
胡传朋, 贾陈志, 魏坤杰, 薛娴, 何志坚, 罗素明. 河南省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): 140-144, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2020.02.012.
河南省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
胡传朋1 , 贾陈志1 , 魏坤杰1 , 薛娴2 , 何志坚2 , 罗素明2     
1. 河南省职业病防治研究院放射卫生科, 郑州 450052;
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
收稿日期: 2019-03-26
基金项目: IAEA资助项目（CPR/17821）
通信作者: 罗素明, Email:sumingluo@163.com
[摘要] 目的 研究用热释光剂量计（TLD）和免冲洗胶片（film）测量调强放疗（IMRT）计划靶区（PTV）、危及器官（OAR）处方剂量和二维剂量分布验证方法。方法 选择河南省的8台不同型号医用直线加速器，国际原子能机构（IAEA）提供聚苯乙烯专用模体，经CT模拟定位机扫描，影像传输至治疗计划系统（TPS），分别勾画PTV和OAR的处方剂量，能量6 MV X射线。对模体实施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PTV和OAR处方剂量，TLD测量剂量与TPS计划处方剂量的相对偏差为±7.0%。对PTV的剂量验证结果表明，8台加速器的相对偏差在-0.3%~6.9%范围内，符合要求。对OAR剂量验证结果表明，6台加速器的相对偏差在-7.0%~0.3%范围内，符合要求，2台加速器的相对偏差在-10.8%~-8.4%范围内，不符合要求。按IAEA要求，二维剂量分布3 mm/3%通过率≥ 90%。7台加速器通过率在90.2%~99.9%范围内，符合要求，1台加速器通过率为70.0%，不符合要求。结论 免冲洗胶片和热释光剂量计验证调强放疗靶体积和危及器官处方剂量及二维剂量分布，方法简单可靠，是开展调强放射治疗质量控制的重要步骤，可为医疗机构或第三方服务机构核查临床处方剂量提供有力支撑。
[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 Henan province
Hu Chuanpeng1 , Jia Chenzhi1 , Wei Kunjie1 , Xue Xian2 , He Zhijian2 , Luo Suming2     
1. Department of Radiological Health, Henan Institute for Occupational Medicine, Zhengzhou 450052, 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 (CRP/17821)
Corresponding author: Luo Suming, Email:sumingluo@163.com
[Abstract] Objective To use TLDs and radiochromic films to verify the prescribed doses to both planned target volume (PTV) and organ at risk (OAR) and the 2D dose distribution in IMRT. Methods Eight accelerators of different models were selected in Henan province. The polystyrene phantom provided by IAEA was scanned using CT scanners and then the scanned images were transmitted to treatment planning system (TPS) for prescribing respectively the doses to PTV and OAR. IMRT was performed with phantom exposed to a 6 MV X-rays. The irradiated TLDs and films were delivered for measurement and estimation at Secondary Standard Dosimetry Laboratory at National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention. Results According to IAEA requirements, the relative deviations of the TLD-measured and TPS-planned values were within±7.0% for the prescribed doses to PTV and OAR. The measured results for PTV have shown that the relative deviation of TLD-measured and TPS-planned values were within -0.3% to 6.9% for 8 accelerators, all consistent with the IAEA requirements. For OAR, the relative deviations of TLD-measured and TPS-planned were within -7.0% to 0.3% for 6 accelerators, consistent with the requirements, whereas those for other 2 accelerators were within -10.8% to -8.4%, not up to the requirements. IAEA required that, for 2D dose distribution, the pass rate of 3 mm/3% be ≥ 90%. The measured values for 7 accelerators were from 90.2% to 99.9%, consistent with the requirements, whereas that for another one was 70.0%, not meeting the requirement. Conclusions The method to verify, using radiochromic film and TLD, the prescribed doses to PTV and OAR and the pass rate of 2D dose distribution is simple and reliable. It is an important step to implement quality control for IMRT and can provide effective support for medical or third-party service institution to verify clinically prescribed dose.
[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)是现代精确放射治疗的一种手段，该技术通过多叶准直器(MLC)叶片运动，优化配置照射野内各线束的权重, 使高剂量区的等剂量分布在三维方向上与靶区的实际形状一致, 并可使计划靶区(PTV)内的剂量分布更均匀, 同时还可以在PTV边缘形成非常陡的剂量梯度，可在一个计划内同时实现多个剂量水平, 更符合肿瘤的放射生物学原则[1]。在IMRT治疗计划实施之前，为了保证PTV和危及器官(OAR)处方剂量及二维剂量的准确性，更应该对其治疗计划进行严格、准确的剂量验证。IMRT剂量验证方法研究[2-6]，对于保证治疗效果，减少正常组织的辐射危害，意义重大。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, 课题分第7a, 7b, 8和9步4个研究过程[7-9]。本研究在IAEA、中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所技术指导下，按照统一的方法与流程开展实验，河南省选择8台加速器参与验证研究，结果报道如下。

1、材料与方法

1.研究对象：选择河南省IMRT开展较早，质量控制比较规范的8台医用加速器参与验证方法研究，研究中均使用6 MV X射线进行照射。放疗治疗设备性能参数见表 1。

表 1 河南省8台医用直线加速器及TPS性能参数 Table 1 TPS types and parameters of 8 medical electronic linear accelerators in Henan province

2.材料：热释光剂量计(TLD)，中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所提供。免冲洗胶片EBT3，Film QA Pro专业γ分析软件(美国ASHLAND公司)，聚苯乙烯固体模体(IAEA提供)。

3.方法

(1) 模体CT扫描：将黑、红、绿、蓝4种颜色TLD分别装入IAEA提供的聚苯乙烯模体的靶体积上段、下段；OAR上段、下段。放射性免洗胶片，尺寸5.9 cm×5.9 cm，置于模体中。聚苯乙烯模体插件平面示意见图 1。

图 1 聚苯乙烯固体模体A.模体组装示意图; B. TLD在PTV和OAR中放置位置示意图; C.胶片在模体中位置示意图 Figure 1 Polystyrene solid phantom A. Phantom assembly diagram.; B. TLD′s placement diagram between PTV and OAR; C. Film′s placement diagram in phantom

(2) 组装IMRT模体：准备7个TLD剂量计，1个作为本底，2个分别贴在模体两边，作为扫描时扣除的微弱剂量，4个不同颜色的TLD胶囊分别插入模体中PTV和OAR上下段，胶片放入PTV上下两部分，模体水平放到经激光定位校准，偏差在1 mm内的CT机上定位和扫描，激光定位线在靶区中心，使用铅点定位。CT扫描条件按头部条件，层厚≤2.5 mm。扫描参数见表 2。

表 2 CT扫描设备性能参数 Table 2 Parameters of CT scanners

(3) 制定治疗计划：将CT扫描图像导入治疗计划系统(TPS)中，制定治疗计划[10]。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2.00 Gy处方剂量，< 1%的靶体积应得到93%的处方剂量。OAR最大处方剂量≥1.40 Gy，在计划中的任何位置最大剂量≤2.20 Gy，给予PTV 2.00 Gy的处方剂量，计划系统计算网格用TPS支持的最小网格，一般是1 mm×1 mm。用7个野的调强计划(静态或者动态调强)照射IMRT质量保证模体，照射时应尽量避开治疗床，从而减少治疗床对射线的衰减。

(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测量与TPS计划剂量相对偏差结果列于表 3。表 3结果显示，8台加速器的TLD测量剂量与TPS计划剂量的相对偏差在-0.3%~6.9%范围内，符合IAEA要求。

表 3 河南省8台医用加速器PTV的TLD测量剂量与TPS计划剂量比较结果 Table 3 Comparison of TLD-measured and TPS-planned PTV doses for 8 medical accelerators in Henan province

2.危及器官结果：TPS计划剂量与TLD测量剂量相对偏差结果列于表 4。表 4结果显示，6台加速器的TLD测量剂量与TPS计划剂量相对偏差在-7.0%~0.3%范围内, 符合IAEA要求。2台加速器的TLD测量剂量与TPS计划剂量相对偏差在-10.8%~-8.4%范围内，不符合要求。

表 4 河南省8台医用加速器TPS计划剂量与TLD测量剂量比较结果 Table 4 Comparison of TLD-measured and TPS-planned OAR doses for 8 medical accelerators in Henan province

3.二维剂量分布通过率结果：列于表 5。8台医用加速器二维剂量分布3 mm/3%通过率分别为7台加速器通过率在90.0%~99.9%范围内，1台加速器通过率为70.0%。按照IAEA要求，二维剂量分布3 mm/3%通过率≥90%为符合要求。此次验证7台加速器符合要求，1台不符合要求。

表 5 胶片测量与TPS计划二维剂量分布通过率比较结果 Table 5 Comparison of film-measured and TPS-planned 2D dose distribution pass rate

3、讨论

本研究在IAEA和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技术指导下，严格执行EAG的方法与流程，用IAEA提供的模体模拟头颈部肿瘤的IMRT治疗，模体经CT扫描，TPS计算、计划验证、计划实施全过程。实验中消除加速器剂量偏差和CT定位激光线误差。结果显示，第4台加速器所在医院不仅OAR_ TLD点剂量实际测量值与计划值偏差较大，而且胶片测量的γ通过率也较低，需要医院继续核查设备，找出原因。本实验与患者实际治疗过程相同，对医院物理师提出较高的要求，可利用CT密度模体和CT质量控制过程，核查激光准确性，利用水箱检测治疗计划数据，测量MLC输出因子、漏射线，利用模体或锥形束检测(CBCT)进行摆位误差测量[2]、治疗床质量控制[3]等的方法，找出问题，保证患者的治疗。其他7台加速器核查验证结果较好，点剂量均符合标准，胶片通过率也均不低于90%。

本核查应用模体，通过点绝对剂量和二维层面绝对剂量的结合比较，将IMRT的整个过程进行有效验证。验证方法较全面，将模体进行扫描定位，计划设计，相对剂量验证，以及治疗等，整个过程即把模体看作患者，与实际治疗过程及实施环境条件一致，是一种有效的调强治疗验证方法。在医院实际治疗时，计划完成后，大多数医院利用Mapcheck半导体阵列及MatriXX电离室阵列做相应调强计划的二维相对剂量质量验证[4-5, 7-8]，或ArcCHECK、Delta4、ComPASS等做三维相对剂量验证[6]，绝对剂量一般用0.6 cm3或者0.65 cm3电离室做验证[11]，针对较小照射野不能有效给出准确的点剂量值。本实验中，射野面积不大于4 cm×4 cm，如果应用上述电离室测量，则得到的绝对剂量准确性较差[5-6]。本核查通过TLD点剂量以及胶片的面剂量绝对剂量的比较，得到质量控制结果较全面，方便邮寄及保存，是一种值得推荐的第三方调强技术的核查方法，易于推广。值得注意的是，胶片测量受到射野大小、使用次数、射线能量、扫描设置和胶片批次的影响，因此需要注意胶片的刻度设置及刻度方法的建立[4, 7-8]。本核查为IAEA第9步核查，针对以前的第8步核查[9]，有共同点也有区别，第8步核查是将点剂量及TLD测量与胶片测量分开验证，不在同一个调强治疗计划中，虽然可以很好地完成设备的质量控制，但针对单个的IMRT不能给出完整的数据；第9步即是在第8步测量的基础上完成一个治疗过程及治疗计划的点剂量和二维剂量的验证，其质量保证实施过程及结果更值得推广应用。

利益冲突  利益冲突全体作者无利益冲突，排名无争议，未因进行该研究而接受任何不正当的职务和财务利益

作者贡献声明  胡传朋负责数据分析和论文撰写；贾陈志、魏坤杰参与项目验证；薛娴负责胶片测量和估算二维剂量分布通过率；何志坚负责TLD测量和估算处方剂量；罗素明负责项目的现场技术指导

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