基于三维补偿技术的简易调强放疗的验证

洪文松 陈兵峰 李 桢 张 力

调强放射治疗是近10年来发展起来的精确放疗手段，目前在全球范围内都得到广泛的应用。调强放疗的方式有多种，当前最主要的是基于多叶光栅的调强放疗，其优势是自动化程度较高，不过也存在着计算复杂、耗时较长、效率低下、质量控制和质量保证过程比较复杂、所需辅助设备价格昂贵等缺点。本研究旨在利用笔者医院现有设备资源，研究开发一套基于三维补偿技术的简易调强放疗系统，在无需大量投入的条件下开展调强放疗。

材料与方法

1．基本材料:治疗计划的设计采用商用三维治疗计划系统(医科达CMSXio 4．6);补偿器材料采用纯铅;补偿器制作采用配备专用补偿器制作软件(EasyMIll)的通用CNC打磨机;剂量验证设备有 Dose1剂量仪、多通道半导体剂量仪(MOSFET2．0)以及GAFCHROMIC RTQA2型剂量验证胶片。

2．配套材料:为确保三维补偿器的位置和剂量精度，首先我们设计了专用铝合金托盘，克服标准托盘易变形、精度不高的缺点;另外系统开发过程中存在大量的验证过程。为提高效率，我们专门设计了一套放疗多模式剂量验证软件来处理各类验证问题。

3．系统实现:调强放疗计划的前期工作如影像采集、轮廓勾画、权重分配等与基于MLC模式的调强放疗一致，不同的是，治疗计划系统不需要进行子野优化的工作，只需输出每个照射野方向的射线强度图到补偿器制作软件并控制CNC打磨机分别生成补偿器，然后开始验证补偿器的位置和剂量精度。

4．验证实验设计:我们采用一套有机玻璃头部模体来做验证实验。头模经CT扫描、影像传输、各种轮廓勾画后设计了两套治疗方案，均采用五野照射技术，其基本信息见表1。验证过程主要分两步:制作完成的补偿器首先分别在加速器下照射，运用验证胶片分别获取相应的剂量强度图，运用剂量分析软件来评估每个补偿器的位置精度和剂量强度分布的准确性;另外将两套治疗方案分别对头模进行模拟照射，运用绝对剂量仪和多通道剂量仪测量头模内多个指定点的合成剂量进行测量，将测量的结果与TPS计算出的各点剂量做比较来验证治疗剂量的准确性。

结 果

1．位置精度和剂量强度验证:经加速器照射后的胶片通过扫描仪数字化(精度10位)，经平滑处理消除孤立点噪声后与TPS输出的剂量强度图配准，计算位置误差;分别选择3种不同区域高剂量区(对应

表1 验证实验基本信息

开野区域、低剂量区(对应厚补偿块区域)和高梯度区(对应剂量变化剧烈区)内5个点的平均值进行相对剂量比较。结果显示:在位置误差上，所有10块补偿器中有3块最大位置偏移＞2mm，其余＜2mm;剂量强度结果见表2。从位置误差结果上看，由于人员经验不足，出现3块误差＞2mm的产品，在实际应用中需要重新制作。但总体成功率还算满意。剂量强度误差在高剂量区和高梯度区均＜5%，仅在低剂量区＞5%，其主要原因是此处实际剂量绝对值低而造成误差放大现象。

表2 剂量强度相对误差(%)

2．实际测量剂量验证:我们分别选择靶区中心点(P1)、靶区内点一(P2)、两个关键器官内点各一(P3、P4)以及靶区外一点(P5)等5个点行实际剂量验证:针对两套计划，分别将对模体行3次实际照射后获得的各点合成剂量值取平均，与TPS计算值进行比较，比较结果见表3。从实际测量结果看，在靶区中心的实际剂量与计算剂量复合度较高，误差均＜3%，在关键器官和靶区外剂量有＞5%的剂量误差，其影响因素主要还是误差放大现象，其次和补偿器打磨精度有关。

表3 实际测量结果比较

讨 论

调强放疗(intensity－modulated radiotherapy，IMRT))是近10年快速发展起来的一种精确放疗手段。与三维适形放疗相比，调强放疗能更有效的适应各种形状的治疗靶区(特别是凹形靶区)以及能更准确的达到临床所需要的各种不同的剂量要求，从而实现在提高靶区剂量的同时减少关键器官或组织的受照剂量。实现调强放疗技术的方案有许多，如静态补偿块调强(solid mudulation or compensator－based IMRT，CB IMRT)、断层调强(tomotherapy)、多叶光栅调强(multileaf collimator iMRT，MLC IMRT)等。进入 21世纪，调强放疗的主要发展方向是多叶光栅调强，这种方式是利用积分原理，将许多个细小的子野合并计算，形成某一射野所需要的剂量强度。其实现步骤是:首先利用计算机软件根据临床需要计算出每个放疗照射野的剂量强度图，然后分别将这些强度图分割成大小不一、数量不等的子野，最后由全自动多叶光栅依次形成这些子野，与普通直线加速器一起对病人进行放射治疗。基于多叶光栅的调强放疗又分为静态调强(step and shoot)和动态调强(sliding window)，前者指在子野成型后才出射线，后者指在子野成型期间，射线仍不间断，显然，动态调强在治疗时间上要优于静态，但对多叶光栅的要求较高，剂量验证也更复杂。由于基于多叶光栅的调强放疗投入不很巨大，也不需要更换治疗设备，因此其推广速度很快。目前，国内外许多放疗计划系统公司重点研究方向便是基于多叶光栅的调强放疗，各大加速器公司也推出了自己的电动多叶光栅，并在临床广泛应用，取得了较好效果。不过基于多叶光栅的调强放疗也有其无法解决的缺点，主要是:①调强区域较窄;②剂量计算复杂;③剂量验证过程复杂，需要昂贵的设备支持;④对放疗设备的利用效率较低等。正因为如此，近几年来放疗研究人员开始将目光转向基于补偿器技术的调强放疗［2～5］，通过实验和临床的比较，相对 MLC 调强，CB IMRT在治疗时间、加速器利用效率以及经济性等方面显示出较好的优越性［4，5］。针对该方法无法实现全自动化的缺点，Keiichi等还专门研制出自动装配设施以提高CB IMRT的自动化程度。另外，在美国，还出现专门从事制造调强补偿器的公司(如Decimal)，该公司接收来自各家医院的调强放疗计划的电子文档，根据计划要求设计出相应的补偿器，然后通过快递寄回各个医院，这种集团化工作大大简化了补偿器的制作，不过由于存在运输问题，其应用范围难以大规模扩大。

目前我们的研究还处于临床试验阶段，从研究的结果看，补偿器的位置精度和剂量精度均能得到较满意的效果，随着人员熟练程度的增加、局部技术的改进，该技术实际临床应用质量应该是可以保证的。主要问题在于补偿器的制作精度，因CNC打磨时间长，如果提高打磨精度，则所耗时间更多，难以大规模制作，因此，需要寻找精度和耗时之间的平衡。

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