旋转照射剂量测量仪(ArcCHECK)在螺旋断层放疗计划剂量验证中的应用

吴伟章，朱夫海，王 勇，王姗姗

(中国人民解放军空军总医院肿瘤放疗科，北京100142)

螺旋断层放疗(Helical Tomotherapy，HT，TOMO)是治疗肿瘤的一种新的放射治疗技术［1-2］。它是利用安装在滑环机架上的小型化直线加速器作360°旋转，同时治疗床可以往机架方向运动而作螺旋断层照射。HT形成的剂量分布，既有调强放疗剂量适形度高的优点，同时又具有大量小野聚焦照射形成靶区外剂量下降快的特点，其质量保证(QA)工作尤为重要。目前TOMO所提供的解决方案是专用圆柱形模体(Cheese phantom)中采用胶片相对剂量和电离室同时测量点绝对剂量予以实现［3-5］。该方案需要使用胶片，测量的是某一冠状面的剂量分布，不管是冲洗胶片还是免冲洗胶片，剂量测量都会受到一些外来因素的影响，而且使用上都很不方便。ArcCHECK是一种专为旋转照射剂量测量而设计的4D探测器矩阵，具有1386个半导体探测器分布在圆柱型模体面上，可以测量该圆柱面上剂量分布。该模体摆位时直接用激光灯对模体上标记的十字线即可，方便快捷。数据的采集和分析由随机标配的软件“Patients”自动完成。本文选取36例患者的TOMO计划用ArcCHECK进行剂量验证，对测量的剂量分布进行γ分析，探讨该模体能否满足TOMO剂量验证的要求。

1 材料与方法

1．1 仪 器

ArcCHECK模体，结构见图1。在模体21 cm长的圆柱面上分布有1386个0．8 mm×0．8 mm半导体探测器，探测器间距为10 mm，探测器物理深度为29 mm，等效固体水深度为33 mm。

2 方法

在TOMO上进行绝对剂量刻度，刻度的摆位条件见图2。射野大小5 cm×10 cm，机架角度0度，出束时间15～20秒，机器跳数200 MU左右。随仪器带的SNC Patient软件内建有ArcCHECK绝对剂量刻度的标准程序，按照程序指导完成刻度。具体做法是在等效深度固体水下用电离室测量规定出束条件下的绝对剂量，在相同的出束条件下照射Arc-CHECK模体后，将电离室测量的绝对剂量输入到程序中，完成剂量刻度。用TOMO的MVCT扫描Arc-CHECK模体，获取模体MVCT图像，传输到TOMO DQA Station软件，生成DQA数字模体。在DQA Station中调用该DQA数字模体，将患者的TOMO计划移植到模体上，用红激光灯定位模体，再经过计算得到可供执行的DQA数字计划。将DQA计划的RT-PLAN和RT-DOSE两个文件用DICOM传输工具导入到SNC Patient软件中。

剂量验证:连接 SNC Patient工作站和 Arc-CHECK模体，选取SNC Patient软件中待验证计划剂量分布的计算结果，在TOMO治疗机操作台调用已完成的患者DQA计划，按照红激光灯摆位模体。出束照射，用SNC Patient收集测量的数据，生成剂量分布的测量结果。在Patients软件中设置γ分析通过标准(3mm/3%)，对剂量分布的计算结果和测量结果进行对比分析，获得γ分析的通过率。

3 结果

对36例患者DQA计划测量结果进行γ分析，采用3mm/3%的Gamma分析标准，计算γ≤1像素点通过率，结果见表1。36例病人计划剂量验证的γ通过率平均值为99．7% ±0．6%，而且全部大于95%的接受标准。图3是其中一位患者剂量验证的γ分析图。

图1 ArcCheck模体结构图

图2 ArcCHECK绝对剂量刻度摆位条件

图3 36例患者中其中1例ArcCHECK测量结果γ分析图，最上面左边为测量结果，右边为计算结果

图4 在ArcCHECK模体上进行DQA计划设计时靶区在模体中位置的确定

表1 36例病人Tomotherapy治疗计划剂量验证的通过率

3 讨论

ArcCHECK是一种专门为旋转照射剂量验证而设计的圆柱体半导体4D探测器矩阵。从原理上讲，它适用于Tomotherapy、RapidArc和 VMAT等旋转调强治疗技术的剂量验证。由于探测器呈圆柱面排列，因此没有角度效应，特别适合测量旋转治疗的剂量分布。通过对36例Tomotherapy治疗计划剂量验证的结果分析表明ArcCHECK作为一种新型的剂量测量工具，测量通过率高，结果稳定，可用于HT治疗计划的剂量验证。它还具有验证计划设计简便，验证摆位方便，测量结果显示实时和数据采集自动化程度高的特点。

测量结果采用γ分析方法，γ值是测量得到的剂量分布、参考剂量分布(计算得到的剂量分布)和γ通过标准的函数，在γ＞1的区域，表明测量结果未达到通过标准，γ≤1的区域，测量结果符合通过标准［6，7］。本文采用的γ通过标准是目前常用的标准，即van Dyke［8］推荐的3mm/3%标准。从测量结果来看，γ通过率非常高，甚至有很大一部分(52．8%)病例的通过率达到100%，虽然一方面和机器精度高，治疗计划计算结果可靠有关，但也需要分析其他原因。前面介绍，模体探测器阵列的间距是10 mm，因此跟胶片比起来，测量的分辨率就要低得多，如果在探测器之间的区域存在γ值大于1的地方，用ArcCHECK测量可能就会把这些点漏掉而没有检测出来。因为从整体上说来，γ值小于1的点要大大多于大于1的点，因此漏掉少数大于1的点对结果的影响会更大。因此，很有必要增加探测器的密度以提高测量结果的可靠性。

图4是用ArcCHECK模体进行Tomotherapy DQA计划设计的示意图。虽然该模体用于Tomotherapy剂量验证使用方便，结果稳定可靠，但是就目前使用的版本而言，还有需要改进的地方。在调整靶区和模体的相对位置以获得较好的测量结果过程中，如果靶区位置靠近人体中间，需要对模体进行偏心移动，使得靶区落在探测阵面上，这是由于模体中心的电离室插孔距离靶区太远，基本无法进行靶区内感兴趣点绝对剂量测量，如果靶区靠近人体外周，虽然不用作偏心摆位，但是又无法测量绝对剂量，而靶区内感兴趣点的绝对剂量验证是Tomotherapy剂量验证的金标准，因此需要再进行一次绝对剂量的验证，这不但增加了物理师的工作量，还增加了机器机时的占用和损耗，在治疗病人较多的单位显得很不经济。从图3可以看出，剂量测量结果和计算结果进行γ分析时进行整个测量区域的分析，分析区域无法选择和更改，这样得到的分析结果包含的信息量较小。比如在测量通过率较低的情况下，有可能是靶区外的低剂量区结果较差，也有可能是问题出在靶区区域，需要分析靶区区域的测量结果，只进行全测量区域分析无法得出这些结果。测量过程中的模体摆位误差基本可保证在1mm以内。因为使用ArcCHECK模体时治疗床板从虚拟等中心到机器等中心处存在垂直下降约2mm的系统误差，应在摆位时予以修正［3］

［1］ Mackie TR，Holmes T，Swerdloff S，et al．Tomotherapy:A new concept for the delivery of dynamic conformal radiotherapy［J］．Med Phys，1993，20(6):1709-1719．

［2］ Mackie TR，Balog J，Ruchala K，et al．Tomotherapy［J］．Semin Radiat Oncol，1999，9(1):108-117．

［3］ 徐寿平，邓小武，戴相昆，等．螺旋断层放疗系统调强放射治疗验证［J］．中华放射肿瘤学杂志，2008，17(5):395-397．

［4］ Xu SP，Deng XW，Dai XK，et al．Quality assurance of helical tomotherapy intensity modulated radiation therapy［J］．APCMBE，IFMBE Proceedings，2008，19(5):447-450．

［5］ 徐寿平，解传滨，鞠忠建，等．用二维电离室阵列针对螺旋断层调强放疗计划的剂量学验证［J］．中华放射肿瘤学杂志，2009，18(3):233-236．

［6］ Low DA，Harms WB，Mutic S，et al．A technique for the quantitative evaluation of dose distributions［J］．Med Phys，1998，25(5):656-661．

［7］ Low DA，Dempsey JF．Evaluation of the gamma dose distribution comparison method［J］．Med Phys，2003，30(9):2455-2464．

［8］ Van Dyke J，Bamett RB，Cygler JE，et al．Commissioning and quality assurance of treatment planning computers［J］．Int J Radiat Oncol Phys，1993，26(2):261-273．