基于PTW Seven29TM二维电离室矩阵的调强放疗计划剂量验证

汪志，王成，唐虹，洪浩，李锐，陈香存，童铸廷，王凡

安徽医科大学第一附属医院，a.放疗科；b. 医工部，安徽 合肥 230022

基于PTW Seven29TM二维电离室矩阵的调强放疗计划剂量验证

汪志a，王成b，唐虹a，洪浩a，李锐a，陈香存a，童铸廷a，王凡a

安徽医科大学第一附属医院，a.放疗科；b. 医工部，安徽 合肥 230022

目的 探讨利用PTW Seven29TM二维电离室矩阵验证调强放疗计划的可行性。方法 选取70例肿瘤患者（头颈部肿瘤15例，胸部肿瘤30例，腹部肿瘤25例）。在Pinnacle 9.8计划系统中设计相应的调强放疗计划，然后将调强放疗计划移植到验证模体上。在加速器上对放疗计划进行验证并利用PTW Seven29TM测量相应的剂量分布，采用Gamma分析法比较计划系统的理论输出数据和PTW Seven29TM实际测量数据的差异。结果 头、胸、腹部肿瘤患者调强放疗计划的Gamma通过率（3 mm，3%）分别为：95.29%±2.46%，96.11%±2.66%和96.03%±1.98%，表明所有患者的调强放疗计划均能够满足临床需要。结论 使用PTW Seven29TM二维电离室矩阵验证调强放疗计划简便、可行。

二维电离室矩阵；调强放疗计划；剂量验证；Gamma通过率

调强适形放射治疗（Intensity-Modulated Radiation Therapy，IMRT）是一种先进的放射治疗方法，能够在提高靶区剂量的同时更好地保护危及器官。不过，基于多叶准直器的IMRT技术由于其产生子野的随机多样性可显著增加其治疗计划验证结果的不确定性，因此必须对其治疗计划进行剂量学验证。二维探测器阵列测量设备将多个半导体或电离室排成二维探测器阵列，具有良好的剂量学特性、几何分辨率和剂量线性度，配备相应的测量分析软件，可用于放射治疗设备以及IMRT技术日常的质量控制[1-4]。本研究利用本院现有的PTW Seven29TM二维电离室矩阵来验证IMRT计划，效果满意，报道如下。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 二维电离室矩阵

采用由德国PTW公司生产的Seven29TM二维电离室矩阵，每个电离室在出厂时均用Co60线进行校准，校准系数以矩阵文件形式列出，可保证每个电离室测量结果的一致性，仅需在每次临床应用前对其中心电离室进行交叉刻度[5]。仪器本身可以测量温度和气压并自动进行校正，因此它可以准确地测量绝对剂量分布。二维电离室矩阵的剂量特性具体参数见表1。

表1 PTW Seven29TM二维电离室矩阵的剂量特性参数

1.1.2 验证模体

采用PTW R3固体水，在二维电离室矩阵下方使用厚度为5 cm，面积为30 cm×30 cm的固体水，考虑到有效测量点位于矩阵平面下7.5 mm，在矩阵上方也放置厚度为4.2 cm，面积为30 cm×30 cm的固体水。固体水技术参数见表2。

表2 PTW RW3等效固体水技术参数

1.1.3 治疗计划系统

采用飞利浦公司Pinnacle 9.8逆向调强计划系统软件，内置DMPO算法。

1.1.4 加速器

采用德国西门子Artiste加速器，内置80对叶片，能量为6 MV，剂量率为300 MU/min。

1.1.5 研究对象

随机选择2014年9月～2015年5月于本院接受调强放疗的70例肿瘤患者，其中头颈部肿瘤15例（鼻咽癌8例，其他肿瘤7例）；胸部肿瘤30例（食管癌14例，肺癌9例，乳腺癌4例，其他肿瘤3例）；腹部肿瘤25例（宫颈癌17例，其他肿瘤8例）。

1.2 方法

1.2.1 计划移植

在Pinnacle 9.8计划系统中对70例患者设计相应的调强放疗计划，随后将优化后的IMRT计划复制到矩阵与验证模体的组合中。为消除加速器机架角度对电离室的影响，将机架角度全部归零，其他射野参数（射野、子野、MU）不变，进行剂量计算。为保证后续Gamma分析的精确度，计算栅格不应超过吻合距离的1/3[6]，本研究的计算栅格设置为3 mm×3 mm×3 mm，以保证在剂量梯度较大区域内Gamma值计算的精确性。

肾脏脂毒性与糖尿病肾病密切相关。糖尿病患者及糖尿病动物模型的肾脏脂质合成代谢增加、脂质分解代谢抑制，导致脂质堆积，进而引起炎症反应，损伤肾脏细胞[5-7]。研究肾脏脂毒性对于糖尿病肾病的早期防治具有重要意义。研究[8]提示，肥胖相关肾损害除肾小球肥大外，还有肾小球基膜增厚、系膜基质增多及肾内炎症因子增多。这些病理改变导致肾小球硬化及肾小管基质硬化，进而导致终末期肾病[4]。本研究采用高脂喂养诱导大鼠肾脏脂毒性，发现HF组大鼠体质量、FFA水平明显升高，MAU、ACR升高，同时造成肾脏损害；小檗碱使上述改变明显改善。

1.2.2 剂量测量

二维电离室矩阵与验证模体按CT扫描要求组合后置于加速器治疗床上，测量中心与加速器等中心点重合，测量平面与加速器等中心处于同一平面，模体平面SSD为95 cm，执行机架角归零后的IMRT计划并启动二维电离室矩阵进行剂量测量。测量前，二维电离室矩阵须先预热5 min以上，并进行置零以消除本地剂量，随后给予大剂量（10 Gy）照射，使之达到电离平衡，观察其气温、气压值并将数据输入至测量软件MatrixScan，然后开始进行剂量测量。

1.2.3 计划验证评估

使用配套的VeriSoft软件对70例肿瘤的患者调强放疗计划实测数据和计划数据进行Gamma分析，Gamma指标限定条件为3%（剂量误差）/3 mm（位置误差）。

2 结果

70例肿瘤患者调强放疗计划的Gamma总通过率为95.91%±2.38%，均高于90%，可满足临床需求；头、胸、腹部肿瘤患者调强放疗计划的Gamma通过率（3 mm，3%）分别为：95.29%±2.46%，96.11%±2.66%和96.03%±1.98%。70例患者Gamma总通过率的频数分布，见图1。

图1 70例患者Gamma通过率频数分布图

3 讨论

虽然ICRU83号报告建议治疗计划的接受标准可以放宽至5%/5 mm[13]，但国内外同行基本都遵循文献[6,14]所建议的治疗计划的接受标准：3%/3 mm条件下，Gamma通过率达90%以上即认为该治疗计划是合格的。本组实验结果显示，70例患者治疗计划的Gamma通过率均大于90%，表明患者的IMRT计划是可以实施的。

在本研究中，所有治疗计划都需要在机架角度归零后才能进行验证，无法实现实际角度下的剂量验证，忽略了验证机架的转动误差、重力对多叶准直器叶片走位精确度的影响和治疗床对剂量分布的影响等。造成该现象的主要原因是由于二维矩阵探测器是将微型探测器排列在一个平面中，对同一射野，各探测器接收到的射线入射角度不完全相同，在射野中心轴与探测器平面不垂直的射野中测量时，特别是当射线平行穿过探测器平面时，需要考虑二维矩阵探测器的方向性响应[15]，因此在使用二维矩阵时必须消除机架角度对电离室矩阵的剂量学影响，这使得二维电离室矩阵在放疗计划质量保证和质量控制中的应用有一定的限制。另外，二维测量的特性决定了其只能截取冠状面的剂量数据进行验证，无法对横断面和矢状面的剂量数据进行验证，从而导致评估结果有一定的片面性。目前市场上已出现了一批全新的三维验证工具（Delta4、ArcCheck等），可以在真实机架旋转的情况下，实时测量三维空间的剂量分布。再者，二维电离室矩阵上方摆放的是均匀的PMMA模体，而真实人体结构由一系列非均匀组织构成，因此计划系统在非均匀组织中计算的误差远大于均匀组织。同时，本研究所采用的二维矩阵探测器电离室的间隔为10 mm，在平面剂量验证过程中，有可能会漏掉某些剂量信息，或在剂量梯度较大的区域内会产生较大的测量误差，相对于胶片（亚毫米级）平面剂量测量而言，空间分辨率也不够高[15]。目前肿瘤放疗患者众多，如何在短时间内完成对每例患者治疗计划的验证对于临床工作来说仍然是重大挑战，综合考虑经济、时间等因素，二维矩阵仍然是现阶段调强放疗计划验证的主流测量手段。

[1] 贾明轩,纪天龙,张梁.Seven29TM二维电离室矩阵剂量学的评价[J].中华放射肿瘤学杂志,2009,18(1):65-68.

[2] 李润霄.调强放射治疗计划系统的物理统计分析[D].石家庄:河北科技大学,2014.

[3] 王宁,陈阿龙,夏景涛.Monaco与Xio治疗计划系统调强放疗剂量验证的比较研究[J].中国医疗设备,2014,29(9):20-22.

[4] 时勇,张芬,张开贤,等. 利用二维电离室矩阵进行调强放疗计划剂量验证的探讨[J].中国医疗设备,2014,29(9):120-127.

[5] Chandraraj V,StathakisS,Manickam R,et al.Consistency and reproducibility of the VMAT plan delivery using three independent validation methods[J].J Appl Clin Med Phys,2010,12:129-140．

[6] Low DA,Dempsey JF.Evaluation of the Gamma dose distribution comparison method[J].Med Phys,2003,30:2455-2464.

[7] Hussein M,Adams EJ,Jordan TJ,et al. A critical evaluation of the PTW 2D-ARRAY seven29 and OCTAVIUS II phantom for IMRT and VMAT verification[J].J Appl Clin Med Phys,2013,14(6): 4460.

[8] Saminathan S,Manickam R,Chandraraj V,et al.Dosimetric study of 2D ion chamber array matrix for the modern radiotherapy treatment verification[J].J Appl Clin Med Phys, 2010,11(2):3076.

[9] 刘丹,迟子锋,张伟,等.食管癌调强放疗计划剂量学验证研究[J].中华放射肿瘤学杂志,2011,20:64-68

[10] 杭霞瑜,刘海,李益坤,等.鼻咽癌螺旋断层放疗与常规调强放疗的剂量学分析[J].中国医疗设备,2013,28(12):15-18.

[11] 汪琪,翟振宇,王静,等.利用二维电离室矩阵验证鼻咽癌调强放射治疗的剂量分布[J].肿瘤学杂志,2011,17(1):25.

[12] Dobler B,Streck N,Klein E,et al.Hybrid plan verification for intensity-modulated radiation therapy (IMRT) using the 2D ionization chamber array I'mRT matrix-a feasibility study[J].Phys Med Biol,2010,55(2):N39-N55.

[13] International commission on radiation unit and measurement. ICRUReport83:prescribing,recording,and repotting photon—beam intensity-modulatedradiation therapy(IMRT)[R]. Oxford:Oxford University Press,2010.

[14] GeurtsM,Gonzalez J,Serrano-OjedaP.Longitudinal study using a diode phantom for helical tomotherapy IMRT QA[J].Med Phys,2009,36:4977-4983

[15] 翟贺争,程金生.二维矩阵探测器在IMRT剂量验证中的研究进展[J].中华放射医学与防护杂志,2013,33(2):215-217.

Dosimetric Verifi cation for Intensity-modulated Radiation Therapy Based on PTW Seven29TMTwo-dimensional Ion Chamber Array

WANG Zhia, WANG Chengb, TANG Honga, HONG Haoa, LI Ruia, CHEN Xiang-cuna, TONG Zhu-tinga, WANG Fana
a.Department of Radiation Oncology; b.Department of Medical Engineering, the First Hospital of Anhui Medical University, Hefei Anhui 230022, China

Objective To investigate the feasibility of dosimetric verification for Intensity-modulated Radiation Therapy (IMRT) based on the Seven29TMtwo-dimensional ion chamber array (2D-array). Methods The IMRT plans of 70 tumor patients (15 patients with head and neck neoplasm, 30 with thoracic neoplasm, 25 with abdominal neoplasm) were designed with Pinnacle 9.8 and copied to dosimetric phantom. The results of IMRT plans were imported to linear accelerators (Siemens Artiste) and the plans were executed. The delivered dose distribution were measured by the Seven29TMand compared with the planned dose distribution. Results The results of Gamma of patients with head and neck, breast, abdomen were 95.29%±2.46%, 96.11%±2.66% and 96.03%±1.98% with a standard error of 3 mm and 3%. The radiation therapeutic regimens all meet the clinical needs of all patients examined. Conclusion The IMRT plans can be verifi ed with PTW Seven29TMin a simple and feasible way.

two-dimensional ion chamber array; IMRT plans; dosimetric verifi cation; Gamma pass rate

TH774

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.01.035

1674-1633(2016)01-0116-03

2015-07-16

2015-08-03

国家自然科学基金（No.81201743）。

王凡，主任医师，博士生导师。

作者邮箱：wang_zhi81@163.com