浅谈YY0775-2010远距离放射治疗计划系统高能X(γ)射束剂量计算准确性要求和试验方法

辽宁省医疗器械检验检测院 （辽宁 沈阳 110171）

内容提要： YY0775-2010远距离放射治疗计划系统高能X(γ)射束剂量计算准确性要求和试验方法适用于医用高能X射线（4～25MV）、60Coγ射线远距离放射治疗光子辐射具有剂量计算、显示功能的RTPS。文章针对医用电子加速器的远距离放射治疗计划系统的简单几何、复杂几何条件的测量进行评价。放射治疗计划系统（TPS计算机专用系统）是一种医疗设备，通过对患者建模和调控放射源，先模拟计划后实施的放射治疗。系统采用一个或多个算法对人体内组织剂量吸收分布进行计算，其计算结果提供给射治疗计划制定者使用。治疗计划系统是前期放疗实施的依据和质控，计划的设计是重要环节，需要在治疗计划系统上验证计划的可实施性。临床应用为治疗计划系统应首先对放射源建模，建立数据库，为以后质控做准备。首先通过介质或网络向治疗计划系统导入图像信息，系统获得关于患者的病变及重要器官与组织的信息，完成对患者建模。医生与物理师结合相关参数，通过治疗计划系统设计优化治疗计划方案，模拟治疗计划给出治疗计划的模拟结果，通过多种方式方法，对已设计的计划予以安全评价，经过反复完善修改，最终获得可用于临床的详细可行的治疗方案。

医用电子加速器的远距离放射治疗计划系统以下简称治疗计划系统。治疗计划系统通常是根据患者的病变组织分布情况，根据肿瘤部位的大小、位置、附近危及器官的临床参数，医师在根据CT定位三维图像中勾画出靶区，标记靶区剂量与反向标记周围正常组织特别是危及器官的最大允许剂量等，由DICOM发送物理师借助计划系统（TPS）进行初步计划设计。治疗计划系统其实简单说是一个代替人工剂量计算的剂量模拟器。它利用数据库把加速器的机器参数和剂量参数进行数学建模，模拟计算得到三维模型中所需位置的剂量参数。治疗计划系统的完善决定了治疗计划的合理性，对患者的治疗效果起着至关重要的作用。下面是针对治疗计划系统的部分检验项目谈一下个人看法，仅供参考。

1.简单几何条件

作为治疗计划系统，简单几何条件的准确性是非常重要的一个评价标准。对于简单几何条件的准确性的测量，需要注意的是针对辐射束轴（测试例1、2、3）和离轴（测试例1、2、3、6）上进行，其中测试例1、2、3上进行辐射轴和离轴测量点与参考值的误差测算。测试例6单进行离轴测量点与参考值的误差测算。可采用两种方法测量，即固体水模测量和用三维水箱测量。两种方法各有优劣，针对某品牌治疗计划系统进行对比，因篇幅有限做一次测量：

试验数据：测试数据作为一个RTPS测试数据包，该数据包针对四种不同射线质，包含对应的输入数据集以及一系列测试。测试数据包中对60Coγ辐射的数据用相对剂量表示，该值是相对于辐射野为l0cm×10cm、SSD为80cm、lcm深度（dref）处的相对剂量值，测试数据包中对高能X射束数据用辐照100MU的剂量（cGy）表示，此时治疗设备已经校准为在射野尺寸为l0cm×10cm、SSD为100cm、最大剂量深度（dmax）处辐照100MU给予lGy的剂量。

模体的材料和位置：试验要求计算一个立方体水模体内一系列位置的点剂量。建议用户在开始试验前为RTPS规定一个边长为40cm的立方体水模。大多数RTPS允许通过输入坐标值确定剂量计算点。然而，如果RTPS不具有上述功能，一个方便的做法是对每一个测试点用射束的中心轴，离轴距离（1cm、2cm、2.5cm、3cm，、5cm、6cm、7cm、9cm和l9cm）和计算深度（dmax、lcm，3cm、5cm、l0cm、11cm、15cm、20cm、25cm，30cm和35cm）来表示。每个测试例都规定了上述所需的离轴距离和深度。

对每个测试例，操作者应将辐射束置于测试例中规定的位置，并且标识测试所要求的深度和离轴距离的计算点。应使用一个足够大的辐射束权重来保证计算结果有足够的精度，即不使用过小的权重是因为可能由于四舍五入或者数据截断导致剂量计算结果的精度低于l%。

射束剂量设定：在一些RPTS中，射束剂量设定对应于射束传递dmax的剂量，而在另外一些系统中，射束剂量设定对应于射束传递到参考射野尺寸（即10cm×l0cm）dmax处的剂量。还有其他系统用其他不同的方式设定射束剂量。用户应熟悉射束剂量设定的方式并确保计算结果和获取相应测试数据的条件一致。

测试例1：射束剂量设定见图1。

图1.测试例1射束剂量设定

①测试条件：三维水箱（见图2）。

②测试条件：固体水模（见图3）。

图3.固体水模计算结果和相应测试数据（注：1.计算结果小数点后保留两位有效数字）

通过上述可以看出，两种方法测试结果误差都在1%范围内，都是比较准确的。当用三维水箱时，初次建立测试环境复杂后期操作简单，只需一次布局就可以完成一个测试例的所有测量，而且不需要每测试一次都到防护间内进行读数，方便易用。但是初次测量对水箱注水和使用环境与纯水使用时间有较高的要求。当用固体水模时，初次建立测量环境简单，后期操作需要每次进入防护间内进行读数以及探头摆放，对每次摆放的位置要求较高。

2.复杂几何条件

复杂几何条件是很重要的一项指标，在YY0775-2010中明确的规定，对于使用的每一种剂量计算算法，在复杂几何条件下（楔形野、不均匀性模体、不规则野、非对称准直器设置等），测试例4、5、7、8、9、10、1l中射野内测量点上RTPS剂量计算值与参考值之间的允许误差为±3%；单就测试例4说明，按照试验要求，在一个9cm×9cm射野中放置一个楔形板，对60Coγ射束使用45°楔形板，对6MV、10MV、和18MV射束使用60°楔形板。楔形板的薄边指向辐射野左侧（X轴的负方向）。计算中心轴、x=-2.5cm（中心轴左侧）和x=+2.5cm（中心轴右侧）的剂量。布局见图4。

通过上述测试布局可以知道，测试例4是对物理楔形板对剂量影响的测试，而不是一个单独对剂量准确的测试。物理楔形板的作用：物理楔形板通过自身厚度的不同，造成对辐射产生的衰减值不同，厚端衰减值大于是吸收较多的剂量，薄端衰减值小于是吸收的剂量较少，这便使等剂量曲线发生改变，产生了在同一个射线野中不同的剂量分布，对剂量起着修正作用，从而使靶区内病变组织和正常器官，还有病变器官的不同部位得到所需的剂量。由于楔形板是由重金属材料（铅、铜合金等）加工而成的，而X射线为连续波谱，在穿过楔形板时必须要与这些金属发现作用而产生一定的衰减，光子与物质发生作用的主要方式有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种。对于高能射线而言，最高能量等于管电压的峰值能量，而平均能量约为峰值能量的1/4～1/3。6MV，10MV穿过楔形板时，发生光电效应和康普顿效应被吸收的低能部分所占的份额较多，电子对效应吸收份额较少，即低能部分吸收较多，高能部分吸收较少，所以穿过楔形板后射线平均能量有所提高，射线质因而变硬。

对治疗计划系统虚拟物理衰减的测算，要求计算出的剂量值与实际测量剂量值偏差在±3%。就测试例4而言，三维水箱的测试，相对于固体水模要方便的多。只需要初次布局后的三维水箱上方防止好物理楔形板即可，每个测试点只要保持物理楔形板与三维水箱相对位置不变。

测试例4：

①测试条件：三维水箱（见图5）。

②测试条件：固体水模（见图6）。

图4.复杂几何条件布局

图5.三维水箱计算结果和相应测试数据

图6.固体水模计算结果和相应测试数据

其中，三维水箱的测试数据相对离散性较高，对于分析治疗计划系统的计算数据有较高的价值，比较能够直观的反应出治疗计划系统的可靠性。其中主要原因是使用固体水模测量时，在每次放入电离室时，很难保证固体水与物理楔形板的相对位置静止，所以数据的离散性不是很好，但是也可以保证数据相对的准确性。