三维适形调强放射治疗剂量验证研究进展

三维适形、调强放射治疗剂量验证研究进展▲

梁　远

(广西壮族自治区卫生厅医政处,南宁市　530021)

【关键词】　三维适形放射治疗;调强放射治疗;剂量验证

【中图分类号】　R114 【文献标识码】　A 【文章编号】　025324304(2008)1021520202

随着计算机技术和放射治疗计划系统的飞速发展,放射治疗技术日新月异,相继出现了三维适形放射治疗(three di m ensi onal radi otherapy,3D2CRT)和调强放射治疗(intensity modulated radi otherapy,I M RT)。3D2CRT的目的是使放射治疗的三维高剂量分布与靶区的三维形状一致,以保护靶区周围的正常组织。然而,对于形状特殊的肿瘤,传统的3D2CRT无法实现三维高剂量分布与靶区的三维形状一致,这时就需要根据要求对每一射束的输出强度进行调节,从而实现肿瘤三维空间上的高剂量分布适形,这就是所谓I M RT。

1　原　理

调强放射治疗(I M RT)由于采用计算机逆向设计,即根据设定的靶区及各器官的剂量要求,计算所有影响剂量分布的物理参数,使高剂量区对GT V和CT V达到充分的剂量适形,并使PT V尽可能地缩小,从而达到显著提高治疗增益比的效果,并能很好地遵循放疗四原则:靶区剂量准确;邻近正常器官受照剂量小;保护关键器官;靶区剂量分布均匀。这样就可以有效地拉开肿瘤组织和正常组织所受的照射剂量,从而能够在保护正常组织的前提下,更好地杀死肿瘤细胞,达到改善生存质量、提高肿瘤控制率的目的[1]。20世纪90年代以来,这一技术日臻成熟。其主要实现方式包括:二维物理补偿器、断层治疗技术、多叶光栅(multileaf colli m at or,MLC)静态调强、MLC动态调强、电磁扫描调强、二维调强准直器、独立准直器的静态调强和机器人直线加速器调强等。

2　I M RT的优点

与3D2CRT相比,I M RT有许多优势。首先,它能够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PT V内的剂量分布更均匀,同时还可以在PT V边缘形成非常陡的剂量梯度。其次, I M RT可在一个计划内同时实现多个剂量水平,满足不同靶区对放射治疗剂量的要求,从而更符合肿瘤的放射生物学原则[2]。然而,I M RT技术与常规放射治疗技术及3D2CRT三维适形放射治疗相比,更为复杂,由于其技术上的复杂性,物理师不仅要像传统放射治疗一样验证患者的治疗摆位,还要验证患者所受的剂量分布[3,4]。I M RT尚属于发展中的技术,逆向计算的优化算法在某些方面还不成熟,且放射治疗中还存在众多不确定因素,因此治疗前的剂量验证是确保治疗剂量准确的关键步骤[5,6]。3　放射治疗验证工具

目前报告的关于调强放射治疗验证的典型工具为电离室、胶片、体模、胶片扫描仪配合相应的分析软件。传统的验证方法:电离室配合胶片法,计量学验证一般包括3个测量项目:一是用电离室在人体等效模体中测量靶区参考点的绝对剂量;二是采用胶片测量,一个治疗计划的所有射野在有机玻璃模体内形成的复合剂量分布,最后是采用胶片在干水模体中测量单个射野的强度分布,即患者相对剂量的测试及验证[7～10]。戴建荣等[7]报告针对一个患者的调强计划进行验证过程:首先在CT扫描体模传到计划系统作为标准体模,然后将经过医生确认的患者调强放射治疗计划移植到标准体模并计算剂量,将移植后的计划传到加速器进行验证,用电离室进行参考点的绝对剂量验证,并使用胶片进行所有射野和单个射野的相对剂量验证,最后用分析软件将计划结果和体模测量结果进行比较分析,如果两者差异在可以接受的误差范围,则认为计划可以执行并执行患者治疗,反之要找出原因并修正引起误差的原因重新验证直至误差减小到可以接受的程度再执行患者治疗。上述验证程序和过程为目前被广大医生和物理师所普遍接受的通用方法,具有以下优点[11]:(1)可以同时完成定位和剂量验证;(2)胶片法精度较高高可分辨0.15 mm的绝对位置误差和0.04mm的相对位置误差;(3)与常用模体相结合可以开展模体内任意平面的剂量验证;(4)在条件允许的情况下可以直接与EP I D等先进设备相连开展实时自动验证。但是成本高、工作量大,测量结果受曝光和冲洗条件影响,且胶片不能重复利用,浪费很大。例如不同批次的胶片、不同批次的显影液定影液、同一批次不同使用时间的显影液定影液都有很大差异,胶片冲洗是胶片辐射剂量分析过程的关键环节,也是胶片剂量仪的重要误差来源之一。由于放射物理学中的胶片剂量测量,尤其是当胶片用于测量绝对剂量或进行刻度时的精确性要求甚高,对冲洗过程加以控制或进行必要的质量保证就非常重要[12～15]。并且用于调强验证的电离室的灵敏体积,不能简单地认为越小越好。正确的认识应该是在使用大电离室时要考虑体积平均效应,并且测量点尽量选在剂量均匀区域;在使用小灵敏体积的电离室时要注意漏电和噪声对测量结果的影响。所以根据经验传统的验证方法,同时进行上述绝对剂量验证和相对剂量验证大概需要2人3h在加速器上的测量时间和1人2h的准备及数据处理时间[7],在目前国内大部分医院加速器治疗时间紧张的情况下,很难保证临床顺利实施,急需找到省时省力的更好的调强放射治疗质量保证(QA)和质量控制(QC)的方法。

0251Guangxi M edical Journal,O ct.2008,V ol.30,N o.10

▲广西医疗卫生科研课题(桂卫科发Z2008499)

4　二维矩阵应用于I M RT质控的近况及展望

二维矩阵测量设备将多个半导体探头或者电离室排成二维矩阵,可以同时进行绝对剂量测量和平面的相对剂量测量。二维矩阵应用于I M RT质控,国内仅有少量报告。在国外,该方面研究也刚起步。2003年Jursinic等[16]用Mapcheck模型研究I M RT的剂量验证,认为其可以提供足够的精度,并且其测量、校准分析时间大约需要20m in(依赖于子野数目),相对于传统I M RT验证方法,大大减少了验证繁琐程度,提高了工作效率,是简单可行的I M RT质量控制手段;2004年Lét ourneau等[17]亦对M apcheck模型在I M RT的QA和QC的应用中进行了评价,认为这种二维矩阵的剂量测定法可同时进行绝对剂量和相对剂量测定,它应用于临床能够简化和减少常规I M RT的QA和QC的繁杂的工作程序;2006年Poppe等[18]用二维电离室矩阵(PT W2Freiburg)研究I M RT的质量控制,研究I M RT射野的二维剂量分布,并用伽马方法进行分析,认为其提供了一种合适的并且简单易行的I M RT质控方案,2007年Cilla等[19]的研究发现应用二维电离室矩阵(PT W)研究I M RT的质量控制有两个优点,第一它可以稳定、有效地对人体内的绝对剂量进行验证;第二它能够及时有效地对治疗过程中不同的子野输出的剂量进行验证。肖锋等[8]对80例鼻咽癌动态调强放疗计划采用二维电离室矩阵进行验证:一是用电离室在人体等效模体中测量靶区参考点的绝对剂量;二是使用二维电离室矩阵测量调强计划每个射野的剂量强度分布;三是使用慢感光胶片竖插在模体内,测量调强计划横断面的剂量分布。结果表明:为了得到更加真实的测量结果,建议所有测量,尤其是绝对剂量测量都在计划实际机架角度下进行,利用二维电离室矩阵可定量分析照射野剂量分布误差,并且省时省力,有利于验证工作的常规化,胶片法验证由于费时费力且误差较大已趋于淘汰,对于动态调强计划,模体计划各个射野的机器跳数应与实际计划相同,这样才能得到更加真实的测量结果。张晓军等[20]也介绍了二维电离室矩阵在调强适形放疗剂量学验证中的应用,结果也提示:二维电离室矩阵(M atri XX)是目前较先进的调强治疗实时二维验证系统之一,它可以测量照射野的剂量分布和强度分布,在剂量学验证中,可以极大地简化验证工作量,提高验证效率。因此,利用二维电离室矩阵可定量分析照射野剂量分布误差,并且省时省力,有利于验证工作的常规化。上述研究都提供了有益的结果,提示用二维电离室矩阵进行I M RT的QA和QC是可行的,但是上述研究都没有提供大量病例的统计结果。因此,对于该方向的研究应有广阔的前景。

调强放射治疗是目前世界上最先进的放射治疗方法,在国内刚刚开展,现在国内有几十家医院已经开展此项治疗技术。广西有上百家医院开展放射治疗,其中大部分将会相继开展调强放疗技术,因此将二维电离室矩阵(Matri XX)技术应用于调强验证、剂量验证、加速器日常质量控制及放射治疗个体化患者的验证等多个方面,这项技术的开展将有相当广泛的需求。

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(收稿日期:2008-07-05　修回日期:2008-08-10)

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广西医学　2008年10月第30卷第10期