楊鳳，王先良，祁國(guó)海，劉敏，黎杰，康盛偉，馮璽，劉明哲

1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川成都610059；2.四川省腫瘤醫(yī)院?研究所，四川成都610041

前 言

后裝放射治療有近源處靶區(qū)劑量高、源周邊劑量跌落迅速、靶區(qū)周圍正常器官受照劑量小的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于宮頸癌、前列腺癌等癌癥的治療。由于后裝放射治療的劑量線分布梯度大，治療過(guò)程中的一點(diǎn)誤差都可能會(huì)引起患者實(shí)際照射劑量與計(jì)劃劑量不一致，并且后裝放射治療照射分次少，多為單次大劑量照射，一旦有劑量偏差，就很難評(píng)估和彌補(bǔ)因劑量偏差導(dǎo)致的后果。因此，后裝放射治療中的劑量驗(yàn)證是非常重要的。指形電離室是開(kāi)展放射治療單位必備的設(shè)備，但是目前還未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有用指型電離室進(jìn)行患者后裝放射治療計(jì)劃劑量驗(yàn)證的文獻(xiàn)研究。本研究用指形電離室進(jìn)行患者后裝放射治療計(jì)劃劑量驗(yàn)證的方法和結(jié)果，供其他開(kāi)展后裝放射治療的單位參考。

1 材料與方法

1.1 使用設(shè)備

本研究設(shè)計(jì)一種用于后裝放射治療計(jì)劃驗(yàn)證的模體，模體主要由IBA 固體水和Freiburg Flap Applicator Set（Nucletron part #0.89.0.95, Elekta）組成，模體的尺寸如圖1所示。中間層的固體水中有可以插入指型電離室的圓孔，F(xiàn)reiburg Flap Applicator Set中有多個(gè)插植針通道，通道之間最小間隔為1 cm。在指型電離室正下方和距正下方左右2 cm處各插入1 根插植針（Proguide Sharp Neddle, Elekta），用于模擬臨床中常用的單管、雙管和三管施源器，如圖2所示。當(dāng)然也可以在Freiburg Flap Applicator Set 中插入更多的插植針，采用相同的方法來(lái)驗(yàn)證施源器通道數(shù)超過(guò)3的情況。

圖1 模體示意圖Fig.1 Diagram of solid phantom

圖2 插植針相對(duì)位置示意圖Fig.2 Position of needles relative to 0.6cc ionization chamber

在插植針中放置假源后進(jìn)行CT掃描，CT圖像的分辨率為（1×1×3）mm3，然后將所得的CT 圖像導(dǎo)入Oncentra V4.3計(jì)劃系統(tǒng)（Elekta），TPS計(jì)算Grid（計(jì)算網(wǎng)格）為（1×1×1）cm3。在計(jì)劃系統(tǒng)中勾畫出指型電離室的靈敏體積，命名為GTV。根據(jù)假源重建出插植針在模體中的位置，本研究所用192Ir mHDR-v2 放射源（MicroSelectron units, Nucletron?）的長(zhǎng)度為0.036 cm，施源器重建是從連接端重建，并且施源器重建的頂點(diǎn)取假源的頂點(diǎn)，考慮到金屬假源的偽影，計(jì)劃中每根施源器管道的offset值取為-0.2 cm。

后裝放射治療劑量分布不均勻，也就是指型電離室靈敏體積內(nèi)的劑量分布不均勻，為了研究不同靈敏體積平均劑量統(tǒng)計(jì)上的差別，我們將GTV的半徑縮小0.1 cm，長(zhǎng)度不變，得到GTVR1；將GTVR1的半徑縮小0.1 cm，長(zhǎng)度不變，得到GTVR2；將GTV均勻縮小0.1 cm，得到GTVA1；將GTVA1均勻縮小0.1 cm，得到GTVA2。GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2的體積分別為0.69、0.40、0.15、0.23、0.02 cm3，如圖3所示。

圖3 靶區(qū)勾畫圖Fig.3 Definition of target areas

劑量測(cè)量時(shí)所采用的指形電離室為TW30013（德國(guó)PTW公司），它的靈敏體積為0.6 cm3；劑量?jī)x為UNIDOS（德國(guó)PTW公司）。

1.2 簡(jiǎn)單測(cè)試

在Oncentra V4.3 計(jì)劃系統(tǒng)上設(shè)計(jì)單管、雙管和三管施源器的簡(jiǎn)單計(jì)劃。按放射源駐留的管道號(hào)簡(jiǎn)單計(jì)劃分為5 種：P(1)、P(2)、P(3)、P(1&2)和P(1&2& 3)，其中P(X)為計(jì)劃中只有X 號(hào)管道有放射源，P(X & Y)為計(jì)劃中X 號(hào)管道和Y 號(hào)管道有放射源。所有管道都從施源器的頂端開(kāi)始布源，步進(jìn)長(zhǎng)度都選0.25 cm，1號(hào)管道和2號(hào)管道布源的長(zhǎng)度為2 cm，3號(hào)管道布源長(zhǎng)度為5 cm。設(shè)計(jì)計(jì)劃時(shí)不優(yōu)化駐留點(diǎn)權(quán)重，通過(guò)改變放射源駐留時(shí)間使GTV 平均劑量為200 cGy，計(jì)劃完成后傳送至控制臺(tái)進(jìn)行照射測(cè)量。

1.3 患者臨床治療計(jì)劃

選取2018年3月～4月治療的根治性宮頸癌患者21 例，患者都使用Fletcher 施源器（Nucletron part#189.730,Elekta）。Fletcher施源器有3根管道，基于自制模體CT圖像新建計(jì)劃，在對(duì)應(yīng)的施源器管道和對(duì)應(yīng)的駐留位置中輸入患者原計(jì)劃的駐留時(shí)間，修改新建計(jì)劃的時(shí)間，使其與患者原治療計(jì)劃的時(shí)間相同，劑量計(jì)算后，統(tǒng)計(jì)模體中GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2的平均劑量，并將計(jì)劃傳送至控制臺(tái)進(jìn)行照射測(cè)量。

1.4 測(cè)量參數(shù)

指形電離室的刻度因子K為：

其中，NX為照射量校準(zhǔn)因子，其值可通過(guò)表1用插值法求得為1.048；為電子的平均電離能，為33.97 J/C；Katt為電離室室壁及平衡帽對(duì)校準(zhǔn)輻射的吸收和散射的修正；Km為電離室室壁及平衡帽材料對(duì)校準(zhǔn)輻射空氣等效不充分而引起的修正，KattKm為0.973；Sw/a為水對(duì)空氣組織本領(lǐng)比，其值查表可得；Pu為擾動(dòng)校準(zhǔn)因子，其值查表可得；Pcel為指形電離室電離中心收集極空氣等效不完全校正因子，對(duì)光子來(lái)說(shuō)Pcel=1［1］。本研究中指形電離室的刻度因子K 為0.939。

表1 中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院提的Nx值Tab.1 Nx value provide by National Institute of Measurement and Testing Technology

根據(jù)IAEATRS-277號(hào)報(bào)告中的定義，在自由空氣中測(cè)量時(shí)，電離室中心（P點(diǎn)）收集的電離電荷源于該點(diǎn)前方的某一點(diǎn)（Peff）產(chǎn)生的次級(jí)電子，因此將Peff定義為電離室的有效測(cè)量點(diǎn)，以修正電離室氣腔內(nèi)電離輻射的注量梯度變化。沿射線的入射方向，點(diǎn)Peff位于點(diǎn)P的正前方，如圖4所示。測(cè)量高能電子束（E＞300 keV）時(shí)，點(diǎn)Peff與點(diǎn)P 之間的距離推薦值為0.75r，但是TRS-277第2版將其修正為0.6r［1］。本研究實(shí)驗(yàn)中使用IBA固體水模進(jìn)行測(cè)量，IAEA TRS-398號(hào)報(bào)告［2］中推薦在水模體中進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將電離室的有效測(cè)量點(diǎn)放在電離室中心，使用ρdis因子來(lái)修正電離室腔體替換水的影響，指形電離室的ρdis值約為0.6%［3］。 ρdis因子對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響已在Pu擾動(dòng)因子中考慮到，不再額外修正。

圖4 有效測(cè)量點(diǎn)Peff 與電離室的中心點(diǎn)P 位置Fig.4 Effective measurement point Peff and the central point P of an ionization chamber

1.5 數(shù)據(jù)處理

為了減小統(tǒng)計(jì)偏差對(duì)驗(yàn)證結(jié)果的影響，我們以GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2 的平均劑量的平均值A(chǔ)VEGTVX作為測(cè)量點(diǎn)劑量的計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算值。定義測(cè)量結(jié)果為Meas，Meas 和AVEGTVX的偏差DEV 通過(guò)式（3）計(jì)算：

2 結(jié)果

隨機(jī)選取1例病人的臨床計(jì)劃，Oncentra V4.3計(jì)劃系統(tǒng)所得指形電離室所在層面劑量分布曲線如圖5所示。GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2 的平均劑量與的偏差如表2所示，與的偏差最大為1.1%。由表2可見(jiàn)，靈敏體積的大小對(duì)平均劑量基本沒(méi)有影響，我們以作為測(cè)量點(diǎn)劑量的計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算值。

2.2 簡(jiǎn)單計(jì)劃測(cè)量結(jié)果

2.3 臨床計(jì)劃測(cè)量結(jié)果

21例患者GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2的平均劑量、平均值與Meas的偏差如圖6所示，21例患者的平均值與測(cè)量值的偏差均在±4%以內(nèi)。

圖5 計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算出的劑量分布圖Fig.5 Dose distribution calculated by planning system

表2 與的偏差Tab.2 Deviation betweenand

表2 與的偏差Tab.2 Deviation betweenand

患者編號(hào)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 AVEGTVX 277.2 267.8 322.4 378.0 273.6 266.4 324.6 238.2 249.0 385.0 222.2 390.4 305.0 153.8 321.8 303.2 304.0 347.6 379.6 355.6 261.4 Meas 285.5 265.8 312.9 382.2 267.2 262.1 317.5 235.9 250.7 385.6 215.2 389.7 313.5 153.6 321.6 295.2 302.9 355.5 373.2 355.1 257.2 DGTVXAve (ΔGTV)278（0.3%）269（0.4%）323（0.2%）379（0.3%）274（0.1%）267（0.2%）325（0.1%）239（0.3%）250（0.4%）386（0.3%）223（0.4%）392（0.4%）306（0.3%）154（0.1%）323（0.4%）304（0.3%）305（0.3%）349（0.4%）381（0.4%）356（0.1%）262（0.2%）DGTVR1 Ave (ΔGTVR1)277（-0.1%）266（-0.7%）319（-1.1%）375（-0.8%）271（-1.0%）264（-0.9%）322（-0.8%）236（-0.9%）248（-0.4%）382（-0.8%）220（-1.0%）388（-0.6%）303（-0.7%）153（-0.5%）320（-0.6%）301（-0.7%）303（-0.3%）346（-0.5%）377（-0.7%）353（-0.7%）259（-0.9%）DGTVR2 Ave (ΔGTVR2)278（0.3%）268（0.1%）322（-0.1%）379（0.3%）273（-0.2%）266（-0.2%）324（-0.2%）238（-0.1%）250（0.4%）385（0.0%）222（-0.1%）391（0.2%）306（0.3%）154（0.1%）323（0.4%）303（-0.1%）305（0.3%）348（0.1%）379（-0.2%）356（0.1%）261（-0.2%）DGTVA1 Ave (ΔGTVA1)277（-0.1%）268（0.1%）324（0.5%）379（0.3%）275（0.5%）268（0.6%）326（0.4%）239（0.3%）249（0.0%）386（0.3%）223（0.4%）391（0.2%）305（0.0%）154（0.1%）321（-0.2%）304（0.3%）304（0.0%）348（0.1%）380（0.1%）356（0.1%）262（0.2%）DGTVA2 Ave (ΔGTVA2)276（-0.4%）268（0.1%）324（0.5%）378（0.0%）275（0.5%）267（0.2%）326（0.4%）239（0.3%）248（-0.4%）386（0.3%）223（0.4%）390（-0.1%）305（0.0%）154（0.1%）322（0.1%）304（0.3%）303（-0.3%）347（-0.2%）381（0.4%）357（0.4%）263（0.6%）

2.4 改變施源器重建坐標(biāo)

在測(cè)量過(guò)程中，F(xiàn)reiburg Flap Applicator Set 有可能發(fā)生形變，使得我們預(yù)設(shè)的施源器位置發(fā)生變化，因此在Oncentra V4.3 計(jì)劃系統(tǒng)中改變3 號(hào)管重建位

置，簡(jiǎn)單計(jì)劃的系統(tǒng)計(jì)算值發(fā)生明顯變化，圖7是改變3 號(hào)管簡(jiǎn)單計(jì)劃在計(jì)劃系統(tǒng)中的施源器重建位置（X、Y、Z坐標(biāo)）的計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算值與初始簡(jiǎn)單計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算值之間的偏差。在系統(tǒng)重建施源器過(guò)程中，在相同改變量的情況下，Z 坐標(biāo)的重建偏差最大，X坐標(biāo)的重建偏差最小。

表3 簡(jiǎn)單計(jì)劃測(cè)量結(jié)果Tab.3 Measurements of simple plans

圖6 GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2的平均劑量、平均值 與測(cè)量值Meas偏差Fig.6 Deviation of ,and Meas

圖7 插植針重建位置改變對(duì)計(jì)劃系統(tǒng)值的影響Fig.7 Effects of needle reconstruction position on the calculation

3 討論

放射治療中治療劑量的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響腫瘤原發(fā)病灶復(fù)發(fā)的可能性和周圍正常組織放射性并發(fā)癥發(fā)生的可能性［4-5］。根據(jù)TG-53號(hào)［6］報(bào)告，整體劑量偏差＜5%，可以在放射生物效應(yīng)上獲得很好的結(jié)果。由于后裝放射治療通常是單次大劑量的照射，所以從放射生物學(xué)角度考慮，對(duì)后裝放射治療計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證有著更為重要的意義。本研究在指形電離室的靈敏體積中勾畫出體積不同的5 種靶區(qū)（GTV、GTVR1、GTVA1、GTVR2、GTVA2），結(jié)果表明在指形電離室靈敏體積中，靶區(qū)的勾畫對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大。用指形電離室測(cè)量5種簡(jiǎn)單計(jì)劃，其平均值與測(cè)量值的偏差在±3%左右，21例患者臨床計(jì)劃的GTV、GTVR1、GTVR2、GTVA1、GTVA2 的平均劑量、平均值與測(cè)量值的平均值偏差均小于±4%，滿足AAPM TG-56號(hào)報(bào)告所提出的劑量偏差＜5%的標(biāo)準(zhǔn)［7］。

目前，未發(fā)現(xiàn)用指形電離室進(jìn)行后裝放射治療計(jì)劃驗(yàn)證的文章。但是有國(guó)內(nèi)外學(xué)者報(bào)道采用Mapcheck、MatriXX、MOS場(chǎng)效晶體管（MOSFET）等工具對(duì)后裝放射治療計(jì)劃進(jìn)行劑量驗(yàn)證。Taguenang 等［8］使用MapCheck2測(cè)量的劑量分布與使用EBT2薄膜測(cè)量的劑量分布在5%之內(nèi)一致。Abdelfattah等［9］、于浪等［10］和Bhagwat等［11］都使用MatriXX驗(yàn)證后裝放射治療計(jì)劃劑量分布，采用Gamma因子分析結(jié)果，3項(xiàng)研究結(jié)果的Gamma通過(guò)率均超過(guò)93%。Qi等［12］將MOSFET劑量測(cè)定系統(tǒng)用于高劑量率近距離放射治療計(jì)劃劑量驗(yàn)證，結(jié)果表明距離源1 cm劑量點(diǎn)的平均相對(duì)偏差為2.2%±0.2%，距離源2 cm處劑量點(diǎn)的相對(duì)偏差為2.0%±0.1%，所有的測(cè)量劑量與計(jì)劃劑量之間的百分比偏差均低于5%。Persson等［13］將MOSFET用于后裝放射治療計(jì)劃驗(yàn)證，在體膜中，MOSFET重復(fù)性低于3%，測(cè)量值高于計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算值2%～7%。TLD探針用于眼部腫瘤后裝放射治療計(jì)劃驗(yàn)證中，在3、5、10、20 mm深度處的偏差分別為6%、7%、1%、13%，偏差歸因于探頭的構(gòu)造［14］。Koz?owska等［15］將TLD固定在特殊面罩中驗(yàn)證皮膚癌后裝放療計(jì)劃，測(cè)量值與計(jì)算值之間的偏差＜5%，這與Rasmussen等［16］研究結(jié)果大致相同。梁志文等［17］將不同靈敏體積的指形電離室用于射波刀計(jì)劃劑量驗(yàn)證，若處方劑量完全包繞電離室靈敏體積，則靈敏體積對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大。

為了避免不同計(jì)劃在施源器重建過(guò)程中引入誤差，所有計(jì)劃都復(fù)制同一套計(jì)劃，保證施源器重建均相同。本研究的不確定度主要考慮以下幾方面：（1）192Ir源的直徑為0.09 cm，插植針內(nèi)徑為0.1 cm，兩者不完全相同，在出源時(shí)源相對(duì)于施源器的中心軸線的位置存在0.01 cm 的余量，其不確定度約為0.9%；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)劑量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)所設(shè)置的參數(shù)（氣壓計(jì)和溫度計(jì)讀數(shù)等）存在隨機(jī)誤差，其不確定度大約為0.1%［18］；（3）吸收劑量計(jì)算公式中的各物理量也存在不確定度，其中Nk值的不確定度為0.7%，擾動(dòng)校正因子Pu的不確定度為1.0%［19］，源的傳送時(shí)間轉(zhuǎn)換因子（ftr）、模體轉(zhuǎn)換為全散射水模體的轉(zhuǎn)換因子（fph）、質(zhì)能吸收系數(shù)和施源器衰減校正系數(shù)（fcath）的不確定度均為0.3%［20］，所以總不確定度約為1.63%。

綜上所述，計(jì)劃系統(tǒng)中勾畫的電離室靈敏體積的大小對(duì)平均劑量基本沒(méi)有影響，但要注意在使用過(guò)程中，減少模體移動(dòng)，避免施源器在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生偏移，在保證施源器位置準(zhǔn)確的前提下，指形電離室可用于后裝放射治療中的點(diǎn)劑量驗(yàn)證。