基于Varian clinac-IX直線加速器放療系統(tǒng)的技術分析和臨床劑量學研究.pdf

1、放射治療的理想目標是僅在腫瘤部位產生劑量沉積，而正常器官組織無劑量沉積?，F(xiàn)代放療技術雖然還沒有達到此種水平，但計算機技術的發(fā)展所帶來的現(xiàn)代精確放療技術朝此理想化目標跨越了一大步。精確放療其核心在于“精確定位、精確計劃設計、精確治療”。
　　為實現(xiàn)精確放射治療，在放射物理層面需要解決以下三個問題：如何確保放射劑量投射準確；針對不同腫瘤患者選擇最優(yōu)的放射治療技術，如何設計出最優(yōu)化的放射治療計劃；以及如何確保放射治療計劃能準確實施。本文

2、旨在利用江蘇省蘇北人民醫(yī)院放療科Varian clinac-IX醫(yī)用電子直線加速器，及配套使用的Varian Eclipse放射治療計劃系統(tǒng)、指型電離室、MatriXX劑量儀、二維電離室矩陣和COMPASS三維驗證系統(tǒng)等設備所構成的完整放射治療體系，對以上三方面的問題分別展開研究。研究內容和結論如下：
　　首先，為確保射線投射準確，從以下四個方面進行了研究：(1) 對高能X射線和電子束在水中吸收劑量的測量與計算方法進行研究，確保射

3、線“質”的準確。研究結果表明，用指型電離室在水模體中測量，并使用IAEA(International Atomic Energy Agency) 277號報告的計算方法得出在有效測量點的吸收劑量值與標準計算值之間的誤差在 0.17％～0.54%之間，滿足國家規(guī)定(≤2.0%)的要求，研究指出了加速器輸出射線的能量大小是準確的；(2) 研究加速器質量保證工作中常見的三種電離室（0.01cm3、0.125cm3以及0.6cm3）的劑量響應特

4、性，了解其性能特點，確保劑量監(jiān)測的準確，從而能保證射線出束“量”的準確；(3) 研究多葉準直器參數(shù)對射線傳輸?shù)挠绊?，并將這些參數(shù)引入到治療計劃系統(tǒng)中，通過TPS計算和實測比較得出，80%等劑量線面積重合度都大于95%，曲線的分離度均小于3mm，研究指出了測量多葉準直器(Multileaf Collimator，MLC)的參數(shù)是保證射線傳輸和劑量計算準確性的必要條件；(4) 研究IGRT全碳纖維治療床對射線投射的影響，研究結果表明，IGR

5、T全碳纖維治療床對6MV X線的衰減因子在0.981～0.997，對15MV X線的衰減因子在0.984～0.999，所以設計放療計劃時必須使用虛擬床模式，確保當加速器機架旋轉至IGRT 全碳纖維治療床的斜下方或正下方時，治療床對射線的衰減可以得到與治療計劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)的補償修正，保證射線投射準確。
　　其次，針對三維適形放療、固定野調強放療和容積旋轉調強放療這三種目前主流的放

6、療技術，分別以頭頸部的鼻咽癌、胸部的乳腺癌、腹部盆腔的宮頸癌、多中心放療的全中樞神經系統(tǒng)放療以及危機器官在治療靶區(qū)內的保護海馬的全腦照射為例，進行放療技術的比較劑量學研究，其中鼻咽癌、宮頸癌以及海馬保護全腦照射都是進行調強和旋轉容積調強放療兩種放療技術的劑量學參數(shù)比較研究，而乳腺癌則是這三種放療技術的劑量學參數(shù)比較研究，全中樞神經系統(tǒng)則采用三維適形放療和調強放療比較研究。研究結果表明，旋轉容積調強放療技術能獲得更好的靶區(qū)劑量分布和更低的

7、危及器官劑量受量，同時治療跳數(shù)MU和治療時間T更短，但旋轉容積調強放療技術對加速器自身的穩(wěn)定性要求較高，并且優(yōu)化過程耗時較長，降低了治療的效率。另一方面，以宮頸癌5野調強計劃為例，研究四組條件變量對劑量學參數(shù)的影響，這些條件變量包括X線能量（6MV和15MV）、治療體位（仰臥位和俯臥位）、MLC調強方式（動態(tài)和靜態(tài)）、劑量計算算法包括各向異性分析算法和筆形束卷積算法，研究結果表明，最佳的條件變量應是俯臥體位、各向異性算法(Anisotr

8、opic Analytical Algorithm，AAA)劑量算法、MLC動態(tài)調強滑窗以及能量為15MV的高能X線。
　　最后，分析劑量驗證和位置驗證的必要性。一方面，利用德國IBA 公司的MatriXX、COMPASS劑量驗證系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，以食管癌為例進行劑量驗證研究。研究結果表明，食管癌等中心處絕對劑量能夠很好的與TPS達到一致；靶區(qū)和危及器官的γ通過率均在97%以上，從PD(Percent Different)值來看，G

9、TV(Gross Tumor Volume)、CTV(Clinical Target Volume)、PTV(Planning Target Volume)的D95%、Dmean平均差異在2%以內；脊髓D1%平均差異2.04%；左肺和右肺的V5-30以V10為界差異呈逐漸增大趨勢，處于1.5%以內；心臟V20-40差異也呈逐漸增大趨勢，平均值差異為 2.68%。另一方面，通過分析千伏級的錐形束計算機斷層掃描的技術優(yōu)勢，并以肺癌容積旋轉調

10、強(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)計劃為例進行位置驗證研究。研究結果表明，.患者在x、y、z 軸上的平均擺位誤差分別為(0.05±0.16)、(0.09±0.32)、(-0.02±0.13)cm；系統(tǒng)誤差在左右、頭腳、前后方向分別為：0.28、0.37、0.25cm；隨機誤差左右、頭腳、前后方向分別為0.16cm、0.32cm、0.13cm；CTV在x、y、z三個方向上的外擴值分別為0.82

11、cm、1.16cm、0.72cm。
　　總之，在射線投射準確性方面，本文的研究結果解釋了Varian clinac-IX加速器系統(tǒng)在哪些方面是如何對射線的準確投射產生影響，而了解這種影響是進行精確放療的基礎；在計劃優(yōu)化設計方面，本文的研究結果解決了各種典型病例的計劃最優(yōu)化設計方法，即獲得滿意的靶區(qū)劑量分布的同時，大大降低了危及器官和正常組織的受量；在劑量驗證和位置驗證研究方面，本文的研究分析了驗證的必要性，提供了臨床上驗證的具體方