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

1、放射治療的理想目標(biāo)是僅在腫瘤部位產(chǎn)生劑量沉積，而正常器官組織無(wú)劑量沉積?，F(xiàn)代放療技術(shù)雖然還沒有達(dá)到此種水平，但計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展所帶來(lái)的現(xiàn)代精確放療技術(shù)朝此理想化目標(biāo)跨越了一大步。精確放療其核心在于“精確定位、精確計(jì)劃設(shè)計(jì)、精確治療”。
　　為實(shí)現(xiàn)精確放射治療，在放射物理層面需要解決以下三個(gè)問題：如何確保放射劑量投射準(zhǔn)確；針對(duì)不同腫瘤患者選擇最優(yōu)的放射治療技術(shù)，如何設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的放射治療計(jì)劃；以及如何確保放射治療計(jì)劃能準(zhǔn)確實(shí)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(jì)劃系統(tǒng)、指型電離室、MatriXX劑量?jī)x、二維電離室矩陣和COMPASS三維驗(yàn)證系統(tǒng)等設(shè)備所構(gòu)成的完整放射治療體系，對(duì)以上三方面的問題分別展開研究。研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　首先，為確保射線投射準(zhǔn)確，從以下四個(gè)方面進(jìn)行了研究：(1) 對(duì)高能X射線和電子束在水中吸收劑量的測(cè)量與計(jì)算方法進(jìn)行研究，確保射

3、線“質(zhì)”的準(zhǔn)確。研究結(jié)果表明，用指型電離室在水模體中測(cè)量，并使用IAEA(International Atomic Energy Agency) 277號(hào)報(bào)告的計(jì)算方法得出在有效測(cè)量點(diǎn)的吸收劑量值與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值之間的誤差在 0.17％～0.54%之間，滿足國(guó)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(zhǔn)確的；(2) 研究加速器質(zhì)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(yīng)特

4、性，了解其性能特點(diǎn)，確保劑量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確，從而能保證射線出束“量”的準(zhǔn)確；(3) 研究多葉準(zhǔn)直器參數(shù)對(duì)射線傳輸?shù)挠绊?，并將這些參數(shù)引入到治療計(jì)劃系統(tǒng)中，通過TPS計(jì)算和實(shí)測(cè)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(cè)量多葉準(zhǔn)直器(Multileaf Collimator，MLC)的參數(shù)是保證射線傳輸和劑量計(jì)算準(zhǔn)確性的必要條件；(4) 研究IGRT全碳纖維治療床對(duì)射線投射的影響，研究結(jié)果表明，IGR

5、T全碳纖維治療床對(duì)6MV X線的衰減因子在0.981～0.997，對(duì)15MV X線的衰減因子在0.984～0.999，所以設(shè)計(jì)放療計(jì)劃時(shí)必須使用虛擬床模式，確保當(dāng)加速器機(jī)架旋轉(zhuǎn)至IGRT 全碳纖維治療床的斜下方或正下方時(shí)，治療床對(duì)射線的衰減可以得到與治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)的補(bǔ)償修正，保證射線投射準(zhǔn)確。
　　其次，針對(duì)三維適形放療、固定野調(diào)強(qiáng)放療和容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放療這三種目前主流的放

6、療技術(shù)，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(jīng)系統(tǒng)放療以及危機(jī)器官在治療靶區(qū)內(nèi)的保護(hù)海馬的全腦照射為例，進(jìn)行放療技術(shù)的比較劑量學(xué)研究，其中鼻咽癌、宮頸癌以及海馬保護(hù)全腦照射都是進(jìn)行調(diào)強(qiáng)和旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)放療兩種放療技術(shù)的劑量學(xué)參數(shù)比較研究，而乳腺癌則是這三種放療技術(shù)的劑量學(xué)參數(shù)比較研究，全中樞神經(jīng)系統(tǒng)則采用三維適形放療和調(diào)強(qiáng)放療比較研究。研究結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)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(shí)治療跳數(shù)MU和治療時(shí)間T更短，但旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)對(duì)加速器自身的穩(wěn)定性要求較高，并且優(yōu)化過程耗時(shí)較長(zhǎng)，降低了治療的效率。另一方面，以宮頸癌5野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃為例，研究四組條件變量對(duì)劑量學(xué)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(diào)強(qiáng)方式（動(dòng)態(tài)和靜態(tài)）、劑量計(jì)算算法包括各向異性分析算法和筆形束卷積算法，研究結(jié)果表明，最佳的條件變量應(yīng)是俯臥體位、各向異性算法(Anisotr

8、opic Analytical Algorithm，AAA)劑量算法、MLC動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)滑窗以及能量為15MV的高能X線。
　　最后，分析劑量驗(yàn)證和位置驗(yàn)證的必要性。一方面，利用德國(guó)IBA 公司的MatriXX、COMPASS劑量驗(yàn)證系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以食管癌為例進(jìn)行劑量驗(yàn)證研究。研究結(jié)果表明，食管癌等中心處絕對(duì)劑量能夠很好的與TPS達(dá)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(lái)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(nèi)；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(shì)，處于1.5%以內(nèi)；心臟V20-40差異也呈逐漸增大趨勢(shì)，平均值差異為 2.68%。另一方面，通過分析千伏級(jí)的錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并以肺癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)

10、強(qiáng)(Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT)計(jì)劃為例進(jìn)行位置驗(yàn)證研究。研究結(jié)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(jī)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(gè)方向上的外擴(kuò)值分別為0.82

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