动态调强放射治疗滑窗技术的剂量和机械稳定性评价

张国前，张书旭，韩鹏慧

1.广州医学院 研究生学院，广东 广州510182；2.广州医学院附属肿瘤医院放疗中心 广东 广州 510095

动态调强放射治疗滑窗技术的剂量和机械稳定性评价

张国前1，张书旭2，韩鹏慧1

1.广州医学院 研究生学院，广东 广州510182；2.广州医学院附属肿瘤医院放疗中心 广东 广州 510095

目的 利用二维电离室矩阵和动态治疗日志文件，评价动态多叶准直器（MLC）滑窗技术的剂量学稳定性和机械精度。方法 基于滑窗技术设计5种动态射野A、B、C、D、E，重复按照5种射野对二维电离室矩阵 MatriXX进行照射并分别记录其动态日志文件，对12次的测量数据进行统计分析。结果 各相应照射野等中心点剂量重复性分别为±1.49%、±1.12%、±1.12%、±1.07%、±1.07%，最大相对标准偏差为±1.47，γ分析通过率（3%/3mm）均为100%；动态治疗日志文件显示所有叶片定位误差均<0.05cm，定位误差的标准差均值分别为0.0365、0.038、0.038、0.035、0.026cm。结论 本实验中动态MLC剂量学稳定性和机械精度满足治疗要求，本方法简单方便，可作为常规MLC质量保证程序的补充。

直线加速器；多叶准直器；滑窗技术；剂量仪；调强放疗

随着放疗技术的不断发展，以多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）为基础的调强放疗（intensity modulated radiation therapty，IMRT）具有靶区适形度高、周围危及器官受量少等优点，已被越来越多的医疗中心所采用。静态调强技术利用MLC形成的多个静态子野进行分步照射（step& shoot），而动态调强技术，则是在射线输出过程中计算机控制的多叶准直器叶片以相同或不同的速度不断地运动，即采用滑窗技术（sliding window technique）实现对射野强度的调节。动态MLC叶片的定位精度、运动速度对射线输出的稳定性和靶区及危及器官的剂量分布具有非常重要的影响，有数据显示：在静态调强放疗中±0.2mm的叶片位置误差可以引起大约3%的剂量学改变[1]；而在动态调强放疗中对叶片的定位误差则要求减少到静态调强的1/2[2]。如何有效地进行质量保证（quality assurance，QA）和质量控制（quality control，QC）工作，监测动态MLC的剂量和机械稳定性，一直是广大放射物理工作者关注的问题。本研究通过一种简单的质控方法对基于滑窗技术的动态MLC进行定期地测试，以评价其剂量和机械的稳定性。

1 材料与方法

1.1 设备材料

实验采用Varian Clinac 23EX直线加速器6MV X射线，加速器内置Millennium MLC共120条叶片，中间80条的每条叶片在等中心平面投影宽0.5cm，两旁各20条，每条叶片在等中心平面投影宽1.0cm，最大射野40cm×40cm。电离室矩阵采用IBA公司生产的二维空气电离室矩阵MatriXX系统，由1020个空气电离室组成，每个电离室外径4.5mm、高5mm，其灵敏体积为0.07cm3，所有电离室等间距排成32×32矩阵形式（4个角上各缺少1个电离室），相邻电离室中心距离7.62mm，有效测量范围24cm×24cm。IBA公司生产的固体水模块（RW3，物理密度1.045g/cm3），厚度分别为lmm、2mm、5mm、10mm若干块，其大小为20cm×20cm。中国剂量测试研究院生产的Farmer 0.6 cm指形电离室、9606型剂量仪和标准测试水箱。

1.2 仪器准备

每次测量前首先用指形电离室对加速器进行剂量校正，SSD=100cm，深度d=5cm处计量为100MU=100cGy，并保证其出束偏差在1%以内。再对二维电离室矩阵进行刻度，保证电离室矩阵测量吸收剂量的准确性。将二维电离室矩阵有效测量平面置于等中心平面，上面加4.7cm的RW3固体水，将SSD设为95cm，加上电离室矩阵固有的3mm参考深度，则SDD=100cm，设置一个10cm×10cm大小的射野，重复出束10次，100MU/次，比较每次中心参考电离室测得的剂量，结果显示重复性最大偏差<0.5%，标准偏差<0.2%，满足测量精度要求。

1.3 方案设计

利用Varian自带的MLC叶片设计软件shaper（version 6.2）分别设计动态射野A、B、C、D、E。为评价所有叶片的运动性能，射野A、B、C、D的MLC中间40对叶片全部以相同宽度的间隙和速度由X1向X2方向滑动，间隙宽分别设计为1mm，5mm，10mm，20mm，准直器15cm×20cm，最终分别形成15cm×20cm射野（图1（a））。为评价部分叶片的分次运动性能，射野E中间24对叶片每4对为一组，每组相对叶片均以10mm的间隙和相同的速度由X1向X2方向滑动15cm，一组叶片滑动结束相邻叶片组紧接着开始滑动，由Y2向Y1方向各组依次进行，最终形成16cm×12cm射野（图1（b））。为避免相邻叶片间漏射线的影响，各组叶片运行时准直器大小均为16cm×2cm。将二维电离室矩阵有效测量平面置于加速器等中心平面，上面加4.7cm的RW3固体水，将SSD设为95cm，则SDD=100cm。在保证精确摆位的基础上分别按照5种动态射野在加速器上对MatriXX进行照射，机架角度为0°、准直器角度0°，射野A、B、C、D跳数均设为100MU；射野E每组100MU，共600MU，剂量率均为300MU/min。第1次测量前由瓦里安公司工程师对MLC叶片滑动速度及定位精度进行设置和校准。

1.4 数据分析

利用OmniPro I'mRT剂量软件对得到的剂量学数据进行分析，为评价点剂量的稳定性，比较各照射野每次测得的等中心点剂量，计算12次测量数据各照射野等中心点剂量所有测量值的重复性及标准差。为评价等中心平面的剂量稳定性，将后11次测量得到的通量图分别与第1次多叶准直器叶片定位精度校准后得到的通量图进行Gamma分析，剂量误差标准和距离误差标准设置为3%/3mm。重复性计算公式如下：

式中Ri为第i次测量值与第1次测量值的比值，为n次比值的平均，n=12。

利用Dynalog File Viewer（Version 7.0）软件检查各射野每次测量得到的动态日志文件，通过分析叶片定位误差标准差和误差数据及直方图评价叶片的机械稳定性。

2 结果

图2、图3分别为电离室矩阵MatriXX和动态日志文件得到的结果，通过分析所有测得的数据得到的剂量学及叶片误差结果，见表1。

表1 不同射野测量分析结果

图2 各照射野第1次测量得到的等中心平面的离轴比曲线

图3 射野A第1次测量得出的A面及B面中间40对叶片误差标准差曲线

表1中显示两种方案各照射野等中心点剂量重复性最大偏差±1.49 %，最大标准偏差±1.47%。另外，OmniPro I'mRT剂量软件得出γ分析通过率均为100%，调强放射治疗中对叶片到位精度的偏差限定一般为±1.0mm，动态日志文件显示所有叶片定位误差均<0.5mm，定位误差的标准差（root mean square，RMS）均小于0.038。本实验动态MLC剂量学稳定性和机械精度满足治疗要求。

3 讨论

常规MLC的质量保证和质量控制工作包括MLC叶片的到位精度检查，照射野和灯光野、MLC旋转中心轴和线束中心轴的符合性，相邻叶片、相对叶片间的漏射，准直器散射因子和MLC射野平坦度随机器跳数的变化等内容[3]。然而这些内容在检测基于滑窗技术的动态多叶准直器叶片的运动性能方面的作用是有限的。IMRT治疗时为保护重要器官而要求比常规放疗有更大的剂量梯度，某些时候甚至会达到每毫米10%～15%。叶片的到位精度和叶片运动速度的稳定性等直接影响各个射野或线束在靶区内形成的剂量强度分布，而且由于机器出束时间大大多于常规放疗，相邻叶片间和相对叶片合拢时端面间的漏射线剂量将会对最终的剂量分布产生更大的影响，因而，对MLC的质量保证和质量控制工作提出了更高的要求。

国外一些放疗中心根据自己的经验对动态MLC的测试和质控工作进行了报道[4-6]，主要内容分为2个方面。①机械精度检查：包括动态MLC的定位精度[7]；叶片速度和加速度的稳定性；不同机架角度对定位精度和速度的影响[8]，标准测试射野评估。② 剂量学检查：包括不同宽度“间隙扫描（Sweeping Gap）”的输出稳定性；叶片剂量间隙（Dosimetric Leaf Separation，DLS）的测定；调强计划的验证等。

对于叶片的定位精度，通常采用“篱笆式”和“栅栏式”叶片位置模式利用胶片进行测量，误差精度可达到0.1mm。与胶片法相比，电子射野影像系统因监测速度快、影响因素少等优势也有较多应用。对于二维电离室矩阵，由于探测器本身的几何尺寸及电离室中心的几何间距（10mm PTW seven29，7.619mm IBA MatriXX）属于间断探测方式，在检测叶片定位精度方面具有一定的局限性。Varian动态治疗日志文件可以每隔50ms记录叶片瞬时位置并与计划位置进行比较得出误差值[10]，与胶片或电子射野影像系统相比，动态治疗日志文件能够反映准直器叶片的细微偏差，使工作人员可以方便快速的对叶片到位的准确性和重复性作出判断，及时对误差较大的治疗作出相应的调整。对于剂量学监测，二维电离室矩阵信号采样时间短（50ms），具有点剂量和二维剂量分布实时在线测量的能力，能量响应和剂量线性好，简便、高效[11]，较其他手段具有明显优势。

而国内学者分别应用慢感光胶片[12]、二维电离室矩阵[13]及动态叶片日志文件[14]等，对MLC的定位精度及机架角度对叶片定位误差的影响方面进行了研究，但在叶片速度及剂量学的其他质控方面的报道仍较少见。实际工作中，由于动态叶片的测试内容相对复杂，在动态MLC的质量保证工作方面目前尚无严格统一的标准，对于调强放射治疗，主要的质控工作仍然集中在放疗计划的验证方面，通过治疗前的剂量验证来确认计划的可行性和剂量的准确性。本研究从一个侧面反映了我放疗中心动态MLC的剂量学及机械稳定性，可作为常规MLC质量保证程序的补充，并在调强放射治疗计划的验证之前作为MLC运动性能的评价手段。总之，MLC的质量保证和质量控制是正确执行治疗的重要保证，应根据动态准直器的特点和要求，综合利用各种工具，逐渐完善并形成一套合理的制度，以确保治疗的科学性和准确性。

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Dosimetric and Mechanical Accuracy Estimation of Sliding Window in Dynamic Intensity-modulated Radiotherapy

ZHANG Guo-qian1,ZHANG Shu-xu2,HAN Peng-hui1
1.Graduate Institute, Guangzhou Medical College, Guangzhou Guangdong 510182,China;2.Radiotherapy Department,Affiliated Tumour Hospital of Guangzhou Medical College, Guangzhou Guangdong 510095, China

Objective We estimated dosimetric and mechanical accuracy of sliding window in dynamic intensity-modulated radiotherapy with a 2D diode array and dynalog file. Methods Five kinds of MLC format files based on sliding window technique were designed. 2D array of MatriXX was radiated in the linac and dynalog files were generated twelve times. Measured data was analyzed. Results All the repeatability errors of isocenter point dose of every fields were±1.49%, ±1.12%, ±1.12%, ±1.07%, ±1.07%,respectively. The maximum of relative standard deviations were±1.47. All of γ- analyze pass rates were 100%. Dynalog file indicated that all leaf deviations were less than 0.5mm. The averages of errors RMS were 0.0365, 0.038, 0.038, 0.035, 0.026cm, respectively. Conclusion The result of the present work reveals the ideal functioning of the linac for dynamic dose delivery. This method is simple and convenient, which can be introduced into routine QA procedure for MLC.

linear accelerator; multi-leaf collimator; sliding window technique; dosimeter; intensitymodulated radiotherapy therapty

TL53；R730.55

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.10.005

1674-1633(2011)10-0021-04

2011-05-15

广东省科技计划项目（2010B031600146）；广州医学院博士留学回国人员基金项目（2010-1-11）。

张书旭，博士，主任技师，硕士生导师。

通讯作者邮箱：gthzsx@163.com