三維劑量驗證裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維劑量驗證裝置及三維劑量驗證方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，放射影像技術(shù)和放射治療技術(shù)發(fā)生了根本性和革 命性的變化，放射治療邁進了一個新的時代一一三維治療的時代。尤其在近來，隨著放 射治療設(shè)備的更新和開展放射治療的醫(yī)療單位的增多，帶有電動多葉準(zhǔn)直器（multileafC〇llimat〇r，MLC)的醫(yī)用直線加速器得到廣泛的應(yīng)用；同時具有三維算法和調(diào)強放 射（intensity modulated radiation therapy, IMRT)治療逆向算法的治療計劃系統(tǒng) (treatment plan system, TPS)廣泛的應(yīng)用，推動了三維適形治療技術(shù)特別是調(diào)強放射 治療技術(shù)的發(fā)展。調(diào)強放射治療病例數(shù)所占的比例越來越高，治療的病種也越來越豐 富，有些腫瘤甚至將MRT作為首選治療方式，如鼻咽癌、前列腺腫瘤等。以至于James A. Purdy [1]認為"21世紀(jì)第2個10年，頂RT技術(shù)或許會成為常規(guī)的照射技術(shù)"。放射治 療的根本目的是提高治療增益比，即最大限度地增加腫瘤的局部控制率（tumor control probability, TCP)，降低正常組織的放射并發(fā)癥概率（normal tissue complication probability，NTCP) [2]。MRT技術(shù)同常規(guī)放射治療技術(shù)和三維適形放射治療技術(shù)相比，更 適合于治療凹形靶區(qū)和大面積不規(guī)則靶區(qū)。它在提供高度適形的靶區(qū)劑量的同時，能夠更 好的保護周圍的正常組織和危及器官。有效的提高治療增益比。
[0003] 調(diào)強放射治療（MRT)是近十多年發(fā)展的一項嶄新技術(shù)，在理論上它能夠很好 地遵循放療臨床劑量學(xué)四原則，是在各射野與靶區(qū)輪廓高度適形的前提下，將每一個射 野分割成若干小子野，使射野內(nèi)劑量強度按一定要求進行調(diào)節(jié)，最大限度地將束流集中 到靶區(qū)以內(nèi)，周圍危及器官和正常組織少受或免受不必要的照射。它是利用多葉準(zhǔn)直 器（MLC)運動來實現(xiàn)，每一個射野內(nèi)通過MLC運動會分成一定數(shù)量的子野，而每一個子 野的形狀、跳數(shù)各不相同，它們之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，致使在調(diào)強放療中，劑量出錯可 能性比較大，因其它采用比較陡峭的劑量梯度，且這種陡峭劑量分布臨近腫瘤和重要器 官的邊界（Shamurailatpam Dayananda Sharma, et al. Use of peripheral dose data from uniform dynamic multi leaf collimation fields to estimate out-〇f-field organ dose in patients treated employing sliding window intensity-modulated radiotherapy. Phys. Med. Biol. 51 (2006)，2987 - 2995.)。所有這些子野合成以后的劑量分 布是難以想象和預(yù)見的，這一點與射野均勻的三維適形放療完全不同（Followill D，Geis P and Boyer A 1997,Estimates of whole-body equivalent dose produced by beam intensity modulated conformal therapy Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 38, 667 - 72 ；Kry S, Salehpour M, Followill D, Stovall M, Kuban D, White R and Rosen I 2005a,0ut-〇f-field photon and neutron dose equivalents from step-and-shoot intensity-modulated radiation therapy Int.J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 62, 1204 - 16 ；Hall E J and Wuu S 2003, Radiation-induced second cancers: the impact of 3DCRT and MRT Int.J.Radiat.0ncol.Biol.Phys.56,83 - 88·)。如果不對頂RT 計劃進 行嚴格的劑量驗證，則有可能出現(xiàn)高劑量誤差，這將導(dǎo)致嚴重的放射治療事故發(fā)生（Webb S,1997,The Physics of Conformal Radiotherapy (Bristol: Institute of Physics Publishing) ；Vanhavere F, Huyskens D and Struelens L 2004Peripheral neutron and gamma doses in radiotherapy with anl8MV linear accelerator Radiat. Prot. Dosim. 110, 607 - 12)。因此，臨床上為了保證調(diào)強射野輸出劑量準(zhǔn)確性，必須對調(diào)強放療計 劃進行精心的設(shè)計與準(zhǔn)確的劑量驗證。
[0004] 從劑量學(xué)方面講，IMRT技術(shù)的劑量學(xué)優(yōu)勢是在治療區(qū)域形成高度適形的劑量 分布，而在危及器官區(qū)域劑量發(fā)生陡降。因此，IMRT技術(shù)給放療工作人員特別是放療物 理師提出了一個新的挑戰(zhàn)一一如何使治療計劃能夠正確的實施到患者身上。這就要求 在執(zhí)行IMRT治療之前，要清楚照射野在患者體內(nèi)可能的劑量分布，嚴格限制誤差在一定 范圍內(nèi)，即在治療之前，要求進行質(zhì)量控制（quality control, QC)和質(zhì)量保證（quality assurance, QA)工作（M Stasi, et al. D-IMRT verification with a 2D pixel ionization chamber:dosimetric and clinical results in head and neck cancer. Phys. Med. Biol. 50(2005), 4681 - 4694) 〇
[0005] 作為QC和QA工作的重要組成部分，頂RT的劑量驗證工作是保證患者能夠得到正 確的治療的關(guān)鍵。IMRT的劑量驗證分為兩個方面：絕對劑量驗證和相對劑量驗證。驗證的 方式有膠片和電離室結(jié)合測量相對劑量和絕對劑量、采用半導(dǎo)體矩陣或電離室矩陣測量相 對劑量以及使用蒙特卡羅（Monte Carlo)算法模擬等。
[0006] 目前，以模體內(nèi)劑量實測為基礎(chǔ)的驗證，仍然是最為常用的個體化調(diào)強劑量驗證 技術(shù)。通常采用所謂的"均勻體模計劃移植間接類比法"，其步驟如下：1、按照臨床放療要 求，醫(yī)務(wù)人員對患者進行CT掃描，并在TPS中進行病人放療計劃設(shè)計；2、用CT掃描有機玻 璃、或固體水制作的均勻模體，獲得體模的CT圖像。這些模體中可插入電離室進行點劑量 測量；3、將體模的CT圖像輸入放療計劃系統(tǒng)中，進行體模的三維重建，同時獲取體模的三 維電子密度信息；4、利用TPS將病人放療計劃的全部照射參數(shù)移植到該體模CT圖像中，在 體模內(nèi)再次進行劑量分布計算，得到體模中電離室測量點的劑量值；5、按照計劃設(shè)計參數(shù)， 控制醫(yī)用加速器，對體模中進行模擬照射，在照射過程中，用電離室測量關(guān)注點的劑量值， 再將所測劑量值或二維劑量分布與第4步的體模中計算值進行比較。
[0007] 現(xiàn)有的治療計劃絕對劑量驗證方法之一主要使用單個電離室和固體水模體。在 IMRT治療計劃得到確認后，將電離室插入固體水模體中心，進行CT掃描，在計劃系統(tǒng)上進 行數(shù)字影像重建，勾畫靶體外輪廓和電離室探頭輪廓，設(shè)定電離室探頭中心為坐標(biāo)原點；移 植IMRT治療計劃至模體，使等中心位于坐標(biāo)原點出，重新計算模體的劑量分布。最后對模 體按照IMRT治療計劃進行照射，獲取測量點的物理吸收劑量絕對值，與該點計劃劑量進行 比較。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)的缺點：
[0009] 1.放射治療計劃絕對劑量驗證中電離室插入固體模體后位置不能再更改，且電離 室金屬電極將影響模體的CT電子密度曲線（CT水等效系數(shù)曲線），因此驗證范圍和待測點 劑量精確度存在局限。
[0010] 2.常規(guī)放射治療計劃絕對劑量驗證方法一次只能測量一個點，對于有若干個驗證 點的IMRT治療計劃，需要重復(fù)進行模體照射和測量，因此完成一個計劃的驗證耗時太長， 成本高，系統(tǒng)誤差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種三維劑量驗證裝置。能進 行絕對劑量多模式立體測量的三維測量及基于改進的三維伽馬因子算法進行劑量差異統(tǒng) 計。
[0012] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種三維劑量驗證方法。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種三維劑量驗證裝置，其主要特點 在于包括計算機控制平臺、擁有三維劑量測量頭的多通道靜電計和加持三維運動支臂的三 維水模體（水箱）；計算機控制平臺連接多通道靜電計和三維水模