ArcCHECK和EBT3胶片应用于螺旋断层放射治疗剂量验证的比较研究*

丁艳秋 吴伟章 朱夫海 王 勇 程金生 翟贺争

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0031-05 [中图分类号] R144.1 [文献标识码] A

ArcCHECK和EBT3胶片应用于螺旋断层放射治疗剂量验证的比较研究*

丁艳秋①吴伟章②*朱夫海②王 勇②程金生①翟贺争③

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0031-05 [中图分类号] R144.1 [文献标识码] A

目的：比较研究ArcCHECK半导体矩阵和EBT3胶片在螺旋断层放射治疗剂量验证中的应用。方法：随机选取10例小靶区患者的螺旋断层放射治疗计划，分别采用ArcCHECK半导体矩阵和EBT3胶片两种方法进行剂量验证，设置γ分析通过标准(1 mm/1%、2 mm/2%、3 mm/3%)，获得两种方法的γ分析通过率。结果：ArcCHECK半导体矩阵γ分析标准(1 mm/1%、2 mm/2%、3 mm/3%)的平均通过率为86.9%、99.1%及99.9%，EBT3胶片γ分析标准(1 mm/1%、2 mm/2%、3 mm/3%)的平均通过率为65.3%、92.4%及98.1%，两者相差分别为21.6%、6.7%和1.8%。两种剂量验证γ分析通过率相比较，其差异具有统计学意义(Z=-3.0627，P=0.0022)、(Z=-3.6070，P=0.0003)及(Z=-3.7920，P=0.0001)。结论：在进行剂量梯度变化较大区域或低剂量区的螺旋断层放射治疗计划验证时需要使用胶片进行剂量验证复核。

螺旋断层放射治疗；EBT3胶片；剂量验证；ArcCHECK半导体矩阵

[First-author’s address] National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

目前，放射治疗仍然是治疗肿瘤的重要手段，而新型放射治疗技术也在不断发展。螺旋断层放射治疗(Tomotherapy，TOMO)系统是一种在CT图像引导下，以调强放射治疗为主的新型放射治疗技术。目前全世界已有超过400台的TOMO设备投入临床使用，我国现已安装运行10余台，预计在不久的将来会得到更快速的发展[1]。

TOMO是一种全新调强放射治疗设备，将6 MV直线加速器代替球管安装在CT的滑环机架上，使用扇形束实施螺旋照射。TOMO系统在进床的同时环绕患者进行360o旋转，在40cm×160cm范围内螺旋照射治疗。TOMO系统采用64片二元多叶光栅调制照射野，源轴距(source axis distance，SAD)为85cm，射野的最大宽度为40cm，最大开度为5cm，由次级准直器开口决定。等中心处的剂量率为9Gy/min左右。取消了传统加速器的均整器设计，增加了多叶光栅的漏射保护功能和采用窄束照射等功能。其机架每旋转一圈有51个投照角度，具有巨大数目的调制射野，因此可以给复杂的肿瘤靶区非常均匀且高度适形的剂量分布[2-3]。同时，TOMO系统将CT扫描技术与放射治疗系统整合到一起，在每次治疗前采集患者图像资料，与定位CT进行配准，以减少摆位误差。其自带的自适应软件能快速的将患者治疗前的MV CT图像与定位的kV CT图像进行融合，便于医生进行靶区的修改，同时能快速的创建自适应计划，将肿瘤治疗的精度提高到一个新的水平。

鉴于TOMO系统是一种高精度的调强放射治疗，实施放射治疗前进行放射治疗计划剂量验证显得尤为重要。螺旋断层质量控制推荐的解决方法是在专用圆柱形模体中采用胶片相对剂量和电离室同时测量点绝对剂量来给予实现[4-7]。目前已有许多免冲洗胶片满足临床剂量验证的要求，EBT3胶片作为一种新型免冲洗胶片具有能量依赖性小和分析简单等优势已逐渐应用于临床剂量验证。ArcCHECK半导体矩阵是用于放射治疗剂量分布测量的三维剂量测量系统，1386个半导体探测器分布在圆柱型模体面上，可以测量该圆柱面上的剂量分布，目前已有多家TOMO系统放射治疗机构使用该矩阵进行螺旋断层剂量验证。本研究随机选取10例小靶区患者的TOMO系统放射治疗计划，分别采用ArcCHECK半导体矩阵和EBT3胶片两种方法进行螺旋断层放射治疗剂量验证，旨在比较分析两种方法的验证结果。

1 材料与方法

1.1 EBT3胶片与ArcCHECK半导体矩阵的刻度

(1)胶片的刻度。胶片型号为美国产GAFCHROMIC EBT3，尺寸为8×10 in，标称剂量响应范围为0.1～10Gy，免冲洗，对可见光不敏感。将EBT3胶片虚拟分为九宫格，每格放置于5cm厚的固体水上，上面再放置1cm厚的固体水，源到固体水表面源皮距离(source skin distance，SSD)=85cm。辐射野大小为5cm×5cm，参考电离室有效测量点深度为2cm，照射时间分别为5 s、15 s、20 s、25 s、30 s、40 s、70 s以及100 s，在胶片上形成不同黑度的9个方块，用TOMO系统自带软件绘制出EBT3胶片的剂量响应曲线[8]。

(2)ArcCHECK半导体矩阵刻度。ArcCHECK半导体矩阵为美国Sun Nuclear公司生产，长21cm的矩阵上分布1386个半导体探测器，探测器尺寸为0.8mm×0.8mm，探测器间距为10mm。在TOMO治疗机上进行绝对剂量刻度，机器跳数设为200 MU，射野大小为5cm×10cm，机架角0o，出束时间为15～20 s。随仪器带的SNC Patient软件内建有ArcCHECK半导体矩阵绝对剂量刻度的标准程序，其方法为在等效深度固体水下利用电离室测量规定出束条件下的绝对剂量，在相同的出束条件下照射ArcCHECK半导体矩阵后，将参考电离室测量的绝对剂量输入到程序中，完成剂量刻度。采用TOMO系统的MV CT扫描ArcCHECK半导体矩阵，获取矩阵MV CT图像，传输到TOMO系统DQA Station软件后生成DQA(执行剂量验证)数字模体。在DQA Station中调用DQA数字矩阵，将患者的TOMO计划移植到矩阵上，使用红激光灯定位矩阵，再经过计算得到可供执行的DQA数字计划，将DQA计划的RT-PLAN和RT-DOSE两个文件用DICOM传输工具导入到SNC Patient软件中[9]。

1.2 剂量验证

本研究对每例螺旋断层计划分别用胶片和ArcCHECK半导体矩阵进行剂量验证。

(1)使用EBT3胶片在TOMO治疗机上进行患者剂量验证。将胶片置于cheese模体两半球中间，红激光灯摆位模体，绿激光灯标记好4点位置以及胶片正方向位置，连接参考电离室，调用每例患者的DQA计划出束照射。在使用EBT3胶片进行剂量验证的同时用电离室监测靶区感兴趣点的点剂量，使得点剂量偏差≤±2%(如图1所示)。

图1 EBT3胶片剂量验证示意图

(2)使用ArcCHECK半导体矩阵在TOMO治疗机上进行患者剂量验证。连接ArcCHECK半导体矩阵和SNC Patient工作站，选取SNC Patient软件中待验证计划剂量分布的计算结果，在TOMO治疗机操作台调用已完成的患者DQA计划，按照红激光灯摆位矩阵出束照射，采用SNC Patient收集测量的数据，生成剂量分布的测量结果(如图2所示)。

图2 ArcCHECK半导体矩阵剂量验证示意图

1.3 比较分析

本研究测量结果采用的γ分析方法是一种定量比较两种剂量分布可靠且快速的方法，是剂量偏差比较方法与距离一致性比较方法的结合，可定量和快速比较两种剂量分布的整体偏差情况。γ分析通过率定义将测量得到的剂量分布数据定义为“参考分布”，将计算出的剂量分布数据定义为“被评估分布”。将“被评估分布”中所有数据与计算“参考分布”中每个参考点的γ指数进行比较，γ≤1即为通过，γ＞l为不通过，统计通过的参考点个数占参考点总数的百分比即为γ分析通过率[10-12]。

将照射后的EBT3胶片用Vidar扫描仪扫描后生成.dcm格式文件，输入治疗计划系统胶片分析系统软件中，定量分析EBT3胶片测量的冠状面剂量分布情况。设置γ分析通过标准(1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%)，获得γ分析的通过率。在SNC Patient软件中设置γ分析通过标准(1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%)，对ArcCHECK半导体矩阵剂量分布的计算结果和测量结果进行对比分析，获得γ分析的通过率。

1.4 统计学方法

采用统计学软件SAS9.3对数据进行分析，首先检验3种不同γ分析通过标准是否符合正态性，使用秩和检验分析每组γ分析通过标准差异是否具有统计学意义，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 实验结果

随机选取10例小靶区患者的螺旋断层放射治疗计划，分别用ArcCHECK半导体矩阵和EBT3胶片两种方法进行剂量验证，比较分析两种方法的验证结果。5号患者胶片剂量验证γ分析通过标准为2%/2mm的分析图(如图3所示)；5号患者ArcCHECK半导体矩阵剂量验证γ分析通过标准为2%/2mm，其分析如图4所示。

图3 EBT3胶片剂量验证分析图

EBT3胶片和ArcCHECK半导体矩阵两种剂量验证方法在不同γ分析通过标准下的γ通过率。从3种不同γ分析通过标准整体显示，ArcCHECK半导体矩阵剂量验证γ分析通过率明显高于EBT3胶片γ分析通过率。ArcCHECK半导体矩阵的1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%γ分析标准下的平均通过率为86.9%、99.1%及99.9%；而EBT3胶片的1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%γ分析标准下的平均通过率为65.3%、92.4及98.1%，两者相差分别为21.6%、6.7%及1.8%，两种剂量验证通过率相比，其差异均具有统计学意义(Z=-3.0627，P=0.0022)、(Z=-3.6070，P=0.0003)及(Z=-3.7920，P=0.0001)(见表1)。

图4 ArcCHECK半导体矩阵剂量验证分析图

患者计划编号1mm/1%2mm/2%3mm/3% EBT3 ArcCHECKEBT3 ArcCHECKEBT3 ArcCHECK 163.071.992.597.698.5100.0 270.093.996.599.799.099.7 364.085.291.399.697.5100.0 474.096.197.499.499.5100.0 570.062.692.596.399.0100.0 676.085.492.598.698.099.5 762.595.494.0100.098.5100.0 863.597.392.599.797.799.7 960.093.590.099.896.8100.0 1050.087.384.3100.096.8100.0平均值65.386.992.499.198.199.9 Z值-3.0627-3.6070-3.7920 P值0.00220.00030.0001

3 结论

螺旋断层放射治疗是高精度高适形度的调强放射治疗，为了保证其治疗精度和安全性，需要建立完善的质量控制体系。为使治疗的顺利进行，在实施放射治疗前需要对放射治疗计划进行剂量验证，选用合适的剂量验证方法显得尤为重要。本研究分别采用ArcCHECK半导体矩阵和EBT3胶片两种方法，并设置不同γ分析，通过标准(1mm/1%、2mm/2%及3mm/3%)进行螺旋断层放射治疗剂量验证。实验结果可以得出3种不同γ分析验证通过标准下，ArcCHECK半导体矩阵γ分析通过率明显高于EBT3胶片γ分析通过率，两种剂量验证通过率相比较具有统计学意义。

由于使用ArcCHECK半导体矩阵进行剂量验证具有摆位方便，通过Patients软件能够快速得出剂量验证γ通过率，相对于使用胶片剂量验证方法节省了时间，受到放射治疗机构的青睐。但是ArcCHECK半导体矩阵由于受矩阵间距的制约其剂量验证精度不如胶片；EBT3胶片比ArcCHECK半导体矩阵在剂量强度分布中更加明显体现了TOMO系统放射治疗的“螺纹”效应，因而在剂量梯度变化较大区域或低剂量区，在使用ArcCHECK半导体矩阵进行剂量验证时需要使用胶片进行复核[7，13]。

目前，大部分放射治疗机构均采用3mm/3%的γ分析通过标准，使用ArcCHECK半导体矩阵进行剂量验证其通过率较高[13-14]。由于实验条件的限制，本研究仅选用10例螺旋断层放射治疗计划，分析两种剂量验证方法的区别，日后尚需进一步证实是否在剂量梯度变化较大区域或低剂量区使用ArcCHECK半导体矩阵进行剂量验证时选择较低的γ分析通过标准更为合适，为螺旋断层放射治疗质量控制规范的制定积累基础数据[15]。

[1] 马永忠，万玲，张泓，等.螺旋断层放射治疗的应用与防护[J].首都公共卫生，2013，7(3)：127-132.

[2] 张金葆，卢爱国.螺旋断层放疗系统的验收与质量保证规范[J].医疗卫生装备.2010，31(11)：124-126.

[3] 文婷，黎静，张晋建，等.螺旋断层放疗的日常质量控制与质量保证[J].中国医疗设备，2013，28(7)：50-52.

[4] Langen KM，Papanikolaou N，Balog J，et a1.QA for helical tomotherapy：Report of the AAPM Task Group 148a[J].Medical Physics，2010，37(9)：4817-4853.

[5] 徐寿平，解传滨，戴相昆，等.二维半导体阵列实施旋转调强治疗计划验证的剂量学评估[J].中国医学物理学杂志，2009，26(6)：1477-1480.

[6] 徐寿平，解传滨，鞠忠建，等.用二维电离室阵列对螺旋断层治疗的调强计划进行剂量验证[J].中华放射肿瘤学杂志，2009，18(3)：233-236.

[7] 解传滨，徐寿平，鞠忠建，等.二维电离室阵列与EDR2胶片在螺旋断层治疗计划剂量验证中的应用研究[J].中华放射肿瘤学杂志，2011，20(4)：330-333.

[8] 吴伟章，朱夫海，王勇.EBT2胶片在螺旋断层治疗调强计划剂量验证中的应用[C].中华医学会第九次全国放射肿瘤治疗学学术会议论文，2012.

[9] 吴伟章，朱夫海，王勇，等.旋转照射剂量测量仪(ArcCHECK)在螺旋断层放疗计划剂量验证中的应用[J].肿瘤预防与治疗，2014，27(4)：20-23.

[10] 张达光，蒋胜鹏，杨成文，等.计算分辨率对调强放疗计划验证Gamma通过率的影响[J].国际生物医学工程杂志，2014，37(2)：103-106，114.

[11] Low DA，Harms WB，Mutic S，et a1.A technique for the quantitative evaluation of dose distributions[J].Med Phys，1998，25(5)：656-661.

[12] Low DA，Dempsey JF.Evaluation of the gamma dose distribution comparison method[J].Med Phys，2003，30(9)：2455-2464.

[13] Ezzell GA，Burmeister JW，Dogan N，et a1.IMRT commissioning：multiple institution planning and dosimetry comparisons，a report from AAPM Task Group 119[J].Med Phys，2009，36(11)：5359-5373.

[14] 翟贺争，程金生，丁艳秋，等.二维电离室矩阵探测器的光子剂量学性能测试[J].中华放射医学与防护杂志，2015，35(2)：144-148.

[15] 李雪南，修霞，李高峰.大孔径螺旋CT在放疗模拟定位中的应用研究[J].中国医学装备，2013，10(10)：16-18.

The comparison research on application on ArcCHECK and EBT3 film in dose verification of tomotherapy planning/DING Yan-qiu, WU Wei-zhang, ZHU Fu-hai, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶31-35.

Objective∶ To evaluate the dosimetric characteristics of both ArcCHECK semiconductor matrix and EBT3 film application for dose verification of helical tomotherapy planning. Methods∶ Dose verifications of tomotherapy planning of 10 patients with small target were randomly using both ArcCHECK semiconductor matrix and EBT3 film, Setting 1mm/1%, 2mm/2% and 3mm/3% γ-analysis criteria. Results∶ The average γ pass rates of ArcCHECK semiconductor matrix with 1mm/1%, 2mm/2% and 3mm/3% γ-analysis criteria were 86.9%, 99.1%, 99.9% ,which were higher than those of the EBT3 film with 65.3%, 92.4%, 98.1%, respectively. The difference between both ArcCHECK semiconductor matrix and EBT3 film were 21.6%(Z=-3.0627, P=0.0022), 6.7%(Z=-3.6070, P=0.0003), 1.8%(Z=-3.7920, P=0.0001). The differences were statistical significance. Conclusion∶ It was necessary to verify the dose using the film for dose distribution change area or lower dose area.

Helical tomotherapy; EBT3 film; Dose verification; ArcCHECK semiconductor matrix

丁艳秋,女,(1979- ),硕士，副研究员。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所，从事辐射防护与辐射剂量学工作。

2015-05-07

中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所所长青年基金(201405)“螺旋断层放疗质量控制剂量验证方法的研究”

①中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 北京 100088

②空军总医院肿瘤放疗科 北京 100142

③中国医学科学院放射医学研究所 天津 300192

*通讯作者：tianjinwwz@163.com

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.010