CN107765283A - 超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体及方法，对多中心超长射野容积调强弧形放疗测量所得的剂量分布与计划所得的剂量分布进行比较分析，来验证多中心超长射野容积调强弧形放疗计划传输的准确性，特别是多中心接野出传输剂量的误差。本发明通过对容积调强弧形放疗多中心超长靶区计划的剂量验证，探索全脑全脊髓等超长靶区用容积调强弧形放疗技术治疗的可行性，提高全脑全脊髓等超长靶区病人的治疗效率和治疗精度，减少放射治疗并发症，提高患者的生活质量。

Description

超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体及方法

技术领域

本发明涉及一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体及方法。

背景技术

随着精准放疗的不断发展，调强放疗已经成为大多数恶性肿瘤治疗的主要方式，其中容积调强弧形放射治疗技术是一种动态旋转调强放疗技术，是在机架连续等中心旋转的过程中，通过改变射束的剂量率、多叶光栅的形状和旋转速度来实现最优的剂量学分布，具有治疗速度快，时间短，危重病人容易耐受而在临床中得到广泛的应用。

在其从患者治疗计划的设计到治疗的实施过程的各个环节,都会产生一定的误差,这其中的误差大致包含了3个部分:(1)来源于治疗计划原始数据的误差:计算机调用的治疗机机器参数是在实际测量的有限个数据中拟合出来的,本身存在一定的误差,而且作为其数据来源的实际测量的数据在获取时也包含了测量误差。(2)算法误差:当前的剂量算法,不管是PHILIPS pinnacle的串筒卷积算法,还是CMS XIO的超级迭代和快速傅立叶卷积,以及目前计算最为精确的蒙卡算法都存一定范围的计算误差。(3)治疗实施时的机器误差,这部分的误差包括:机器是否按照预设的计划实施了照射,剂量的传递是否准确,以及治疗机本身的误差等。ICRU24号报告指出,原发灶根治剂量的准确性应好于5%,靶区剂量偏离最佳剂量时,就有可能使原发灶肿瘤失控或并发症增加,从而可能导致治疗计划的失败。正因为调强放疗的过程存在的诸多不确定性,因此我们必须在治疗实施前对调强放疗计划进行剂量学的验证。

目前，放疗剂量验证方法的主要步骤如下：

1、 验证模体的建立：在二维矩阵剂量验证仪上置5块固体水，其下放置5块固体水；

2、 将验证模体放在CT模拟定位机下扫描，分别得出图像；

3、制定符合临床要求的放射治疗计划，验证模体放在加速器下，按照实际治疗要求进行照射；

4、 通过面剂量二维矩阵软件分析实测数据与放射治疗计划系统的运算结果进行比对，分析误差。

容积调强弧形放射治疗技术连续等中心旋转可根据靶区大小，在人体或模体中生成超长的三维的剂量分布，如图3所示。通过现有的放疗剂量验证模体和验证方法只能验证单中心，有限长度的剂量分布，通过横截面的实测数据与放射治疗计划系统的运算结果验证单中心的放疗计划是否合适，而对于多中心的超长靶区的容积调强弧形放射治疗技术所形成的剂量分布缺少处理手段。

另外，容积调强弧形放射治疗技术高度的注量调整模式对治疗过程中的位置偏差变的非常敏感，特别是对于全脑全脊髓等超长靶区，如图4所示，需要多个等中心的计划，各个等中心放疗会形成剂量叠加的接野部位。在治疗的过程中需要根据各个中心的位置移动治疗床，移动过程中可能引进位置偏差，会导致接野部位形成的剂量叠加出现偏差，从而影响病人实际受照剂量准确性。等中心点即机架、照射头和治疗床的三个旋转轴交于一点。

目前市场上还没有针对全脑全脊髓等超长靶区的验证模体和设备，尤其是针对全脑全脊髓等超长靶区接受多中心容积调强弧形放射治疗的验证手段。基于此现状，临床上急需开发出可验证全脑全脊髓等超长靶区利用多中心积调强弧形放射治疗的设备系统，以提高全脑全脊髓等超长靶区多中心积调强弧形放射治疗的治疗准确性。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体及方法。

本发明所采取的技术方案如下：一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，包括模体主体和模体基座，所述模体主体为若干个空心圆柱体结构的固态水模体由内而外层层叠加形成.

相邻两层固态水模体之间设有0.05 mm-1.5 mm的间隙，所述模体主体的直径为5 cm -6 cm，长度为55 cm-65 cm。

所述固态水模体为宽度为3 mm-7 mm的空心圆柱体。

所述模体基座包括设在所述模体主体两端的模体支架以及连接两个模体支架的连接杆，所述模体支架与连接杆为螺纹连接或通过螺钉固定，所述模体支架下方设有可调节高度的旋钮支脚。

所述模体支架的侧面或模体主体的横断面或模体主体侧面上设有角度显示，两个模体支架上或模体主体内设有与模体主体轴心平衡的刻度尺或所述模体主体的轴心设有刻度尺。

最里端的固态水模体内设有电离室适配器。

一种容积调强剂量验证方法，包括相对剂量误差分析，包括以下步骤：

1)将超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

2)制定容积调强弧形放射治疗计划，将调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划，通过计算机生成对应的模拟三维剂量分布；

3)将相对剂量验证胶片放置在超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体内所述的间隙中，记录所放置的相对剂量验证胶片的位置数据，包括弧线的两端所在的角度刻度、左右两端所在的位置刻度以及弧线的半径；

4)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤3）所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射；

5)取出相对剂量验证胶片并进行扫描得到胶片上的实际剂量分布，形成曲面的实际三维剂量分布；

6)在步骤2）得到的模拟三维剂量分布中根据步骤3）所记录的相对剂量验证胶片的位置数据提取对应位置的曲面的待验证三维剂量分布，将待验证三维剂量分布与步骤5）得到的实际三维剂量分布进行比较分析，比较分析两者之间的相对剂量误差。

一种容积调强剂量验证方法，包括绝对剂量误差分析，包括以下步骤：

1)将超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体中的电离室适配器连接电离室剂量仪；

2)将连接好电离室剂量仪的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

3)制定容积调强弧形放射治疗计划，将调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划，通过计算机生成对应的模拟三维剂量分布；

4)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤1）连接好电离室剂量仪的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射，测量得到点剂量实测数据；

5)在步骤2）得到的模拟三维剂量分布与步骤4）得到的点剂量实测数据进行比较分析，比较分析两者之间的绝对剂量误差。

一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证方法，包括以下步骤：

1)将超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

2)制定多中心容积调强弧形放射治疗计划；

3)将其中一个等中心的调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划；

4)将相对剂量验证胶片放置在超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体内所述的间隙中，记录所放置的相对剂量验证胶片的位置数据，包括弧线的两端所在的角度刻度、左右两端所在的位置刻度以及弧线的半径；

5)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤4）放好相对剂量验证胶片的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射；

6)取出相对剂量验证胶片并进行扫描得到胶片上的实际剂量分布，形成二维剂量分布；

7)重复步骤3）至步骤6），得到各个等中心的容积调强弧形放射后的二维剂量分布，然后根据各个等中心的相对剂量验证胶片的相对位置对各个等中心的容积调强弧形放射后的二维剂量分布进行剂量拼接；

8)分析拼接后的接野位置进行冷热点分析。

本发明的有益效果如下：本发明提供一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，对多中心超长射野容积调强弧形放疗测量所得的剂量分布与计划所得的剂量分布进行比较分析，来验证多中心超长射野容积调强弧形放疗计划传输的准确性，特别是多中心接野出传输剂量的误差。本发明通过对容积调强弧形放疗多中心超长靶区计划的剂量验证，探索全脑全脊髓等超长靶区用容积调强弧形放疗技术治疗的可行性，提高全脑全脊髓等超长靶区病人的治疗效率和治疗精度，减少放射治疗并发症，提高患者的生活质量。

附图说明

图1为超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体的侧视图。

图2为超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体的主视图。

图3为容积调强弧形放射治疗技术所构成的螺旋状剂量分布的示意图。

图4为三中心容积调强弧形放疗的示意图。

图5-7为图4中每个中心容积调强弧形放疗验证示意图。

图中，1，模体主体；2，模体支架；201，角度显示；3，连接杆；4，电离室适配器；5，旋钮支脚；6，刻度尺；7，照射头；8，相对剂量验证胶片。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式，可以更好地说明本发明。

一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，包括模体主体1和模体基座，所述模体主体1为若干个空心圆柱体结构的固态水模体由内而外层层叠加形成，相邻两层固态水模体之间设有0.05 mm-1.5 mm的间隙.

所述模体主体1的直径为5 cm -6 cm，长度为55 cm-65 cm。

所述固态水模体为宽度为3 mm-7 mm的空心圆柱体。

所述模体基座包括设在所述模体主体1两端的模体支架2以及连接两个模体支架2的连接杆3，所述模体支架2与连接杆3为螺纹连接或通过螺钉固定，所述模体支架2下方设有可调节高度的旋钮支脚5。

所述模体支架2的侧面或模体主体1的横断面或模体主体1侧面上设有角度显示201，两个模体支架2上或模体主体1内设有与模体主体1轴心平衡的刻度尺或所述模体主体1的轴心设有刻度尺6。

最里端的固态水模体内设有电离室适配器4。

具体剂量验证方法，包括相对剂量误差分析，包括以下步骤：

1)将超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

2)制定容积调强弧形放射治疗计划，将调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划，通过计算机生成对应的模拟三维剂量分布；根据三维立体图像信息经过图像滤波、图像层间插值、坐标系转换、CT值-电子密度转换等过程构建精确的三维病人剂量计算物理模型，此过程可以通过现有的计算机软件完成（如飞利浦公司的Smartarc软件）；

3)将相对剂量验证胶片放置在超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体内所述的间隙中，记录所放置的相对剂量验证胶片的位置数据，包括弧线的两端所在的角度刻度θ₁-θ₂、左右两端所在的位置刻度l₁-l₂以及弧线的半径r；

4)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤3）所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射；

5)取出相对剂量验证胶片并进行扫描得到胶片上的实际剂量分布，形成曲面的实际三维剂量分布；

6)在步骤2）得到的模拟三维剂量分布中根据步骤3）所记录的相对剂量验证胶片的位置数据提取对应位置的曲面的待验证三维剂量分布，可以先提取以r为半径的圆柱形曲面的信息，然后再提取角度为θ₁-θ₂且高度为l₁-l₂的部分曲面信息，将待验证三维剂量分布与步骤5）得到的实际三维剂量分布进行比较分析，比较分析两者之间的相对剂量误差。分析的过程如下：先将两个剂量分布呈现在一个通用的坐标系中并准确地配准，在剂量梯度平缓的区域，可直接比较两个剂量分布之间的数值差异，误差标准可人为设定，比如3%的剂量误差；在剂量梯度陡峭区域，因为绝对剂量误差对小空间偏移非常敏感，并且可能提供误导性的大剂量差异，所以引入约定距离概念（distance-to-agreement），约定距离中用陡峭剂量梯度区之间的距离来衡量剂量分布的可比性，可人为定制误差标准，比如3mm；在剂量差异和约定距离都不通过的区域，则综合了两种比较方式的gamma指标，验收标准也可人为设定，比如3%/3mm，验证通过与失败的标准是，测量点Gamma 值≤1 通过，Gamma 值＞1 失败，计算通过的测量点数百分比，一般是要求通过的百分比数>90%。

具体剂量验证方法，包括绝对剂量误差分析，包括以下步骤：

1)将超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体中的电离室适配器4连接电离室剂量仪；

2)将连接好电离室剂量仪的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

3)制定容积调强弧形放射治疗计划，将调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划，在TPS中计算出模体内对比测试点的吸收剂量；

4)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤1）连接好电离室剂量仪的超长靶区多中心容积调强剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射，测量得到点剂量实测数据；

5)在步骤2）得到的模拟三维剂量分布与步骤4）得到的点剂量实测数据进行比较分析，比较分析两者之间的绝对剂量误差，此误差应在± 3%。

针对超长靶区多中心容积调强弧形放疗计划的剂量验证方法，包括以下步骤：

1)将超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

2)制定多中心容积调强弧形放射治疗计划；

3)将其中一个等中心的调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划；

4)将相对剂量验证胶片放置在超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体内所述的间隙中，记录所放置的相对剂量验证胶片的位置数据，包括弧线的两端所在的角度刻度、左右两端所在的位置刻度以及弧线的半径；

5)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤4）放好相对剂量验证胶片的超长靶区多中心容积调强剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射；

6)取出相对剂量验证胶片并进行扫描得到胶片上的实际剂量分布，形成二维剂量分布；

7)重复步骤3）至步骤6），得到各个等中心的容积调强弧形放射后的二维剂量分布，然后根据各个等中心的相对剂量验证胶片的相对位置对各个等中心的容积调强弧形放射后的二维剂量分布进行剂量拼接；

8)分析拼接后的接野位置进行冷热点分析，冷点就是测量所得的剂量比计划的剂量低于5%以上，说明剂量过低，无法达到预期效果，热点就是测量所得的剂量比计划的剂量高于5%以上，说明剂量过高，可能造成不必要的损害。如果分析得到的冷热点过多，说明所制定的多中心容积调强弧形放射治疗计划是存在问题的。

以上所述仅为本发明的一种实施例，并非用来限制本发明的保护范围；本发明的保护范围由权利要求书中的权利要求限定，并且凡是依发明所作的等效变化与修改，都在本发明专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，包括模体主体（1）和模体基座，其特征在于：所述模体主体（1）为若干个空心圆柱体结构的固态水模体由内而外层层叠加形成，相邻两层固态水模体之间设有0.05 mm-1.5 mm的间隙。

2.根据权利要求1所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，其特征在于：所述模体主体（1）的直径为5 cm -6 cm，长度为55 cm-65 cm。

3.根据权利要求2所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，其特征在于：所述固态水模体为宽度为3 mm-7 mm的空心圆柱体。

4.根据权利要求1所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，其特征在于：所述模体基座包括设在所述模体主体（1）两端的模体支架（2）以及连接两个模体支架（2）的连接杆（3），所述模体支架（2）与连接杆（3）为螺纹连接或通过螺钉固定，所述模体支架（2）下方设有可调节高度的旋钮支脚（5）。

5.根据权利要求4所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，其特征在于：所述模体支架（2）的侧面或模体主体（1）的横断面或模体主体（1）侧面上设有角度显示（201），两个模体支架（2）上或模体主体（1）内设有与模体主体（1）轴心平衡的刻度尺或所述模体主体（1）的轴心设有刻度尺（6）。

6.根据权利要求1所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体，其特征在于：最里端的固态水模体内设有电离室适配器（4）。

7.一种容积调强剂量验证方法，包括相对剂量误差分析，其特征在于，包括以下步骤：

1)将权利要求1-6任一项所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

2)制定容积调强弧形放射治疗计划，将调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划，通过计算机生成对应的模拟三维剂量分布；

3)将相对剂量验证胶片放置在超长靶区多中心容积调强剂量验证模体内所述的间隙中，记录所放置的相对剂量验证胶片的位置数据，包括弧线的两端所在的角度刻度、左右两端所在的位置刻度以及弧线的半径；

4)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤3）所述的超长靶区多中心容积调强剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射；

5)取出相对剂量验证胶片并进行扫描得到胶片上的实际剂量分布，形成曲面的实际三维剂量分布；

6)在步骤2）得到的模拟三维剂量分布中根据步骤3）所记录的相对剂量验证胶片的位置数据提取对应位置的曲面的待验证三维剂量分布，将待验证三维剂量分布与步骤5）得到的实际三维剂量分布进行比较分析，比较分析两者之间的相对剂量误差。

8.一种容积调强剂量验证方法，包括绝对剂量误差分析，其特征在于，包括以下步骤：

1)将权利要求6所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体中的电离室适配器（4）连接电离室剂量仪；

2)将连接好电离室剂量仪的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

3)制定容积调强弧形放射治疗计划，将调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划，通过计算机生成对应的模拟三维剂量分布；

4)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤1）连接好电离室剂量仪的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射，测量得到点剂量实测数据；

5)在步骤2）得到的模拟三维剂量分布与步骤4）得到的点剂量实测数据进行比较分析，比较分析两者之间的绝对剂量误差。

9.一种超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将权利要求1-6任一项所述的超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体放置在CT模拟定位机下扫描得到三维立体图像；

2)制定多中心容积调强弧形放射治疗计划；

3)将其中一个等中心的调强治疗计划转化生成模体的容积调强弧形放射验证计划；

4)将相对剂量验证胶片放置在超长靶区多中心容积调强弧形放疗剂量验证模体内所述的间隙中，记录所放置的相对剂量验证胶片的位置数据，包括弧线的两端所在的角度刻度、左右两端所在的位置刻度以及弧线的半径；

5)将容积调强弧形放射验证计划传递到医用直线加速器，将步骤4）放好相对剂量验证胶片的超长靶区多中心容积调强剂量验证模体放在医用直线加速器下，按照容积调强弧形放射验证计划进行照射；

6)取出相对剂量验证胶片并进行扫描得到胶片上的实际剂量分布，形成二维剂量分布；

7)重复步骤3）至步骤6），得到各个等中心的容积调强弧形放射后的二维剂量分布，然后根据各个等中心的相对剂量验证胶片的相对位置对各个等中心的容积调强弧形放射后的二维剂量分布进行剂量拼接；

8)分析拼接后的接野位置进行冷热点分析。