雷偉杰，陸啟勇

(徐州礦務(wù)集團總醫(yī)院 放療中心，江蘇徐州221006)

Octavius 4D劑量驗證系統(tǒng)應(yīng)用及誤差因素分析

雷偉杰，陸啟勇

(徐州礦務(wù)集團總醫(yī)院 放療中心，江蘇徐州221006)

本文首先闡述了Octavius 4D劑量驗證系統(tǒng)原理及應(yīng)用，對其用于VMAT放療計劃進行劑量驗證的實施方法、驗證方式等進行了分析，探討了劑量驗證誤差的影響因素。

Octavius 4D；劑量驗證；VMAT放射治療

近年來，放射治療領(lǐng)域中的精確放療技術(shù)發(fā)展迅速，Axesse、Truebeam、Cyberknife、Tomotherapy及Vero 4DRT等精確放療設(shè)備大量出現(xiàn)，使機械、患者擺位以及器官運動的位置誤差大大減少。影像引導(dǎo)下的容積調(diào)強弧形及立體定向放射治療技術(shù)等治療模式已開始大量應(yīng)用于臨床。不同于常規(guī)IMRT技術(shù)，VMAT技術(shù)是以動態(tài)旋轉(zhuǎn)的形式，同步連續(xù)地調(diào)節(jié)機架旋轉(zhuǎn)速度、多葉準直器位置與運動速度以及劑量率等參數(shù)進行照射；其劑量率變化比較大，射野多且復(fù)雜，在計劃和治療時所涉及的不確定因素較多，為確保治療的安全性與有效性，驗證劑量的準確性就顯得更為重要，對質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的質(zhì)控設(shè)備及質(zhì)控人員均提出了較高的要求。

目前文獻多為基于Compass、Delta-4及ArcCHECK等劑量驗證系統(tǒng)對VMAT治療計劃進行劑量驗證分析[1-4]。本文主要對德國PTW公司的Octavius 4D驗證系統(tǒng)原理進行了闡述，對其用于VMAT放療計劃進行劑量驗證如何實施、驗證方式以及影響驗證通過率的影響因素等進行了分析。

1 原理

Octavius 4D驗證系統(tǒng)通過將傳統(tǒng)的二維矩陣插入到一個可與加速器治療機架同步旋轉(zhuǎn)的固體水模體中，以保證射線束始終垂直電離室測量探頭，無角度依賴性，完美采集患者計劃的劑量信息，并利用模體中的能量PDD數(shù)據(jù)重建出三維空間劑量分布，實現(xiàn)計劃劑量與測量劑量的三維對比，從而為VMAT計劃的實施提供切實有效的質(zhì)量保證，其位置設(shè)置如圖1所示。

圖1 Octavius 4D位置設(shè)置

驗證系統(tǒng)包含Octavius 4D圓柱型等效固體水旋轉(zhuǎn)模體，直徑32.0cm，長度34.3cm，可正向、逆向旋轉(zhuǎn)360°，其HU值為16，相對電子密度為1.016，物理密度為1.05g/cm3；Octavius 4D使用的二維矩陣共729個電離室探頭，在27cm×27cm有效測量范圍內(nèi)均勻分布，電離室面積5mm×5mm，每個電離室中心間隔為10mm,分辨率為0.5mm；該電離室矩陣劑量范圍：0.1～45Gy/min，0.2～1000Gy，分辨率≥1mGy，長期穩(wěn)定性≤±1%，重復(fù)性≤±0.5%，線性≤±0.5%， 尺寸為30cm×42cm×2.2cm。

劑量分析使用VeriSoft 軟件，可采用的分析對比方法有Gamma 2D、Gamma 3D、Local %Difference、DoN等，可提供LR Profile、TG Profile、Negative Slope Diagonal、Positive Slope Diagonal、Histogram Diagonal等結(jié)果對比方式。

2 應(yīng)用

2.1 校準

校準前，確定已經(jīng)校準了加速器的各項機械參數(shù)、絕對輸出劑量等，加速器性能良好。

Octavius 4D驗證系統(tǒng)的校準主要有三個方面。第一，進行絕對劑量校準。旋轉(zhuǎn)機架，角度置在0°，使用平板固體水，照射野10cm×10cm，源皮距95cm。將0.6 cc指型電離室的有效測量點置于5cm等效水深度處，出束100MU，重復(fù)3次，獲得絕對劑量平均值。將連接好的Octavius Detector 729二維矩陣有效測量面置于5cm等效水深度處，相同照射條件下測量得出絕對劑量校準因子。第二，進行方向性校準。將機架角置于0°，連接好角度傳感器，調(diào)節(jié)治療床使激光定位線與旋轉(zhuǎn)模體中心標記線一致，啟用角度自修正，通過觀察及旋轉(zhuǎn)機架驗證角度一致性，完成方向性校準。第三，進行相對劑量校準。通過計劃系統(tǒng)對Octavius 4D模體的CT圖像制訂6MV能量10cm×10cm射野、SSD=84cm(+/-1mm)、200MU的零度單野計劃，得到模體等中心的期望值并輸入至VeriSoft 軟件中；同時使用加速器執(zhí)行該計劃，得到測量數(shù)據(jù)，分析比較兩者得出相對劑量校準因子。

2.2 預(yù)熱

設(shè)備擺放完成后開啟電源，等待10min，確保設(shè)備已經(jīng)適應(yīng)外部環(huán)境，如溫度等因素的影響。

Octavius 4D驗證系統(tǒng)驗證前需要進行預(yù)熱，否則會影響驗證結(jié)果精度[6]。出束600～800MU進行預(yù)熱，照射野為27cm×27cm，照射面積覆蓋所有電離室，確保二維矩陣探測器對劑量及劑量率響應(yīng)的線性和穩(wěn)定性；兩次驗證之間的間隔時間也需盡量縮短，Octavius 4D預(yù)熱劑量與受照間隔時間敏感性特點如圖2所示[6]。

圖2 Octavius 4D預(yù)熱與出束間隔時間敏感性曲線

2.3 驗證計劃的生成與測量

通過計劃系統(tǒng)生成需要進行驗證的病人VMAT QA計劃，將QA計劃通過放療網(wǎng)絡(luò)以DICOM格式傳輸至加速器執(zhí)行治療驗證，并用連接好的Octavius 4D驗證系統(tǒng)采集和保存實際測量的劑量數(shù)據(jù)。同時把放療計劃移植到Octavius 4D旋轉(zhuǎn)模體的CT圖像中進行QA計算，將得到的QA計劃的劑量信息以DICOM格式導(dǎo)入至VeriSoft 分析軟件中，對比實際測量的劑量分布結(jié)果與QA計劃輸出的劑量分布結(jié)果。

2.4 劑量驗證

在VeriSoft 軟件中，使用γ方法比較QA計劃劑量分布與實際測量劑量分布的差異，該分析方法是Verisoft軟件中的自動分析工具。γ分析方法[5]將距離和差異結(jié)合起來一起考慮，即給它們定義一個(接受/不接受)標準即γ值：如果兩個參數(shù)(距離和差異)在都在γ值以外，則表示不接受比較結(jié)果；如果一個參數(shù)在γ值外，而另一個在γ值內(nèi)的話，則比較的結(jié)果認為仍然是可以接受的。Octavius4D驗證系統(tǒng)能夠提供橫斷面、矢狀面、冠狀面的三維劑量對比，分析比較各患者計劃γ通過率的差異，驗證計劃通過與失敗以Gamma值的大小進行確定。

劑量誤差標準和距離誤差標準可以分別設(shè)置為劑量偏差2%、3%、5%，位移偏差2mm、3mm、5mm；閾值偏差范圍為5%或10%，分析Gamma通過率；利用LR Profile、TG Profile、Positive Slope Diagonal、Negative Slope Diagonal等曲線，分析計劃與實際測量產(chǎn)生的曲線吻合度。如圖3所示，為一例腹部VMAT計劃驗證實例，其γ通過率為99.4%(3%/3mm)，計劃計算的劑量結(jié)果與測量得到的劑量結(jié)果符合度較高。

3 誤差影響因素分析

(1)計劃系統(tǒng)，如算法不同、計算網(wǎng)格大小等影響。(2)加速器設(shè)備，如等中心誤差、光野重合度及MLC位置精度等影響。(3)病人計劃子野數(shù)目，如劑量分布復(fù)雜、劑量梯度變化大的靶區(qū)結(jié)構(gòu)增加了復(fù)雜子野數(shù)量等，其劑量累加之和增大了誤差。(4)劑量驗證系統(tǒng)，溫度、氣壓等測量環(huán)境因素均會影響其二維矩陣劑量響應(yīng)；二維矩陣空間分辨率的大小、探測器的大小和間距與計劃子野的最小寬度差距也帶來測量誤差[2]；不同測量狀態(tài)也導(dǎo)致Octavius 4D驗證設(shè)備的運行狀態(tài)有差異，有文獻[6]報道Octavius Detector 729在充分預(yù)熱6～8Gy后與沒預(yù)熱情況下所測數(shù)據(jù)差異可達2%，兩次測量的間隔也應(yīng)盡量縮短，如兩次測量間隔超過5min劑量響應(yīng)相差1%，超過20min后劑量響應(yīng)可相差2%。(5)人為因素，如模體擺位誤差等。

以Axesse加速器及Octavius 4D劑量驗證系統(tǒng)為例，分析旋轉(zhuǎn)調(diào)強VMAT治療計劃劑量驗證誤差的精度影響因素，如圖4所示。當計劃驗證通過率低時要綜合考慮影響因素，查找具體原因，逐一排查，確保實際治療時的可靠性。

圖3 腹部VMAT計劃驗證實例

圖4 影響因素

4 結(jié)論

容積調(diào)強放射治療技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于臨床，該治療模式的復(fù)雜性以及對機器參數(shù)的精確度等均對QA工作提出了較高要求。Octavius 4D劑量驗證系統(tǒng)操作簡單便利，將成為一種常規(guī)有效的QA工具。對劑量驗證中不通過的計劃，要綜合各種因素進行具體分析，查找具體原因，逐一排除，為臨床開展常規(guī)的旋轉(zhuǎn)調(diào)強放射治療提供安全可靠的技術(shù)保障。

[1]譚麗娜，孫曉歡，馬奎，等.三維劑量驗證系統(tǒng)Delta4在容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強計劃劑量驗證中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學物理學雜志,2013,30(6):4497-4499.

[2]Neilson C, Klein M, Barnett R, et al. Delivery quality assurance with ArcCHECK [J]. Medical Dosimetry, 2013,38 (1),77-80.

[3]柏朋剛，李奇欣，陳開強等. COMPASS系統(tǒng)在鼻咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強劑量驗證中的應(yīng)用[J].中華放射醫(yī)學與防護雜志,2012,32(3):304-307.

[4]Bedford JL,Lee YK,Wai P,et al.Evaluation of the Delta(4) phantom for IMRT and VMAT verification.Physics in Medicine and Biology，2009,54:167-176.

[5]Low D A, Harms W B, Mutic S, et al. A technique for the quantitative evaluation of dose distributions[J]. Med Phys, 1998, 25(5): 656-661.

[6]Conor K. McGarry, et al.Octavius 4D characterization for flattened and flattening filter free rotational deliveries.Medical Physics.2013,40(9)：091707--1-11.

Application of Octavius 4D Dose Verification System and Analysition of Dose Deviation Factors

LEI Wei-jie， LU Qi-yong

(Xuzhou Miner General Hospital, Xuzhou 21006,China)

The principle was described for the Octavius 4D dose verification system, and the implementation methods of VMAT plan dose verification and verification methods were analyzed. A tree diagram of factors which affected gamma passing rate was set up for checking reasons in dose verification of VMAT plans.

Octavius 4D;Dose verification;VMAT; Radiotherapy

2014-07-08

TH774

A

1002-2376(2014)12-0001-03