陆佳扬 吴丽丽 黄宝添 彭 逊 (汕头大学医学院附属肿瘤医院放疗科，广东 汕头 515041)

Eclipse治疗计划系统(Varian Medical Systems，Palo Alto，USA)近来实现了一种光子剂量计算算法，全称为Acuros外射束算法，简称AcurosXB或AXB。AcurosXB有两种剂量报告模式:dose to water和dose to medium。鼻咽容积调强放疗(VMAT)计划的执行过程影响因素较多〔1〕，实施前必须行剂量学验证。本研究探讨临床计划剂量学验证中，使用AcurosXB的dose to water剂量报告模式(AXBw)和dose to medium剂量报告模式(AXBm)计算的模体计划剂量与实测剂量的差异。

1 材料与方法

1.1 临床资料 选取临床使用的19例鼻咽癌容积调强6MV光子束外照射放疗计划，其中男15例，女4例，年龄＞60岁。肿瘤原发灶的计划靶区(PTV)处方定义为95%靶区体积达到70 Gy以上的剂量。每个计划均采用双全弧形射野照射，顺时针弧形射野准直器角度为30°，逆时针弧形射野准直器角度为330°，计划机器跳数为540±69。

1.2 仪器设备 测量三维Gamma值采用Delta4(Scandidos，Uppsala，Sweden)三维半导体探测器阵列，由分布着1 069个p型硅半导体的两个正交的阵列探测器板构成，中间区域(6 cm×6 cm)分辨率为5 mm，外围区域分辨率10 mm。半导体尺寸为0.78 mm2。Delta4圆柱形模体的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，有机玻璃)，密度为1.19 g/cm3，相对电子密度1.147。测量点剂量采用德国IBA公司的验证点剂量的I’mRT头部模体(材料为RW3，密度1.045 g/cm3)，和Farmer型指形电离室FC65-G(灵敏体积0.65 cm3，有效半径0.31 cm)，剂量仪DOSE-1。采用美国Varian公司的计划系统Ecliipse版本10.0，AcurosXB版本10.0.28。直线加速器Truebeam。

1.3 方法

1.3.1 制作模体计划 当一个患者计划移植至模体后，一般称之为模体计划。模体计划保证机架、铅门、MLC和MU数等和原治疗计划完全一致。计算网格大小为0.25 cm，采用不均匀校正。制作Delta4模体三维剂量验证计划:将19例鼻咽癌VMAT计划移植到Delta4的CT影像制作模体计划，Delta4的CT影像是由厂家提供的均匀PMMA等效的圆柱体，加入虚拟治疗床板Exact IGRT Couch top(thin)，分别使用AXBw和AXBm进行计算，将计划的RT dose和RT plan以DICOM格式文件从Eclipse计划系统导入Delta4软件中，为后面的测量做准备。制作I’mRT模体点剂量验证计划:将19例鼻咽癌VMAT计划移植到I’mRT头部模体制作模体计划，加入虚拟治疗床板Exact IGRT Couch top(thin)，分别使用AXBw和AXBm进行计算。计算完在模体计划中选择剂量均匀处放置测量点，并以测量点为中心勾画直径为0.62 cm，体积为0.65 cm3的小圆柱体，模拟测量电离室灵敏体积，在剂量体积直方图(DVH)中查看所勾画小圆柱体的平均剂量〔2〕，用于代表计划中的点剂量，为后面与实测点剂量对比做准备。

1.3.2 剂量测量 Delta4模体三维剂量测量:在使用Delta4对VMAT计划进行验证之前，需要用直线加速器和Delta4配套校准模体对Delta4进行校准:参考剂量校准，相对剂量校准，绝对剂量校准，方向性校准。校准完测量一个10 cm×10 cm四野开野盒式照射计划并保存为日常校准的参考基准〔3〕。进行计划验证测量时，连接Delta4硬件，预热15 min，使用激光灯对齐，准确摆位。打开Delta4软件，校准温度，做一次日常校准，与参考基准对比，得出Daily Correction Factor校准当次加速器输出量产生的误差成分。对19例鼻咽癌VMAT模体计划实施测量，测量完软件自动保存测量数据。I’mRT模体点剂量测量:连接DOSE-1剂量仪与Farmer型指形电离室，电离室探头放于I’mRT模体中与计划设计一致的测量点位置，经气压、温度和本底信号校准后开始执行测量，记录剂量仪读数，并修正为吸收剂量。

1.4 数据分析 由于dose deviation在剂量分布梯度大的区域、DTA在剂量分布平缓区域容易引起较大误差，Gamma分析法使得两者相互弥补不足，因此本研究采取Gamma分析法〔4〕。对AXBw计划剂量强度分布与实测剂量强度分布的对比结果使用3 mm/3%标准和2 mm/2%标准进行Gamma分析，记录Gamma通过率。再将AXBm的RT dose以DICOM RT(.dcm)格式导入Delta4软件与实测剂量强度分布做对比，使用3 mm/3%标准和2 mm/2%标准进行Gamma分析，分别记录Gamma通过率，简记为Gamma_3 mm/3%和Gamma_2 mm/2%〔5〕。点剂量误差采用以下公式进行计算:(计划值－实测值)/实测值×100%。对Gamma_3 mm/3%和Gamma_2 mm/2%和点剂量误差使用SPSS V19进行统计分析，计算AXBw和AXBm的Gamma_3mm/3%、Gamma_2mm/2%和点剂量误差的差值，采用Shapiro-Wilk法进行正态性检验，满足正态性则行配对t检验。

2 结果

Gamma值通过率:以3 mm/3%标准，AXBw比AXBm高(7.8±3.5)%，95%CI(6.1%，9.5%);以2 mm/2%标准，AXBw比AXBm高(25.1±6.6)%，95%CI(21.9%，28.3%)。点剂量:AXBw比AXBm 好(1.43±0.14)%，95%CI(1.37%，1.50%)。见表1。

表1 AXBw与AXBm的数值统计(±s，%)

表1 AXBw与AXBm的数值统计(±s，%)

变量AXBw AXBm Gamma_3 mm/3% 99.8±0.2 92.0±3.6 Gamma_2 mm/2% 95.7±1.8 70.6±7.7点剂量误差 －0.17±0.57 －1.60±0.52

3 讨论

本研究中不使用Delta4模体进行CT扫描而获取模体影像的原因是为了避免半导体探测器在CT扫描中引出误差。模体计划加入虚拟治疗床板Exact IGRT Couch top(thin)，是考虑到VMAT计划中有约三分之一弧的射束穿过治疗床，依机架角与床面的倾斜程度，治疗床有2%到5%的衰减〔6〕。

AcurosXB算法属于求解线性玻耳兹曼输运方程(LBTE)类型的算法，目的是模拟介质中沉积的剂量〔7〕，特点在于使用了数值的方法确定性地直接地求解LBTE。AcurosXB的两种剂量报告模式输运计算(即碰撞电子通量计算)是一样的，都是基于病人或模体的介质属性，而不考虑是否选择dose to water还是dose to medium，仅仅后处理部分是不同的。后处理中，将碰撞电子通量转换为吸收剂量，转换系数是介质的质量碰撞阻止本领。当计算dose to medium时，质量碰撞阻止本领是基于介质;当计算dose to water时，质量碰撞阻止本领是基于水，类似于计算一小体积(足够小没有明显扰动碰撞电子通量)水接受到的剂量。国外Walters等〔8，9〕学者研究表明两种剂量报告模式所表示的剂量在软组织中差异小，约1%，在骨组织和肺组织差异大，高达15%。本研究使用的模体影像的密度与水差异很小，理论上dose to water与dose to medium剂量差异不大，然而本研究表明在鼻咽癌VMAT计划剂量验证中dose to water与dose to medium计算的剂量之间存在的系统偏差数值较大，并且直接影响到鼻咽癌VMAT计划的验证结果，不容忽视。

传统光子束放疗剂量计算通常报告dose to water，有多个因素:治疗计划算法的历史发展;人体细胞和体液中水占了绝大部分体积;国际原子能机构(IAEA)TRS-398报告和美国医学物理学家协会(AAPM)TG-51报告规定使用电离室在水中校准治疗机器的绝对剂量〔10〕;治疗计划系统射束模型输入的数据比如百分深度剂量(PDD)、横截面离轴比(OAR)曲线和输出因子都是在水模体中测量得到的。Delta4校准时使用电离室标定绝对剂量，而电离室测量的剂量是定义在水模体中的剂量，因此，Delta4和电离室测到的剂量是dose to water。本研究数据表明，Delta4模体测得的三维剂量和I’mRT模体测得的点剂量与dose to water剂量报告模式计算的剂量更为接近(Gamma通过率越接近100%、点剂量误差越接近0%，说明计算值与实测值越接近)。因此，使用Delta4模体和I’mRT模体进行鼻咽癌AcurosXB容积调强放疗计划验证时，建议使用dose to water剂量报告模式计算模体计划以减少验证的误差。若计划使用dose to medium进行计算，则需要将实测剂量修正转换为dose to medium〔9〕再与计划中的dose to medium剂量对比。

1 Ling CC，Zhang P，Archambault Y，et al.Commissioning and quality assurance of RapidArc radiotherapy delivery system〔J〕.Int J Radiat Oncol Biol Phys，2008;72(2):575-81.

2 戴建荣，胡逸民，张红志，等.针对患者调强放射治疗计划的剂量学验证〔J〕.中华放射肿瘤学杂志，2004;13(3):229-33.

3 陆佳扬，林 珠，陈志坚.基于Delta4对Truebeam容积调强放疗(VMAT)计划的验证评估〔J〕.中国医学物理学杂志，2013;30(3):4118-47.

4 苗 利，孙彦泽，李新民.放射治疗剂量验证中常用剂量分布比较方法及分析〔J〕.辐射研究与辐射工艺学报，2012;30(4):247-51.

5 Low DA，Harms WB，Mutic S，et al.A technique for the quantitative evaluation of dose distributions〔J〕.Med Phys，1998;25(5):656-61.

6 Bedford JL，Lee YK，Wai P，et al.Evaluation of the Delta4 phantom for IMRT and VMAT verification〔J〕.Phys Med Biol，2009;54(9):167-76.

7 Fogliata A，Nicolini G，Clivio A，et al.Dosimetric evaluation of Acuros XB Advanced Dose Calculation algorithm in heterogeneous media〔J〕.Radiat Oncol，2011;19(6):82.

8 Walters BR，Kramer R，Kawrakow I.Dose to medium versus dose to water as an estimator of dose to sensitive skeletal tissue〔J〕.Phys Med Biol，2010;55(16):4535-46.

9 Siebers JV，Keall PJ，Nahum AE，et al.Converting absorbed dose to medium to absorbed dose to water for Monte Carlo based photon beam dose calculations〔J〕.Phys Med Biol，2000;45(4):983-95.

10 Huq MS，Andreo P，Song H.Comparison of the IAEA TRS-398 and AAPM TG-51 absorbed dose to water protocols in the dosimetry of high-energy photon and electron beams〔J〕.Phys Med Biol，2001;46(11):2985-3006.