三维剂量验证装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维剂量验证装置及三维剂量验证方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术的飞速发展，放射影像技术和放射治疗技术发生了根本性和革 命性的变化，放射治疗迈进了一个新的时代一一三维治疗的时代。尤其在近来，随着放 射治疗设备的更新和开展放射治疗的医疗单位的增多，带有电动多叶准直器（multileafC〇llimat〇r，MLC)的医用直线加速器得到广泛的应用；同时具有三维算法和调强放 射（intensity modulated radiation therapy, IMRT)治疗逆向算法的治疗计划系统 (treatment plan system, TPS)广泛的应用，推动了三维适形治疗技术特别是调强放射 治疗技术的发展。调强放射治疗病例数所占的比例越来越高，治疗的病种也越来越丰 富，有些肿瘤甚至将MRT作为首选治疗方式，如鼻咽癌、前列腺肿瘤等。以至于James A. Purdy [1]认为"21世纪第2个10年，頂RT技术或许会成为常规的照射技术"。放射治 疗的根本目的是提高治疗增益比，即最大限度地增加肿瘤的局部控制率（tumor control probability, TCP)，降低正常组织的放射并发症概率（normal tissue complication probability，NTCP) [2]。MRT技术同常规放射治疗技术和三维适形放射治疗技术相比，更 适合于治疗凹形靶区和大面积不规则靶区。它在提供高度适形的靶区剂量的同时，能够更 好的保护周围的正常组织和危及器官。有效的提高治疗增益比。
[0003] 调强放射治疗（MRT)是近十多年发展的一项崭新技术，在理论上它能够很好 地遵循放疗临床剂量学四原则，是在各射野与靶区轮廓高度适形的前提下，将每一个射 野分割成若干小子野，使射野内剂量强度按一定要求进行调节，最大限度地将束流集中 到靶区以内，周围危及器官和正常组织少受或免受不必要的照射。它是利用多叶准直 器（MLC)运动来实现，每一个射野内通过MLC运动会分成一定数量的子野，而每一个子 野的形状、跳数各不相同，它们之间存在着复杂的关系，致使在调强放疗中，剂量出错可 能性比较大，因其它采用比较陡峭的剂量梯度，且这种陡峭剂量分布临近肿瘤和重要器 官的边界（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.)。所有这些子野合成以后的剂量分 布是难以想象和预见的，这一点与射野均匀的三维适形放疗完全不同（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·)。如果不对頂RT 计划进 行严格的剂量验证，则有可能出现高剂量误差，这将导致严重的放射治疗事故发生（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，临床上为了保证调强射野输出剂量准确性，必须对调强放疗计 划进行精心的设计与准确的剂量验证。
[0004] 从剂量学方面讲，IMRT技术的剂量学优势是在治疗区域形成高度适形的剂量 分布，而在危及器官区域剂量发生陡降。因此，IMRT技术给放疗工作人员特别是放疗物 理师提出了一个新的挑战一一如何使治疗计划能够正确的实施到患者身上。这就要求 在执行IMRT治疗之前，要清楚照射野在患者体内可能的剂量分布，严格限制误差在一定 范围内，即在治疗之前，要求进行质量控制（quality control, QC)和质量保证（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] 作为QC和QA工作的重要组成部分，頂RT的剂量验证工作是保证患者能够得到正 确的治疗的关键。IMRT的剂量验证分为两个方面：绝对剂量验证和相对剂量验证。验证的 方式有胶片和电离室结合测量相对剂量和绝对剂量、采用半导体矩阵或电离室矩阵测量相 对剂量以及使用蒙特卡罗（Monte Carlo)算法模拟等。
[0006] 目前，以模体内剂量实测为基础的验证，仍然是最为常用的个体化调强剂量验证 技术。通常采用所谓的"均匀体模计划移植间接类比法"，其步骤如下：1、按照临床放疗要 求，医务人员对患者进行CT扫描，并在TPS中进行病人放疗计划设计；2、用CT扫描有机玻 璃、或固体水制作的均匀模体，获得体模的CT图像。这些模体中可插入电离室进行点剂量 测量；3、将体模的CT图像输入放疗计划系统中，进行体模的三维重建，同时获取体模的三 维电子密度信息；4、利用TPS将病人放疗计划的全部照射参数移植到该体模CT图像中，在 体模内再次进行剂量分布计算，得到体模中电离室测量点的剂量值；5、按照计划设计参数， 控制医用加速器，对体模中进行模拟照射，在照射过程中，用电离室测量关注点的剂量值， 再将所测剂量值或二维剂量分布与第4步的体模中计算值进行比较。
[0007] 现有的治疗计划绝对剂量验证方法之一主要使用单个电离室和固体水模体。在 IMRT治疗计划得到确认后，将电离室插入固体水模体中心，进行CT扫描，在计划系统上进 行数字影像重建，勾画靶体外轮廓和电离室探头轮廓，设定电离室探头中心为坐标原点；移 植IMRT治疗计划至模体，使等中心位于坐标原点出，重新计算模体的剂量分布。最后对模 体按照IMRT治疗计划进行照射，获取测量点的物理吸收剂量绝对值，与该点计划剂量进行 比较。
[0008] 现有技术的缺点：
[0009] 1.放射治疗计划绝对剂量验证中电离室插入固体模体后位置不能再更改，且电离 室金属电极将影响模体的CT电子密度曲线（CT水等效系数曲线），因此验证范围和待测点 剂量精确度存在局限。
[0010] 2.常规放射治疗计划绝对剂量验证方法一次只能测量一个点，对于有若干个验证 点的IMRT治疗计划，需要重复进行模体照射和测量，因此完成一个计划的验证耗时太长， 成本高，系统误差大。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种三维剂量验证装置。能进 行绝对剂量多模式立体测量的三维测量及基于改进的三维伽马因子算法进行剂量差异统 计。
[0012] 本发明的又一目的在于提供一种三维剂量验证方法。
[0013] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种三维剂量验证装置，其主要特点 在于包括计算机控制平台、拥有三维剂量测量头的多通道静电计和加持三维运动支臂的三 维水模体（水箱）；计算机控制平台连接多通道静电计和三维水模