Pinnacle3治疗计划系统中计算网格大小对剂量分布的比较研究

现代放疗剂量计算的核心是治疗计划系统,使用同一计划系统、同一种算法,计算网格大小的选择不同也会造成最终剂量分布不同。为定量分析计算网格大小对剂量分布影响,选择不同病例靶区分别做治疗计划,把治疗计划结果再用不同计算网格最终计算。通过调强验证软件分析同一层面结果差异,指导临床使用合适计算网格用于剂量计算。     

剂量计算网格与γ评估标准对于三维晶格放疗剂量验证的影响

目的:评估剂量计算网格和γ评估标准对三维晶格放疗(lattice radiotherapy,LRT)剂量验证的影响,并确定合适的剂量计算网格和γ评估标准。方法:回顾性选取14例行LRT放疗的肿瘤患者计划,并移植到Delta4三维剂量验证模体上,使用4种剂量计算网格（1 mm、1.5 mm、2 mm和2.5 mm）创建验证计划。在4种评估标准（2%/2 mm、2%/3 mm、3%/2 mm和3%/3 mm）下进行剂量验证并获得γ通过率。最后,使用Kruskal-Wallis检验分析数据。结果:2%/2 mm和3%/2 mm评估标准的γ通过率低于2%/3 mm和3%/3 mm评估标准,2 mm和2.5 mm计算网格的γ通过率低于1 mm和1.5 mm计算网格（P＜0.05）。结论:剂量计算网格和γ评估标准影响了LRT计划剂量验证中γ通过率的准确性,LRT验证计划宜采用1.5 mm或更小的计算网格和3%/2 mm或更严格的γ评估标准。     

计算网格大小对肝癌放疗剂量学和放射生物学参数的影响研究

目的:探讨不同大小计算网格对肝癌容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)剂量学和放射生物学参数的影响.方法:基于Eclipse v13.6计划系统Acuros XB算法对20例原发性肝癌患者做回顾性分析,每位患者先使用默认的0.25 cm计算网格大小设计VMAT计划...     

放疗计划系统中空腔边缘剂量计算准确性研究

目的 研究TPS中CCC、AAA算法在空腔边缘剂量计算的准确性。方法 采用EGSnrc软件包的子程序BEAMnrc用对美国瓦里安Trilogy直线加速器进行了蒙特卡罗模拟,并使用IBA蓝水箱三维扫描系统验证了该Monte Carlo算法的准确性,证实蒙特卡罗算法的可靠性。设计一带有不同大小空腔的等效水模体,分别用CCC、AAA算法计算不同大小空腔的等效水体模的中心轴深度剂量分布和侧向剂量profile。深度方向计算结果与蒙特卡罗算法进行比较,侧向剂量profile计算结果与EBT₂胶片测量结果进行比较。结果 在空腔边缘CCC、AAA算法都高估了剂量。CCC计算精确性优于AAA,但误差依然存在。这种误差主要与计算网格、射野大小、能量、空腔大小、射野数目有关。结论 TPS中的CCC和AAA剂量计算时还应充分考虑到空腔边缘的电子不平衡。     

放射治疗计划系统剂量跳数计算的独立验证

背景与目的:保证放射治疗计划剂量计算的准确性是放射治疗质量保证的重要内容.本实验验证一种第三方计算软件和3D-TPS的MU计算精度,测试和探讨放射治疗计划独立验证的可行性和可靠性.方法:在TPS中使用均匀模体,根据IAEA第430号技术报告设计开野、挡块野、楔形野和MLC不规则野等测试计划.(1)对上述各计划以给定MU执行照射.用电离室在体模内测量执行剂量并将测量结果输入商业QA软件进行MU计算,验证独立计算的精度.(2)分别以指形电离室在直线加速器上直接测量和QA独立计算软件两种方法验证上述计划的执行结果,比较两种验证方法的结果差异.结果:(1)所有计划的独立验证软件计算结果与实际测量的偏差为(0.1±0.9)%,同时有挡块和楔形板的射野两者差异最大(为2.0%).(2)所有测试计划的TPS计算相对于独立验算软件计算的MU偏差为(0.6±1.0)%(-0.8%～2.8%);TPS计算与实际测量的相对剂量偏差为(-0.2+1.7)%(-3.9%～2.9%).结论:所测试的独立验证软件的计算误差在临床可接受范围.各测试计划的独立验算与实际测量验证的总体差异不大.该独立验算软件可作为TPS计划质量保证的一种有效工具.     

HT系统兆伏级CT图像质量和剂量计算研究

目的 定量对HT系统兆伏级CT图像质量及剂量计算准确性进行评估。方法 应用兆伏级CT扫描Cheese phantom模体,分别对图像成像几何精度、噪声、图像均匀性、空间分辨率、密度-CT值的转化及剂量计算准确性进行测试,并与常规千伏级CT进行对比分析。结果 兆伏级CT图像的成像几何精度在三维方向均<2 mm,MVCT图像噪声、均匀性、空间分辨率都差于千伏级CT。基于CT图像进行剂量重建的DVH均与千伏级CT计划的DVH有很好一致性。结论 兆伏级CT图像几何尺寸精确,成像剂量低,剂量计算精确,满足于临床要求。     

内外联合照射剂量计算方法的研究

目的 基于TG-43U1号报告剂量算法开发体元化的铱-192后装剂量计算程序,通过该程序将两个不同治疗计划系统的内外照射计算结果叠加、计算并显示总剂量分布.方法 在开发的后装铱-192剂量计算程序中,根据Nucletron Plato治疗计划系统中读取的后装治疗计划的治疗信息(放射源强度、驻留位置、驻留时间等),重建出参照ADAC治疗计划系统坐标的后装源驻留位置,并重新计算后装治疗计划的三维剂量分布.计算结果经开发的程序转换并输入到ADAC计划系统,在ADAC中重建后装剂量分布并和ADAC外照射计划的剂量分布结果相叠加.结果 根据TG-43U1号报告算法编写的程序剂量计算结果和Nucletron的Plato治疗计划系统得到的计算结果完全一致,误差<0.1%.同时,该计算结果可以在ADAC计划系统上和其他外照射计划进行叠加.结论 笔者编写的铱-192后装剂量计算程序能使不同治疗计划系统的内外照射计算结果叠加,有一定的临床使用价值.

Abstract：

Objective To develop a brachtherapy (BT) dose calculation program based on AAPM TG-43UI formula.With this program we can combine the dose result of external beam radiotherapy (EBRT) and BT together which is calculated by the different treatment planning TPS.Methods BT treatment data, such as source parameter, dwelling position and dwelling time, are retrieved from Nucletron Plato planning system and converted to ADAC planning system coordinate.The BT 3D dose distribution is re-calculated as well.Then the 3D dose distribution is exported to ADAC planning system.In that way, ADAC planning system can display either the EBRT dose or the BT dose and the combined dose can be calculated, displayed and evaluated as well.Results BT dose calculation result of our program which based on AAPM TG-43UI formula is identical with which of Plato (<0.1%).Furthermore, the BT dose can be transfer to the ADAC easily and the dose distributions of combined therapy can be merged in ADAC.Conclusions Our program can be used to combine the dose result of EBRT and BT from different TPS.     

质子放疗独立剂量计算平台的搭建与验证北大核心CSCD

目的基于上海先进质子放疗设备(SAPT)水平固定束,利用开源剂量计算引擎搭建质子放疗独立剂量计算平台并验证该平台的准确性。方法通过测量SAPT水平固定束的绝对积分深度剂量以及空气中束斑大小,并结合蒙特卡洛模拟得到水中束斑大小增量,笔形束参数与剂量计算引擎相结合,搭建了适用于该水平固定束的剂量计算平台。计算平台精确性的验证主要通过绝对剂量验证和相对剂量验证实现。绝对剂量验证主要是比较单个立方体计划射野中心轴线上不同深度计算值和实测值的点对点误差。相对剂量验证主要是比较计算值和实测值的横向一维及二维相对剂量分布。同时,对单高斯束斑模型和双高斯束斑模型的精确性进行比较。结果计算值和实测值的点对点绝对剂量偏差在2%以内。3个立方体在中心深度的二维平面相对剂量分布的计算值与实测值的20%~80%半影宽度及半高全宽的偏差分别在1、2 mm以内。3个立方体计划及2个临床病例在中心深度的二维平面相对剂量分布的实测值与计算值的二维γ通过率(3 mm/3%)均>95%。双高斯束斑模型在剂量梯度变化较大或者射程较大的计划中相较于单高斯束斑模型计算得更准确。结论独立剂量计算平台的精确度能满足临床要求,可利用此平台研究其他剂量相关的问题。     

ADAC逆向调强放射治疗计划的验证

目的验证ADAC逆向调强治疗计划系统的物理精度.方法用胶片和电离室,检测IMRT 的MLC形状、空间点的绝对吸收剂量和等剂量曲线.结果IMRT的 MLC形状符合度误差1 mm,空间点绝对吸收剂量与计划计算的误差3.6%,等剂量曲线分布的胶片测量结果与计划计算的很接近.结论ADAC逆向治疗计划系统符合临床要求.     

商用质子治疗计划系统射程计算精度的验证北大核心CSCD

目的测量并验证商用质子治疗计划系统RayStation V10的计算精度及质子射程的计算精度,为该系统的临床运用提供参考。方法在上海瑞金医院质子治疗装置上,使用仿真头部模体验证RayStation的计算精度,扫描获取模体的CT数据并导入计划系统,追加设置水箱使其紧贴于模体后,在水箱适当深度设置一个立方体靶区,设计处方剂量为200 cGy(相对生物效应)且束流垂直穿过模体的单野验证计划,实施照射后,比较测量结果和计划系统计算结果。结果使用RayStation默认设置制订验证计划时,测量得到的纵向剂量分布相比计算结果往深的方向移动约4 mm,表明RayStation过高估计了模体中组织等效材料的水等效厚度。为研究该误差来源,用实际束流测量模体中软组织等效材料的水等效厚度,根据测量结果,微调RayStation默认设置,发现纵向扩展布拉格峰测量结果和计算结果的误差可以缩小到2 mm。结论使用RayStation默认设置计算仿真模体的阻止本领,可能带来较大射程误差。使用组织分割和实测模体的组织水等效厚度相结合的方法,可改善治疗计划系统在仿真模体上的射程计算精度。此方法有望成为减小此类剂量算法误差的有效手段之一。     

质子放疗独立剂量计算平台的搭建与验证

目的 基于上海先进质子放疗设备（SAPT）水平固定束,利用开源剂量计算引擎搭建质子放疗独立剂量计算平台并验证该平台的准确性。方法 通过测量SAPT水平固定束的绝对积分深度剂量以及空气中束斑大小,并结合蒙特卡洛模拟得到水中束斑大小增量,笔形束参数与剂量计算引擎相结合,搭建了适用于该水平固定束的剂量计算平台。计算平台精确性的验证主要通过绝对剂量验证和相对剂量验证实现。绝对剂量验证主要是比较单个立方体计划射野中心轴线上不同深度计算值和实测值的点对点误差。相对剂量验证主要是比较计算值和实测值的横向一维及二维相对剂量分布。同时,对单高斯束斑模型和双高斯束斑模型的精确性进行比较。结果 计算值和实测值的点对点绝对剂量偏差在2%以内。3个立方体在中心深度的二维平面相对剂量分布的计算值与实测值的20%~80%半影宽度及半高全宽的偏差分别在1、2 mm以内。3个立方体计划及2个临床病例在中心深度的二维平面相对剂量分布的实测值与计算值的二维γ通过率（3 mm/3%）均>95%。双高斯束斑模型在剂量梯度变化较大或者射程较大的计划中相较于单高斯束斑模型计算得更准确。结论 独立剂量计算平台的精确度能满足临床要求,可利用此平台研究其他剂量相关的问题。     

基于日志文件的三维独立剂量验证系统在IMRT质控中的可行性研究

目的 评估一种基于日志文件的三维独立剂量验证系统用于临床放疗质控的可行性。方法 以三维水箱测量数据为基准,比较分析Mobius三维独立剂量验证系统计算的百分深度剂量、离轴曲线和输出因子与测量数据的一致性;并对17例鼻咽癌患者进行临床放疗计划的三维独立剂量验证和治疗过程中基于加速器日志文件的三维剂量验证,检测Mobius的剂量计算精度和剂量重建精度,同时也对每个病人分次间治疗的γ通过率(3%/3 mm)进行了统计分析,用以检测分次间治疗的稳定性。结果 Mobius重新计算的百分深度剂量、离轴曲线、输出因子与三维水箱测量的数据具有较好的一致性;17例鼻咽癌患者临床放疗计划的靶区以及危及器官的DVH参数对比结果如下:治疗计划的三维独立剂量验证结果中最大偏差为-2.16%,治疗过程中基于加速器日志文件的三维剂量验证结果中最大偏差为0.18 Gy。17例鼻咽癌整体平均通过率为99.26%,分次间治疗的最大偏差为0.5%。结论 Mobius的独立计算功能和剂量重建功能具有类似计划系统的精度,可快速进行临床放疗计划的三维独立剂量验证和治疗过程中基于加速器日志文件的三维剂量验证。从而为临床治疗提供安全、可靠的技术保障。     

Monaco治疗计划系统中量化并构建电离室有效点计算模型

目的 蒙卡剂量计算中的统计噪声会影响有效点剂量测量的精度。采用用户定义的球体积替代有效点,围绕有效点进行球体取样可降低随机误差提高剂量统计精度。方法 将0.125 cm³电离室(IC)放置在圆柱型均匀模体的中心分别在0°和90°进行直接剂量测量。在扫描的CT体模系列中,勾画IC敏感体积长度,将等中心点定义为模拟有效点。根据测量模式在治疗计划系统中模拟所有射野,采用2 mm体素计算网格间距要求相对标准偏差≤0.5%。在不同的采样球半径(2.5、2.0、1.5、1.0 mm)下对3种不同电子密度(ED) IC模型(模型A 食管腔电子密度0.210 g/cm³、模型B 空气电子密度0.001 g/cm³和模型C 默认CT电子密度)计算值与测量值进行比较,确定MC计算统计不确定度对剂量精度影响。结果 在Monaco计划系统中对IC使用模型A且取样球半径为1.5 mm时,计算统计值与测量值的绝对平均偏差最小为0.49%。当IC使用模型B和模型C时,推荐统计采样球半径为2.5 mm,绝对平均偏差分别为0.61%和0.70%。结论 在Monaco 治疗计划中,对31010电离室的有效点测量模型推荐使用电子密度为0.210 g/cm³和取样半径为1.5 mm球体积替代有效点剂量测量以减小蒙卡随机统计误差。     

调强放疗中小野剂量学特性研究

目的对加速器小野的剂量学特性进行研究,以指导调强放疗在临床上的应用。方法计算西门子primusM加速器小野条件下的总散射因子并比较相对剂量分布的测量和计算结果。结果在小野测试中,当治疗计划系统计算精度优于0.2 cm时,>2 cm×2 cm射野的总散射因子的计算值误差<3%,所有射野的计算与测量的相对剂量分布均较为吻合,但<2 cm×2 cm的射野在边缘低剂量区有一定的偏差。结论对于治疗计划系统计算的小射野剂量分布的误差在调强计划设计上应加以考虑,多叶准直器的到位精度对小射野剂量影响不容忽视。     

千伏级锥形束CT图像对食管癌放疗剂量计算可行性研究

目的 探讨千伏级锥形束CT图像(KVCBCT)对食管癌放疗剂量计算的可行性。方法 比较Trilogy加速器采集的Catphan600模体KVCBCT图像CT值稳定性及离轴曲线重合度并建立CT值-密度转换曲线用于剂量计算。在模体和 10例食管癌患者常规CT上设计逆向调强计划,并将计划移植到相对应的KVCBCT图像上。基于KVCBCT的转换曲线计算靶区及周围组织受量,并与常规CT计算结果行配对t检验。结果 KVCBCT的CT值变化范围均在1.6%内,且未发现有随时间变化趋势。常规CT和KVCBCT的CT值离轴曲线重合度较高,大部分成像区域差别在1%内。模体调强计划常规CT与KVCBCT所得剂量统计参数最大差别为1.33%,对食管癌患者调强计划两者剂量差别在3.65%内。等中心层面剂量分布有较好一致性。结论 使用食管癌KVCBCT图像进行剂量计算是准确可行的,在临床上具有实际应用意义。     

鼻咽癌患者蒙特卡罗计算的介质与水吸收剂量差异分析

临床应用中TPS计算到水的剂量Dw和计算到介质的剂量Dm之间差异会影响到放疗计划评价和剂量报告结果,同时也会影响到剂量验证结果。笔者以10例鼻咽癌患者为例,使用Monaco系统的蒙特卡罗算法分别计算Dm和Dw计划。通过DVH和调强验证软件分析靶区及正常组织剂量信息,给出两种剂量差异,为临床应用提供一定的参考。     

三维治疗计划系统的剂量学验证

目的验证Pinnacle三维治疗计划系统数学模型拟和参数的剂量计算精度。方法比较治疗计划系统计算与实验测量的输出因子,同时根据荷兰辐射剂量测量委员会的推荐设计了12项测试项目,通过相对偏差及置信限度验证剂量计算的精度。结果目前所确立的Pinnacle系统模型参数有良好的计算精度,全部开野输出囚子计算值偏差均＜1%,楔形野除1个(15cm×40cm,60°楔形角)外计算偏差均＜3%,其余12项测试的最大平均偏差均＜1%,符合NCS的推荐标准,总体精度优于文献报道的其他三维TPS。结论TPS投入临床使用前必须进行剂量验证。笔者所用Pinnacle系统可投入临床使用。     

容积密度分配法剂量计算可行性研究

目的 评估采用容积密度分配法进行剂量计算的可行性。
方法 选取本科放疗的16例鼻咽癌和19例食管癌患者,对定位CT计划进行容积密度分配法重新制作计划,根据靶区和危及器官受量及剂量体积直方图比较新计划与原计划的剂量分布差异。两种计划的剂量比较行配对t检验。
结果 采用容积密度分配法后的计划与定位CT计划相比靶区及危及器官剂量差异鼻咽癌患者均<1%、食管癌患者均<2%。
结论 初步结果证实采用容积密度分配法可以进行剂量计算。     

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

目的 研究采用二维电离室阵列对螺旋断层治疗(HT)的调强计划实施剂量验证的可行性,寻求建立一套临床上针对该条件下患者治疗更为有效的剂量验证方法 .方法 采用IBA公司I'mRT MatriXX二维电离室阵列及其相配套MULTICube等效同体水模体对10例患者HT的调强计划实施验证.分别对二维电离室阵列实行冠状及纵向位测量,并获取模体中阵列轴平面和纵断面剂量分布.通过HT系统兆伏级CT图像实现模体精确配准及校正,以确保二维电离室阵列摆位准确性.束流照射后将二维阵列剂量测量平面分布与HT计划系统模体计划中计算平面结果 进行比较,定性或定量分析其绝对剂最及相对剂量验证情况.探讨其不同位置摆放来实现其测量方法 的可行性.结果 定性或定量分析所测量与计算绝对剂量点及相对剂量分布的结果 均显示出了较好一致性,点绝对测量与计算剂量偏差保持在±3%以内.MatrXX阵列测量的相对剂量分布与治疗计划系统模体中计算平面相比较,采用了Gamma法(3 mm或3%)进行2 mm栅格精度分析,γ≤1像素点平均通过率分别为97.76%、96.83%.结论 MatriXX二维电离室阵列可较好地进行绝对剂量及相对剂量测量,能较好地实现调强计划的剂量验证.     

两种放疗计划系统对仿真体模和患者及均匀体模进行剂量计算结果比较

目的 通过Eclipse与Pinnacle3 V 7.4f两种TPS对仿真体模、患者及均匀组织体模的CT图像进行剂量计算,比较两种TPS进行非均匀组织计算的结果差异,并与均匀体模的结果进行比较.方法 对患者、仿真体模以及均匀体模的CT图像利用两种TPS作相同计划,比较临床常用指标(肺V20和V30计划靶区的D95以及等中心点和等中心层面内8个兴趣点的剂量)的结果差异.结果 对患者及仿真体模而言,虽然两TPS对等中心点剂量计算的结果差异较小,但其他指标却存在较大差异(利用二级准直器照射时患者计划靶区D95的差异最大可达10.17%,仿真体模为4.64%;利用多叶光栅照射时患者计划靶区D95的差异最大达10.74%,仿真体模为5.66%;对于计划靶区边缘1-4点的剂量差异,患者有超过10.00%的情况,仿真体模最大为7.65%;肺V30的差异也较大).而对均匀体模而言,两TPS对各指标的计算差异却较小.结论 两TPS对仿真体模计算的结果差异比患者小,而对患者及仿真体模计算的结果差异要大于对均匀组织体模的.