二维电离室矩阵与电子射野影像系统在剂量验证中的初步研究

摘要

放射治疗是治疗癌症的三大主要手段之一，约有60%-70%的肿瘤病人需要进行放射治疗。近年来，放射治疗技术有了很大的进展，调强放射治疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）的临床应用为肿瘤的放射治疗带来了一次变革，IMRT具有高剂量等剂量线面与靶区在三维空间上形状一致，而靶区边缘剂量梯度大的特点，能够很好的遵循放疗的四大原则：靶区剂量准确；邻近正常器官受照剂量小；保护关键器官；靶区剂量分布均匀。但其治疗方式复杂，增加了治疗过程中发生错误的几率，由于其高度适形的剂量学特点，错误的发生将严重影响治疗效果，使肿瘤控制率下降，正常组织并发症几率上升。所以调强放射治疗的质量保证（Quality Assurance，QA）和质量控制（Quality Control，QC）是一个急需解决和必须重视的问题，而其中剂量学验证是极其重要的一方面。 剂量学验证主要包括两个方面：绝对剂量验证和相对剂量验证。绝对剂量验证是指调强放射治疗计划移植（指通过治疗计划系统将原调强放射治疗计划丝毫不动地加载到体模上，与原计划不同的仅仅是实施的对象是体模，而原计划实施的是病人，只要在体模上实施的计划剂量通过验证，就可以推出其在病人身上实施是准确的）至体模后生产一个质量保证计划，其中选取一点，这点的剂量是否和按此质量保证计划照射时相应点上的测量值一致；相对剂量验证是指此质量保证计划中某一平面上的剂量分布是否和实际照射时对应平面上的剂量分布测量值一致。 对于射野注量分布均匀的常规照射或三维适形放射治疗，可以采用手工计算核对、测量一点或几点剂量的方法来验证计划和实施剂量的准确性。但是对于调强放射治疗，由于其射野注量分布不均，治疗剂量梯度大，单一点或几点剂量测量不足以验证这种不均匀的剂量分布。尽管胶片、热释光剂量计、BANG明胶剂量计是剂量验证的有效工具，但使用或分析比较费时费事。二维电离室矩阵（MatriXX）和电子照射野影像系统（Electronic Portal Image Device，EPID）是目前较先进的实时二维验证系统，可以迅速获取复杂的二维数据，在实时患者剂量验证方面具有广阔的应用前景，是近年来国际放射治疗领域的研究热点。 本课题主要针对IBA二维空气电离室矩阵MatriXX系统和Varian aS1000a-Si EPID系统在剂量验证方面的应用展开了初步的研究。 本文对IBA二维空气电离室矩阵MatriXX系统进行侧向散射校正。首先，在相同条件下，分别用MatriXX和带平衡帽的电离室测量不同方形野的剂量分布，其中带平衡帽的电离室在中心轴的测量值作为标准值。然后，构造一个散射校正核模型，调整模型的参数，最后使得MatriXX测量值与散射核进行反卷积运算后，与标准值基本一致，有效地提高了MatriXX的测量精度。 本文的另一个研究工作是研究非晶硅平板型电子射野影像系统（Amorphous Silicon Electronic Portal Imaging Device，a-Si EPID）的剂量学特性。所有实验均在装备有Varian aS1000 a-Si EPID系统的Varian Clinac23EX医用加速器上实现。首先进行系统的刻度：在探头入射面放置适合厚度的固体水对照射野均整，获得泛野图像，结合本底图像对EPID图像进行剂量刻度；测量确定EPID探头做剂量测量时需要附加的建成层厚度；改变机器跳数（Monitor Unit Setting），测量系统的剂量反应线性；改变源到探测平面的距离（Source to Detector Distance，SDD），测量剂量反应与剂量率的关系；最后对“幽灵”（Ghosting）伪影进行测试和定量的研究。结果表明：经过剂量刻度后，Varian aS1000 a-Si EPID系统剂量分布均匀性可达1．0%，其探头固有建成层满足实验所用能量的建成要求，另外，系统的剂量反应与机器跳数和相对剂量率之间存在良好的线性关系，系统固有的“幽灵”（Ghosting）伪影在剂量学验证中的影响可忽略。 本文的最后对工作中的遗留问题进行了总结，并对今后的工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1点剂量仪

1.1.2明胶剂量计

1.1.3平面剂量仪

1.2本课题研究工作

1.3本文结构

第二章 二维电离室矩阵在剂量验证中的初步研究

2.1二维电离室矩阵MatriXX系统的结构

2.2二维电离室矩阵MatriXX系统在剂量验证方面的应用

2.2.1单个照射野剂量分布验证中的应用

2.2.2在平面剂量分布验证中的应用

2.2.3在绝对剂量验证中的应用

2.3实验研究

2.3.1材料与方法

2.3.2 MatriXX侧向散射校正

2.3.3讨论

第三章 电子射野影像系统及应用

3.1 电子射野影像系统的发展和研究意义

3.2 电子射野影像系统的基本原理

3.2.1荧光系统

3.2.2液体电离室系统

3.2.3固体探测器系统

3.3 电子射野影像系统在剂量验证方面的应用

3.3.1用电子射野影像系统进行剂量验证的前提条件

3.3.2用电子射野影像系统进行剂量验证的方法

第四章 Varian aS1000 a-Si EPID剂量学特性的研究

4.1 Varian aS1000 a-Si EPID的结构

4.2材料与方法

4.2.1 设备材料

4.2.2实验方法

4.3 结果

4.3.1 Varian aS1000 a-Si EPID系统的刻度

4.3.2附加建成层

4.3.3 剂量反应与机器跳数(MUs)的关系

4.3.4剂量反应与剂量率的关系

4.3.5“幽灵”伪影

4.4讨论

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2工作展望

参考文献

附录一：攻读硕士期间发表的论文及取得的成果

致谢

统计学证明