容积旋转调强放射治疗剂量核查技术研究

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目的:容积旋转调强放射治疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)是集高精尖加速器与逆向优化计划设计系统于一体的新型调强放疗。其目标是给与肿瘤精准的放疗剂量,提高肿瘤控制率,降低危及器官(organ at risk,OAR)受量,减少正常组织的并发症。而放射治疗的质量控制是保证放疗计划准确性,提高治疗效果,预防放疗事故的关键。热释光剂量计(thermoluminescence dosimeters,TLD)和光致发光剂量计(optically stimulated luminescence dosimeters,OSLD)是点剂量测定实用和准确的固体探测器。目前,国内使用TLD进行放射治疗的点剂量核查,但TLD粉末在封装、测量和退火等方面过于复杂繁琐,不能重复测量,对热和化学因素敏感,操作上具备一定的挑战性。OSLD与TLD性能相当,在环境中更稳定,测量更高效,可重复读取,在国外已替代TLD应用于放疗输出剂量核查。为了减少核查人员在制备和测量阶段的工作量,提高测量效率,建立适合大规模开展VMAT输出剂量质量核查的技术方法,对放疗级OSLD的性能响应进行验证,调试相应的修正因子,并进一步开展VMAT端到端输出剂量核查方法的研究。方法:本研究采用nanoDot型OSLD结合定制固体模体,在60Co标准辐射场中进行批次照射实验和性能响应实验,确定其元件校正因子(Element Correction Factors,ECF)、每次测量的信号损耗、信号随时间的衰减、线性响应以及角度响应等,确定OSLD用于VMAT放疗剂量质量核查的可能性。利用建立的实验室方法,采用固体模体结合EBT3放射性免冲洗胶片测量中心层面的二维剂量分布,TLD和OSLD测量计划靶体积(planningtargetvolume,PTV)和危及器官吸收剂量,在加速器上进行调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)和 VMAT 的端到端输出剂量核查研究。分析核查结果,评价TLD和OSLD的测量效率和精度,探究OSLD在VMAT放疗输出剂量核查中的应用前景。结果:实验表明,OSLD的灵敏度、测量损耗、随时间的衰减、线性响应以及角度响应等性能,可以满足VMAT输出剂量核查的要求。OSLD的ECF均分布在1附近;OSLD每次测量会损耗0.029%的初始信号;由于信号衰落的对数特性,OSLD在照射后的最初几分钟信号极不稳定,15分钟以后趋于稳定可以开始测量,OSLD照射2 Gy剂量34天内衰减了 6.94%的信号;OSLD在0~5 Gy剂量范围内,信号与剂量的线性响应良好(R2=0.998);OSLD垂直于射束照射,角响应在-6.76%~+1.5%之间,各角度响应差异有统计学意义(F=34.493,P<0.001);OSLD平行于射束照射,角响应在-1.74%~+1.67%之间,各角度响应差异无统计学意义(F=1.263,P>0.05)。EBT3放射性免冲洗胶片、TLD和OSLD质量核查IMRT和VMAT结果显示:胶片测量二维剂量分布γ分析±3mm/3%通过率均>90%,TLD吸收剂量与治疗计划剂量的偏差大部分在±7%以内,OSLD测量计划靶体积吸收剂量与计划剂量偏差大部分在±7%以内,测量危及器官吸收剂量与计划剂量偏差大部分>-7%。结论:综上所述,放疗级TLD剂量比对技术已十分成熟,但目前面临难以大规模、高效率开展的困境。OSLD作为新型的质量核查剂量计,其性能响应可以满足VMAT输出剂量核查的要求。OSLD测量PTV的吸收剂量时,与TLD的测量精度相当,但可以很大程度上减少人力和时间,提高测量效率,适合大规模开展VMAT输出剂量核查工作。OSLD测量OAR的吸收剂量与治疗计划存在较大偏差,在实验方法和评价指标上还需继续探究。本研究验证了 OSLD的性能响应,探索了 OSLD用于放疗输出剂量核查的技术方法,为OSLD替代TLD进行质量核查提供了基础,同时也一定程度上弥补了国内放疗级OSLD的研究空白,在OSLD用于放疗剂量核查的使用方法上提供了一个初步的指导。
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