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当前，快速旋转调强技术（RapidArc）广泛应用于临床，不同于以往的3DCRT和IMRT技术，RapidArc技术在机架旋转过程中，通过可变的剂量率、MLC叶片运动、机架角度和速度，来更高效满足临床靶区和危及器官的要求。由于RapidArc计划控制参数多，不确定因素大，为了保证治疗安全，在计划被执行前实施病人剂量验证尤为重要[1-4]。目前用于RapidArc计划剂量验证的二维或三维设备主要有Matrixx、Delta4、ArcCHECK 等 [5-9]。Octavius 4D 是专为旋转照射剂量测量的探测阵列[10-13]，笔者研究其电离室探头特性及其在RapidArc剂量验证中的应用。

1 材料和方法

1.1 设备与软件

1.1.1 直线加速器

VarianTriology直线加速器（美国），由60对多叶光栅叶片组成，中心40对叶片宽度为每片5 mm，两端各10对叶片宽度为1 cm，叶片最大运动速度为2.5 cm/s，计划剂量率设置为600 MU/min。

1.1.2 计划系统（TPS）

计划系统为Varian Eclipse 11.0，计划采用6 MV X线，剂量算法为各向异性解析算法（Anisotropic Analytic Algorithm，AAA），计算网格为2.5 mm。每个放疗计划均有2个治疗弧，第一个弧从179°逆时针旋转至181°，准直器角度为15°，第二个弧从181°顺时针旋转至179°，准直器角度为345°。

1.1.3 Octavius 4D验证系统（德国PTW公司）

（1） Octavius 4D圆柱型等效固体水旋转模体：直径32.0 cm、长度34.3 cm，可360°旋转，HUvalue为16，相对电子密度为1.016，物理密度为1.05 g/cm3；通过固定在机架上的角度仪来确定角度大小；二维矩阵插入模体中，测量过程中模体可以与机架保持同步旋转，探测器阵列始终保持与入射束垂直以避免探测器的方向依赖性，这样就可以测定在不同机架角度下平面剂量，2D探测器阵列探测到的剂量（每一个机架角度情况下）与深度剂量联合重建生成模体内的三维剂量分布。同时搭配可插入膜体适配板的0.125 cm3指型电离室，用于膜体中心点剂量的测量。

（2）Octavius Detector 729二维矩阵：物理尺寸2.2 cm（厚）×30 cm（宽）×42 cm （长）；有效参考点置于阵列表面的0.75 cm深度处；共729个电离室探头，电离室中心间距为1 cm，分布在一个有效面积为27 cm×27 cm平面上；每个电离室体积为0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm；测量量程为0.5～48.0 Gy/min；探测器剂量分辨率为1 mGy且无剂量测量上限限制。

（3）Octavius Detector 1000SRS 由 977 个液体电离室组成（尺寸：0.23 cm×0.23 cm×0.05 cm），其灵敏体积为0.03 cm3，电离室为非均匀分布，有效测量范围11 cm×11 cm，在5.5 cm×5.5 cm 的中心区域内，相邻电离室间距为0.25 cm，中心区域以外间距为0.5 cm，对角线上距离为0.35 cm , 测量量程为0.1～36 Gy/min，1000SRS比729的尺寸更小，空间分辨率更优，常用于SBRT和SRS病人治疗计划的剂量验证和小射野的质量保证等工作。

（4）VeriSoft 5.1分析软件：支持面剂量的2D比较分析及用于测量值和TPS计算的3D剂量比较分析。

1.2 病例选择

在通过临床放疗医师剂量要求并已确认的RapidArc计划中抽取20例恶性肿瘤患者，其中鼻咽癌10例，直肠癌10例。

1.3 检测并校准

对加速器各项机械参数、剂量输出特性等进行检测校准，确保机器性能良好稳定后对Octavius 4D验证系统（包括729 和1000SRS）进行校准，包括绝对剂量校准、方向性校准和相对剂量校准。

1.4 Octavius 729和1000SRS电离室探头特性研究

以VeriSoft 5.1分析软件上的读数作为Octavius 729和1000SRS射野中心电离室探头的测量数据，以剂量仪上的读数作为PTW31010型电离室的测量数据，三者采用相同的测量条件和测量深度。

0°机架角下探头测量10 cm×10 cm射野下6 MV X线以600 MU/min剂量率出束的100 MU剂量。选取射野中心探头的读数作为响应值，同时再用PTW31010型0.125 cm3指形电离室测量读数并与之比较。每隔5 min测量1次共10次用于观察短期稳定性。以10次读数的均值为基准进行归一，得出各次读数与均值的偏差百分比。

0°机架角下探头测量10 cm×10 cm射野下6 MV X线以 600 MU/min剂量率出束的 1、2、3、5、10、20、50、100、200、500 MU剂量。选取射野中心探头的读数作为响应值，同时再用PTW31010型0.125 cm3指形电离室测量读数并与之比较。每组重复测量3次取均值，将三种电离室的响应均值与MU剂量数值进行线性相关分析。

1.4.3 剂量率依赖性

0°机架角下探头测量10 cm×10 cm射野下6 MV X线以100、200、300、400、500、600 MU/min剂量率出束的100 MU剂量。选取射野中心探头的读数作为响应值，同时再用PTW31010型0.125 cm3指形电离室测量读数并与之比较。每组重复测量3次取均值，分析三种电离室在不同剂量率大小时的变化趋势。

1.4.4 射野大小依赖性

0°机架角下探头测量3 cm×3 cm、5 cm×5 cm、7 cm×7 cm、10 cm×10 cm射野下6 MV X线以600 MU/min剂量率出束的100 MU剂量。选取射野中心探头的读数作为响应值，同时再用PTW31010型0.125 cm3指形电离室测量读数并与之比较。每组重复测量3次取均值，分析三种电离室在不同射野大小时的变化趋势和差异。

1.5 临床计划剂量学验证

分别对20例患者的RapidArc计划使用Octavius 729 和1000SRS进行剂量学验证，比较其γ通过率的平均值和标准差，γ分析采用的标准均为剂量偏差3%、位置偏差3 mm和阈值10%[14]。

1.6 统计学分析

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计学分析，剂量响应采用线性回归分析，2种癌症患者和2种二维矩阵的γ通过率两两比较采用配对t检验，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 稳定性

以10次测量读数的均值归一，Octavius 729和1000SRS矩阵中心电离室探头、PTW31010型指形电离室探头的结果分别好于±0.156%、±0.14%和±0.03%。稳定性结果，见图1。

2.2 剂量响应

1～500 MU 范围内，729、1000SRS和 PTW31010电离室探头剂量响应与MU呈现强线性相关，决定系数均为R2=1（图 2）。

2.3 剂量率依赖性

729、1000SRS和PTW31010电离室探头对不同剂量率的响应值如图3，剂量率变化范围为100～600 MU/min，随剂量率变大，三种电离室探头响应均变小，变化范围分别为0.46%、1.08%、0.58%，1000SRS探头响应的变化范围最大，729的探头响应随着剂量率大于300 MU/min后保持不变。

2.4 射野大小依赖性

三种电离室探头响应均随照射野增大而增加，如图4。三种电离室不同照射野下的响应值差异均在1%以内；当照射野小到3 cm×3 cm时，1000SRS的响应高于729和PTW31010的响应0.97%；当照射野大到10 cm×10 cm时，729高于其他0.62%。

2.5 临床计划剂量学验证

对于20例患者的RapidArc计划，1000SRS在鼻咽癌计划和直肠癌计划的

平均通过率比729分别高出3.1%和1.3%，729和1000SRS的直肠癌计划

平均通过率分别高出鼻咽癌计划2.2%和0.4%，且两两比较P＜0.05，均具有统计学意义，详见表1。

3 讨论

目前，旋转调强放射治疗技术已经大量应用于临床，该治疗模式的复杂性以及对机器参数的精确度等均对QA工作提出了较高的要求。虽然胶片空间分辨率高但其存在很多问题，如仅能提供相对剂量信息、存在能量和方向依赖性、需频繁校准、测量结果易受曝光和冲洗等其他条件影响[15]。而二维平板矩阵方向依赖性高，当射束入射角度平行于探测平面时会丢失部分剂量信息，适用于平面剂量分布验证[8,16]。Delta4是一款能提供三维剂量分布验证的质量控制工具，含有1069个P型半导体探头，探头按2个正交矩阵排列[5]。而ArcCHECK也能提供三维剂量分布验证，含有1386个N型半导体探头螺旋形排列[7]。

RapidArc计划实施过程中加速器剂量率、多叶准直器叶片位置、机架角度会连续变化，研究Octavius 4D探头对剂量、剂量率及照射野大小的响应尤其重要，笔者测试了Octavius 729和1000SRS的电离室探头特性，其中心探头相比0.125 cm3体积的PTW 31010电离室更容易产生波动，稳定性略微降低。三者都具有很好的线性关系，相关系数达到1。729的剂量率响应变化最小，且达到300 MU/min趋于稳定。当照射野在3 cm×3 cm～10 cm×10 cm范围时Octavius 729和1000SRS探头与PTW 31010电离室的差异在1%以内，随着照射野增大，探头响应增加，与散射剂量增加有关；当照射野在3 cm×3 cm时，由于729和PTW 31010的电离室体积更大，其体积平均效应低估了实际剂量。

Octavius 4D 验证系统能够提供横断面、矢状面、冠状面的三维剂量对比，笔者采用广泛使用的横断面剂量进行分析，结果显示计划系统计算剂量与Octavius 729、1000SRS测量剂量符合度都较高，平均通过率均达到96%以上。对通过率差异分析发现，通过率受到几个因素的影响，计划复杂程度的不同导致计划系统计算误差不同和加速器执行到位精度的不同：① 器官结构和限制条件较多、剂量分布更复杂、剂量梯度变化更大的鼻咽癌患者计划通过率相对较低；② 温度、气压等测量环境因素的变化导致加速器执行状态差异；③ 模体摆位和测量误差等人为因素影响。旋转调强计划验证的另一大限制就是探测器方向依赖性，不同机架角度下测量可产生高达15%的探测器响应误差[6]。Octavius 4D验证系统很好弥补了这一误差，它通过将传统二维矩阵插入到一个可与加速器机架同步旋转的固体水模体中，从而保证射线束始终垂直电离室测量探头，以消除角度依赖性，更加准确采集患者计划的剂量信息，并利用模体中已采集的能量百分深度剂量数据反演算出三维空间剂量分布，实现计划与测量剂量的三维对比。

从通过率来讲，直肠癌和鼻咽癌的计划通过率1000SRS均高于729，且有显著性统计学差异，有几个方面的原因：① 从参与计划评估点数方面来讲，相同照射范围内，729矩阵评估点数低于1000SRS，由于样本数较小，通过率统计鲁棒性更差，仅适用于较大射野的调强计划验证，对于射野较小的病例，应采用分辨率更高的1000SRS液体矩阵；② 根据γ通过率的计算公式可知，参考矩阵分辨率越高，在计划系统导出的剂量平面上，更容易在3mm的范围内找到剂量偏差小于3%的点，导致其通过率较高。Poppe等[17]报道了探测器大小和间距、计划子野最小宽度、空间分辨率等参数都能带来测量误差，影响数据测量准确性，比729探头尺寸更优和空间分辨率更高的1000SRS液体二维矩阵可得到更准确的剂量数据[18]。

综上所述，Octavius 4D 验证系统（729和1000SRS）都能满足临床多病种RapidArc计划剂量验证要求，计划验证的γ通过率与肿瘤部位及计划复杂度相关，测量平面始终随机架旋转与射线束垂直，无角度依赖性，可行性值得认可，且1000SRS液体电离室矩阵具有更大的优势。

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Octavius 4D电离室探头特性及在RapidArc剂量验证中的应用研究

引言