第39卷第1期2021年2月辐射研究与辐射工艺学报J.Radiat.Res.Radiat.Process.
www.j.sinap.ac/fushe/CN/volumn/home.shtml
V ol.39 No.1
February2021
二维电离室矩阵不同采样深度对调强验证γ通过率的影响贺亚迪1,2金锦辉1,2孔繁图1陈露茜1董洁1李政欢1 1（中山大学附属第三医院肿瘤放射科广州510630）
2（南方医科大学生物医学工程学院广州510515）
摘要选取质量保证（QA）计划中MatriXX电离室矩阵不同层面深度剂量与测量层面的剂量对比分析，探 讨不同层面深度剂量对γ通过率的影响。选取21例鼻咽癌调强计划，将MatriXX和Miniphantom模体的CT
影像导入计划系统作为QA模体。把调强放射计划移植到QA模体重新进行剂量计算，选取从电离室腔
顶部到底部5mm高度内以1mm等间距6个剂量层面的平面剂量，导出相应平面的剂量分布文件到MatriXX
系统中和测量剂量结果进行分析，得到6组结果，记录3mm/3%、2mm/2%和2mm/2%评估标准下的γ通过
率。结果表明：3mm/3%标准在Compare4、Compare5和Compare6剂量层面的γ通过率大于95.00%，均达
到临床要求；3mm/2%在Compare6剂量层面的通过率均大于95.00%，达到临床要求；3mm/3%从
Compare1的81.45%到Compare6的98.08%，提高了16.63%；3mm/2%从Compare1的74.27%到Compare6的
95.40%，提高了21.13%；2mm/2%从Compare1的55.15%到Compare6的84.71%，提高了29.56%；
Compare3层面为MatriXX侧面十字标记线高度对应的层面，将该层面剂量作为参照组，其余各组结果与该
层面剂量比较均具有统计学意义（p<0.05）。在进行调强计划二维剂量分布验证，二维矩阵平行板电离室腔
最底部层面深度的剂量平面作为调强放射计划γ通过率验证的参考剂量平面与实际测量值对比的通过率
最高。
关键词调强放射，二维电离室矩阵，γ通过率，质量保证
中图分类号TL72
DOI:10.11889/j.j.39.010301
Influence of different sampling depths in a two-dimensional ionization chamber matrix on theγpass rate of intensity-modulated radiation therapy
HE Yadi1,2JIN Jinhui1,2KONG Fantu1CHEN Luxi1DONG Jie1LI Zhenghuan1
1(The Third Affiliated Hospital of Sun Yat-Sen University,Guangzhou510630,China)
2(School of Biomedical Engineering,South Medical University,Guangzhou510515,China)
ABSTRACT In order to study the influence of different sampling depths in a two-dimensional ionizati
on chamber
matrix on theγpass rate,we compared and analyzed the different depth dose in the quality assurance(QA)plan and
the measurement levels of the two-dimensional ionization chamber matrix(MatriXX).A total of21cases of
nasopharyngeal carcinoma IMRT plan were selected,and the CT images of MatriXX and Miniphantom phantoms
were imported into the planning system as the QA phantom.We transplanted the intensity-modulated radiation
therapy plan to the QA phantom to recalculate the dose and selected the plane dose with6dose levels at a height of5
第一作者：贺亚迪，男，1994年6月出生，2016年于南华大学获得学士学位，目前为南方医科大学硕士研究生
通信作者：李政欢，硕士，E-mail:*****************
收稿日期：初稿2020-08-26；修回2020-10-21
First author:HE Yadi(male)was born in June1994,and obtained his bachelar’s degree from University of South China in2016. Now he is a graduate student at South Medical University
航空装备表面处理技术Corresponding author:LI Zhenghuan,master’s degree,E-mail:*****************
Received26August2020;accepted21October2020
辐射研究与辐射工艺学报2021 39:010301
mm from the top to the bottom of the ionization chamber cavity at an equal interval of1mm.Then,we exported the dose distribution file of the corresponding plane to the MatriXX system and analyzed the measured dose results to obtain6sets of results,and recorded theγpass rate under the3mm/3%,2mm/2%,and2mm/2%evaluation standards.The results show that the pass rate of3mm/3%at the dose level of Compare4,Compare5,and Compare6 was greater than95.00%,which met the clinical requirements;the pass rate of3mm/2%at the dose level of Compare6was greater than95.00%,meeting the clinical requirements.The pass rate was increased from81.45%of Compare1to98.08%of Compare6by3mm/3%,which was an increase of16.63%;as well as an increas
e of21.13% by3mm/2%from74.27%of Compare1to95.40%of Compare6;and also an increase of29.56%by2mm/2%from 55.15%of Compare1to84.71%of Compare6.The level of Compare3was the level corresponding to the height of the cross-marker line on the side of MatriXX.The dose at this level was taken as the reference group,and the results of the other groups were statistically significant when compared with the dose at this level(p<0.05).When doing QA of an IMRT plan,the dose plane at a depth of the bottom layer of the two-dimensional ionization chamber matrix was used as the reference dose plane for the verification of the IMRT planγpass rate,which has the highest pass rate compared with the actual measured value.
KEYWORDS Intensity-modulated radiation therapy(IMRT),Two-dimensional ionization chamber matrix,γpass rate,Quality assurance
CLC TL72
随着放射新技术和新设备的不断发展及应用，质量保证（Quality assurance，QA）在现代精确放疗中占据越来越重要的地位［1］。调强计划在临床前必须进行剂量学验证，以此检验计划系统TPS（Treatment plan system，TPS）计算剂量与实际照射剂量之间的差异，确保执行的计划的准确性，尽可能减少正常组织并发症的产生，提高肿瘤的治愈率［2-3］。作为调强计划剂量分布的验
证工具，使用二维矩阵验证相对剂量分布的方法具有操作简便、剂量学特性好和效率高等优点［4-6］。MatriXX二维电离室矩阵（IBA dosimetry，Swenden）能够对调强放疗计划进行点剂量和面剂量验证，现已成为开展调强放疗QA的重要工具之一［7］。
鼻咽解剖结构复杂，鼻咽癌是一种鼻咽上皮组织肿瘤，其占所有癌种百分比约为0.7%，东南亚地区发病率较高［8-10］。鼻咽癌对放射的敏感性高，因此放射是鼻咽癌的重要手段［12］。调强放射（Intensity-modulated radiotherapy，IMRT）因其在剂量学上的优势而广泛应用于鼻咽癌［12-14］。
电离室探测器灵敏区域的物理性质（如直径、灵敏体积和几何形状等）对剂量测量的准确性有一定的影响，尤其是对剂量高梯度区的测量结果有显著影响［15］。本研究选择21例接受IMRT的鼻咽癌病例，电离室腔顶部到底部5mm高度内，以1mm等间距选取6个深度层面的平面剂量，导出剂量平面与MatriXX有效测量平面中心为计划中心进行调强计划验证测量得到的结果对比，分析这6组剂量平面和实际测量平面的γ通过率差异，旨在出TPS计划剂量与实际测量剂量分布符合度最高的计划剂量层面，为鼻咽癌IMRT计划的二维矩阵剂量验证提供参考。
1材料与方法
1.1临床资料
选取2020年2月–7月在中山大学附属第三医院接受IMRT的21例鼻咽癌患者，其中男16例，女5例，年龄28~63岁，中位年龄43岁；T1期2例，T2期8例，T3期7例，T4期4例。所有患者均采用仰卧位，头颈肩热塑体膜结合发泡胶固定。使用Siemens大孔径CT模拟机定位扫描，层厚3mm，扫描范围从头顶至锁骨头下2cm，重建后的图像传至Monaco（V5.11）放疗计划系统。
1.2计划设计
sdi每个计划使用均匀分布的9个共面射野，角度设置为160°、120°、80°、40°、0°、320°、280°、240°、200°。物理优化参数分别设置如下，Surface Margin：0.3cm，Beamlet Width：0.5cm，Target Margin：Tight（0.2cm），Min Segment
贺亚迪等：二维电离室矩阵不同采样深度对调强验证γ通过率的影响
Width ：0.6cm ，Fluence Smoothing ：low 。MC 算法的每个控制点统计不确定度为2%，剂量计算网格为3mm ，单野控制点数为20，其余参数和约束函数保持不变。1.3
设备材料
医科达（Elekta Ltd.，Sweden ）Synergy 直线加速器，40对共80片多叶光栅（Multileaf collimator ，MLC ）在等中心处可以形成40cm×40cm 面积的射野，单个叶片在等中心处的投影宽度为1cm 。IBA
公司的MatriXX 二维电离室阵列由探测平板和软件组成，其中探测平板由电离室阵列、控制器、信号处理和数据转换器等部分组成。32cm×32cm 的平面矩阵（4个顶角处无电离室）等距离分布1020
个通气的平行板电离室。每个平行板电离室直径4.5mm 、高5mm 、灵敏体积0.08cm 3，相邻电离室中心间距为7.62mm ，电离室矩阵有效测量面积24.4cm×24.4cm ，有效测量点位于上表面下3mm 处。图1为MatriXX 和Miniphantom 模体的实物图和CT 冠状位图像。
Miniphantom 模体（RW3固体等效水材料，密度1.045g/cm 3，电子密度3.386×1023cm −3）为MatriXX 的配套模体，体积38.4cm×30.0cm×14cm ，MatriXX 探测板嵌入其中，模体表面到等中心距离为6.6cm 。在Siemens 大孔径CT 模拟机上利用模体表面的十字形标记进行摆位扫描，层厚1mm ，重建后的图像传至Monaco （V5.11）计划系统作为QA 模体。
1.4剂量层面的选择
将IMRT 计划移植到Miniphantom 模体，将机
架角和床角设置为0°，以电离室面板上的十字形标记中心为QA 计划等中心重新进行剂量计算。电离室腔高5mm ，重新计算剂量后在TPS 的QA 模体中选取从电离室腔顶部到底部5mm 高度内以1mm 等间距6个剂量层面的平面剂量，将相
应平面的剂量分布文件输出到MatriXX 系统中和测量剂量结果进行分析。如图2所示，从顶部到底部将对应层面的剂量平面分别命名为Compare1、Compare2、Compare3、Compare4、Compare5和Compare6。Compare3层面为二维矩阵侧面十字标记线对应高度的层面，并导出到myQA 软件（2.10.20.0版）进行γ
通过率分析。
图1Miniphantom MatriXX 模体的实物图(a)和CT 冠状位图像(b)
Fig.1
Physical images (a)and CT coronal images (b)of MatriXX Miniphantom
phantoms
图2Miniphantom 模体横断面(a)和电离室腔局部放大图像(b)
Fig.2
Image of Miniphantom phantom cross-section (a)and the image of partially enlarged image of the ionization chamber (b)
辐射研究与辐射工艺学报2021 39:010301
1.5QA计划验证测量方法
香霉菌（1）摆位。将Miniphantom模体水平放置在直线加速器床面上，摆位条件与CT扫描一致。加速器机架角和床角均为0°，通过网线连接MatriXX和控制电脑。
（2）预热。先通电预热15分钟，6MV X射线，射野面积26cm×26cm，出束500MU充分预热，做本底测量。
（3）测量。预处理完毕后从Mosaiq信息管理系统中调取IMRT计划，使用QA权限分别设置机架角和床角0°，然后出束，用匹配的myQA 软件（2.10.20.0版）分析处理测量数据。记录3mm/ 3%、3mm/2%和2mm/2%评估标准下的γ通过率。
2结果
如图2（b）所示，每个剂量层面分别按照3mm/3%、3mm/2%和2mm/2%评估标准，阈值10%进行γ通过率分析，21例鼻咽癌患者的测量结果见表1。相同标准下从Compare1到Compare6的γ通过率呈上升趋势，即从顶端到底端随着剂量层面的下移γ通过率越高。
表1数据表明，3mm/3%从Compare1的81.45%到Compare6的98.08%，提高了16.63%；3mm/2%从Compare1的74.27%到Compare6的95.40%，提高了21.13%；2mm/2%从Compare1的55.15%到Compare6的84.71%，提高了29.56%；3mm/3%标准在Compare4、Compare5和Compare6剂量层面
的γ通过率大于95.00%，均达到临床要求；2mm/2%在所有剂量层面的通过率均未达到95.00%，均不符合临床要求；3mm/2%在Compare6剂量层面的通过率大于95.00%，达到临床要求。Compare3层面为MatriXX侧面十字标记线高度对应的层面，将该层面剂量作为参照组，其余各组结果与该层面剂量对比，得到的所有p值均小于0.05，说明结果均具有统计学意义。
图3显示，3mm/3%、3mm/2%和2mm/2%标准下，从Compare1、Compare2到Compare3剂量层面γ通过率变化明显，Compare4、Compare5和Compare6剂量层面γ通过率的变化不明显。
3讨论
IMRT临床计划剂量准确性直接影响放射的效果，为保证IMRT临床实施的安全和可靠，在前必须对IMRT计划进行剂量学验证。国内外已有不少文献研究了电离室矩阵的特性对加速器质控和调强计划剂量分布验证影响［16-18］。MatriXX二维矩阵的每个平行板电离室有固定的物理尺寸，电离室腔高5mm，但是只能选取其中一个层面深度的剂量与测量结果进行对比，不同层面深度的剂量并不完全一致，因此选择不同层面深度的剂量就会可能导致不一样的结果，甚至会造成验证不通过的结果。当验证不通过时，可能是冠状层面的输出层面深度选择有误所致［19］。
表1电离室腔6个层面剂量的γ通过率均值方差
Table1Mean variance ofγpass rate of6levels of dose from top to bottom of ionization chamber(%)
3mm/3% 3mm/2% 2mm/2%Compare1
81.45±4.96
74.27±6.07
55.15±6.16
Compare2
武林风中美对抗赛89.74±3.69
84.46±4.98
66.58±7.07
Compare3
94.88±2.07
91.40±3.07
77.21±5.49
Compare4
96.39±1.64
93.26±2.64
80.02±5.36
Compare5
97.46±1.31
94.62±2.28
82.63±5.03
Compare6
98.08±1.10
95.40±1.95
84.71±4.55图3标准3mm/3%、3mm/2%和2mm/2%在6个剂量层面莱维特
的散点图
Fig.3The3mm/3%,3mm/2%and2mm/2%γpass rate
scatter plot at6dose levels
贺亚迪等：二维电离室矩阵不同采样深度对调强验证γ通过率的影响
聚甲基丙烯酸丁酯Woo等［20］研究表明，电离室大小和电离室位于射野的位置，可能造成13%的测量误差。
由于电离室矩阵空间分辨率较差，而且电离室的体积平均效应对测量结果有明显的影响，该效应也会导致测量分辨率降低［21］。影响γ通过率的因素可能有［22］：（1）子野面积个数和单（子）野的出束跳数；（2）多叶光栅的到位精度；（3）验证设备每次摆放位置的误差以及计划移植到QA模体位置的误差；（4）直线加速器高剂量率低MU输出的准确性。由于本研究IMRT计划采用的物理优化参数和剂量约束函数相同，所以IMRT计划产生子野面积和数量均相近，另外所有IMRT计划的验证均为验证设备摆放后一次测量完成，不存在多次摆位误差。并且所有IMRT计划均为移植到同一个MatriXX QA模体，所以可排除移植计划的模体位置不一致造成的计算偏差。由于直线加速器是固定剂量率模式，所以高剂量率低MU输出的影响亦可排除。本研究唯一改变的只是选取从电离室腔顶部到
底部不同层面深度的剂量平面，所以不同层面深度的剂量差异是造成γ通过率变化的原因。
表1数据3mm/3%标准在Compare4、Compare5和Compare6剂量层面的γ通过率大于95.00%，均达到临床要求；3mm/2%在Compare6剂量层面的通过率大于95.00%，达到临床要求。测量结果显示，从顶端到底端通过率均随着剂量层面的下移而通过率越高。表明计划计算剂量分布和实际测量剂量分布之间的一致性越好［23］。由于电离室矩阵空间分辨率较差，电离室测量剂量有明显的体积平均效应，随着层面深度的下移，射线因次级电离造成的散射越充分，平行板电离室收到的剂量就与实际情况越接近，因而计算结果和测量结果的一致性越高。表1数据所示从顶部的第一层到底部最后一层的结果相差还是很大的，3mm/3%、3mm/2%、2mm/2%从Compare1到Compare6提高的幅度均大于15%；2mm/2%在所有剂量层面的通过率均未达到95.00%，均不符合临床要求；Compare3层面作为参照组，其余各组结果与该层面剂量对比均有统计学意义（p<0.05）。由表1可以看出，3mm/3%标准下最大差值最小，2mm/2%标准下最大差值最大。因此二维电离室矩阵结构特点决定了其空间分辨率偏低，对于梯度较大处的测量误差不可忽略。
由于本研究MatriXX QA模体扫描层厚为1mm，实际电离室腔高度为5mm，故选取6个层面的平面剂量作为参考平面，这6个层面高度包含了整个电离室腔，分析了电离室腔内所有层面深度的剂量分布情况。本研究表明：可通过调整调强计划剂量分布在矩阵中的层面深度位置来提高γ通过率有效性，基于在电离室腔高度内选择不同深度层面的剂量带来的γ通过率变化，在进行调强计划二维剂量分布验证，
二维矩阵平行板电离室腔最底部层面深度的剂量平面作为IMRT计划γ通过率验证的参考剂量平面与实际测量值对比的γ通过率最高，对临床工作具有一定的指导作用。
参考文献
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