三維劑量驗(yàn)證裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及三維劑量驗(yàn)證裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，放射影像技術(shù)和放射治療技術(shù)發(fā)生了根本性和革命性的變化，放射治療邁進(jìn)了一個(gè)新的時(shí)代一一三維治療的時(shí)代。尤其在近來，隨著放射治療設(shè)備的更新和開展放射治療的醫(yī)療單位的增多，帶有電動(dòng)多葉準(zhǔn)直器(multileafcollimator, MLC)的醫(yī)用直線加速器得到廣泛的應(yīng)用；同時(shí)具有三維算法和調(diào)強(qiáng)放射(intensity modulated radiat1n therapy, IMRT)治療逆向算法的治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment plan system, TPS)廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了三維適形治療技術(shù)特別是調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)的發(fā)展。調(diào)強(qiáng)放射治療病例數(shù)所占的比例越來越高，治療的病種也越來越豐富，有些腫瘤甚至將MRT作為首選治療方式，如鼻咽癌、前列腺腫瘤等。以至于JamesA.Purdy [I]認(rèn)為“21世紀(jì)第2個(gè)10年，IMRT技術(shù)或許會(huì)成為常規(guī)的照射技術(shù)”。放射治療的根本目的是提高治療增益比，即最大限度地增加腫瘤的局部控制率(tumor controlprobability, TCP)，降低正常組織的放射并發(fā)癥概率(normal tissue complicat1nprobability, NTCP) [2]。頂RT技術(shù)同常規(guī)放射治療技術(shù)和三維適形放射治療技術(shù)相比，更適合于治療凹形靶區(qū)和大面積不規(guī)則靶區(qū)。它在提供高度適形的靶區(qū)劑量的同時(shí)，能夠更好的保護(hù)周圍的正常組織和危及器官。有效的提高治療增益比。
[0003]調(diào)強(qiáng)放射治療(MRT)是近十多年發(fā)展的一項(xiàng)嶄新技術(shù)，在理論上它能夠很好地遵循放療臨床劑量學(xué)四原則，是在各射野與靶區(qū)輪廓高度適形的前提下，將每一個(gè)射野分割成若干小子野，使射野內(nèi)劑量強(qiáng)度按一定要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大限度地將束流集中到靶區(qū)以內(nèi)，周圍危及器官和正常組織少受或免受不必要的照射。它是利用多葉準(zhǔn)直器(MLC)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)射野內(nèi)通過MLC運(yùn)動(dòng)會(huì)分成一定數(shù)量的子野，而每一個(gè)子野的形狀、跳數(shù)各不相同，它們之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，致使在調(diào)強(qiáng)放療中，劑量出錯(cuò)可能性比較大，因其它采用比較陡峭的劑量梯度，且這種陡峭劑量分布臨近腫瘤和重要器官的邊界(Shamurailatpam Dayananda Sharma, et al.Use of peripheral dose datafrom uniform dynamic multileaf collimat1n fields to estimate out-of-fieldorgan dose in patients treated employing sliding window intensity-modulatedrad1therapy.Phys.Med.B1l.51 (2006), 2987 - 2995.)。所有這些子野合成以后的劑量分布是難以想象和預(yù)見的，這一點(diǎn)與射野均勻的三維適形放療完全不同(Followill D, GeisP and Boyer A 1997,Estimates of whoIe-body equivalent dose produced by beamintensity modulated conformal therapy Int.J.Radiat.0ncol.B1l.Phys.38, 667 -72 ；Kry S, Salehpour M, Followill D, Stovall M, Kuban D, White R and Rosen I2005a,Out-of-field photon and neutron dose equivalents from step-and—shootintensity-modulated radiat1n therapy Int.J.Radiat.0ncol.B1l.Phys.62, 1204 -16 ；Hall E J and Wuu S 2003, Radiat1n-1nduced second cancers: the impact of3DCRT and IMRT Int.J.Radiat.0ncol.B1l.Phys.56, 83 - 88.) 0 如果不對 IMRT 計(jì)劃進(jìn)行嚴(yán)格的劑量驗(yàn)證，則有可能出現(xiàn)高劑量誤差，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的放射治療事故發(fā)生(WebbS，1997，The Physics of Conformal Rad1therapy(Bristol:1nstitute of PhysicsPublishing) ；Vanhavere F, Huyskens D and Struelens L 2004Peripheral neutronand gamma doses in rad1therapy with anl8MV linear accelerator Radiat.Prot.Dosim.110，607 - 12)。因此，臨床上為了保證調(diào)強(qiáng)射野輸出劑量準(zhǔn)確性，必須對調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)確的劑量驗(yàn)證。
[0004]從劑量學(xué)方面講，IMRT技術(shù)的劑量學(xué)優(yōu)勢是在治療區(qū)域形成高度適形的劑量分布，而在危及器官區(qū)域劑量發(fā)生陡降。因此，IMRT技術(shù)給放療工作人員特別是放療物理師提出了一個(gè)新的挑戰(zhàn)一一如何使治療計(jì)劃能夠正確的實(shí)施到患者身上。這就要求在執(zhí)行IMRT治療之前，要清楚照射野在患者體內(nèi)可能的劑量分布，嚴(yán)格限制誤差在一定范圍內(nèi)，即在治療之前，要求進(jìn)行質(zhì)量控制(quality control, QC)和質(zhì)量保證(qualityassurance, QA)工作(M Stasi, et al.D-1MRT verificat1n with a 2D pixel 1nizat1nchamber:dosimetric and clinical results in head and neck cancer.Phys.Med.B1l.50(2005)，4681 - 4694)。
[0005]作為QC和QA工作的重要組成部分，IMRT的劑量驗(yàn)證工作是保證患者能夠得到正確的治療的關(guān)鍵。MRT的劑量驗(yàn)證分為兩個(gè)方面:絕對劑量驗(yàn)證和相對劑量驗(yàn)證。驗(yàn)證的方式有膠片和電離室結(jié)合測量相對劑量和絕對劑量、采用半導(dǎo)體矩陣或電離室矩陣測量相對劑量以及使用蒙特卡羅(Monte Carlo)算法模擬等。
[0006]目前，以模體內(nèi)劑量實(shí)測為基礎(chǔ)的驗(yàn)證，仍然是最為常用的個(gè)體化調(diào)強(qiáng)劑量驗(yàn)證技術(shù)。通常采用所謂的“均勻體模計(jì)劃移植間接類比法”，其步驟如下:1、按照臨床放療要求，醫(yī)務(wù)人員對患者進(jìn)行CT掃描，并在TPS中進(jìn)行病人放療計(jì)劃設(shè)計(jì)；2、用CT掃描有機(jī)玻璃、或固體水制作的均勻模體，獲得體模的CT圖像。這些模體中可插入電離室進(jìn)行點(diǎn)劑量測量；3、將體模的CT圖像輸入放療計(jì)劃系統(tǒng)中，進(jìn)行體模的三維重建，同時(shí)獲取體模的三維電子密度信息；4、利用TPS將病人放療計(jì)劃的全部照射參數(shù)移植到該體模CT圖像中，在體模內(nèi)再次進(jìn)行劑量分布計(jì)算，得到體模中電離室測量點(diǎn)的劑量值；5、按照計(jì)劃設(shè)計(jì)參數(shù)，控制醫(yī)用加速器，對體模中進(jìn)行模擬照射，在照射過程中，用電離室測量關(guān)注點(diǎn)的劑量值，再將所測劑量值或二維劑量分布與第4步的體模中計(jì)算值進(jìn)行比較。
[0007]現(xiàn)有的治療計(jì)劃絕對劑量驗(yàn)證方法之一主要使用單個(gè)電離室和固體水模體。在IMRT治療計(jì)劃得到確認(rèn)后，將電離室插入固體水模體中心，進(jìn)行CT掃描，在計(jì)劃系統(tǒng)上進(jìn)行數(shù)字影像重建，勾畫靶體外輪廓和電離室探頭輪廓，設(shè)定電離室探頭中心為坐標(biāo)原點(diǎn)；移植IMRT治療計(jì)劃至模體，使等中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)出，重新計(jì)算模體的劑量分布。最后對模體按照IMRT治療計(jì)劃進(jìn)行照射，獲取測量點(diǎn)的物理吸收劑量絕對值，與該點(diǎn)計(jì)劃劑量進(jìn)行比較。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn):
[0009]1.放射治療計(jì)劃絕對劑量驗(yàn)證中電離室插入固體模體后位置不能再更改，且電離室金屬電極將影響模體的CT電子密度曲線(CT水等效系數(shù)曲線)，因此驗(yàn)證范圍和待測點(diǎn)劑量精確度存在局限。
[0010]2.常規(guī)放射治療計(jì)劃絕對劑量驗(yàn)證方法一次只能測量一個(gè)點(diǎn)，對于有若干個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)的IMRT治療計(jì)劃，需要重復(fù)進(jìn)行模體照射和測量，因此完成一個(gè)計(jì)劃的驗(yàn)證耗時(shí)太長，成本高，系統(tǒng)誤差大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種三維劑量驗(yàn)證裝置。能進(jìn)行絕對劑量多模式立體測量的三維測量及基于改進(jìn)的三維伽馬因子算法進(jìn)行劑量差異統(tǒng)計(jì)。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:一種三維劑量驗(yàn)證裝置，其主要特點(diǎn)在于包括計(jì)算機(jī)控制平臺、擁有三維劑量測量頭的多通道靜電計(jì)和加持三維運(yùn)動(dòng)支臂的三維水模體(水箱)；計(jì)算機(jī)控制平臺連接多通道靜電計(jì)和三維水模體(水箱)；多通道靜電計(jì)連接三維劑量測量頭；三維水模體(水箱)固連三維運(yùn)動(dòng)支臂；三維劑量測量頭固連于三維運(yùn)動(dòng)支臂上；計(jì)算機(jī)控制平臺通過多通道靜電計(jì)連接三維劑量測量頭，形成測量功能；計(jì)算機(jī)控制平臺通過三維運(yùn)動(dòng)支臂控制三維劑量測量頭做空間平移運(yùn)動(dòng)。
[0013]所述的三維劑量驗(yàn)證裝置，所述的三維劑量測量頭由三維電離室夾具和電離室組成，并連接至多通道靜電計(jì)；三維電離室夾具為一階梯式夾具，在每一階梯面上加持有多個(gè)微靈敏體積電離室，電離室插入方向與束流方向垂直。從束流方向看，電離室每一排彼此錯(cuò)開排列。
[0014]所述的三維劑量驗(yàn)證裝置，所述的階梯式三維電離室夾具，每一階梯的高度為7-10mmo
[0015]所述的三維劑量驗(yàn)證裝置，所述多通道靜電計(jì)同時(shí)連接9-24個(gè)電離室；并具有與計(jì)算機(jī)直接通信的RS232數(shù)據(jù)通信接口。
[0016]所述多通道靜電計(jì)，用于接收電離室電荷收集信號并轉(zhuǎn)換為劑量值；多個(gè)微靈敏體積電離室通過一一對應(yīng)的連接塢口連接至所述多通道靜電計(jì)，用于輻射所致電荷的收集；三維電離室夾具夾持電離室后形成一個(gè)限定的空間關(guān)系排列；電離室插入三維電離室夾具時(shí)，電離室插入方向與束流方向垂直；沿束流方向觀察，電離室彼此錯(cuò)開排列，保證上游電離室不遮擋下游電離室。所述三維電離室夾具可依據(jù)三維立體，二維平面和一維直線空間排列關(guān)系夾持電離室。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果:
[0018]效果一:本實(shí)用新型提供基于水模體和電離室探測器的多模式三維測量裝置，可完成絕對劑量測量，二維平面相對劑量分布測量，多剖面立體測量等模式，功能多樣，效率尚O