加速器X射线放疗剂量计算系统的建立
作者：哈晦明 王考锌 陈新佳 石丽婉
单位：哈晦明 王考锌 陈新佳 石丽婉(厦门市第一医院 放疗科，厦门 361003)
关键词：剂量分布；剂量比
生物医学工程学杂志990130 内容摘要 为根据治疗条件，快速、准确地计算出达到某靶点治疗剂量所需要的处方剂量，利用卫生部工卫所的RT-100放疗剂量仪测量西门子公司MEVATRON KD-2型电子直线加速器X线在水模中特定点的剂量分布，拟合出剂量分布函数P′(f,d)。引入剂量比概念，并编写出中文提示的靶点剂量与处方剂量转换的计算程序。经分别模拟不 同的治疗条件，测量水模中假设靶点的剂量，测量的剂量与计算的剂量相对误差小于1.2%。这表明，利用本方法可以快速准确地实现靶点剂量与处方剂量的转换。
The Establishment of Prescription Dose System for
, 百拇医药
Radiotherapy on Accelerator's X-ray
Ha Huiming
(Xiamen First Hospital, Xiamen 361003)
Abstract This study aimed at how to calculate the prescription dose quickly and accurately. according to the conditions of radiotherapy and the dose of target point. RT-100 Radiotherapy Dosemetre, which was calibrated at the Industrial Health Institute of National Ministry of Health, was used to detect the dose distribution of special points in the phantom. Functions of dose distribution were fitted on the basis of the detected points. The dose ratio was introduced, and the calculation protocol indexed with Chinese for prescription dose was programmed. The doses of assumed points at the phantom which imitated various conditions of radiotherapy were detected. The detected doses were very close to the calculated doses, with the relative error less than 1.2%. It is concluded that dose of target point can be transformed to the prescription dose quickly and accurately with the method of dose ratio.
, 百拇医药
Key words Dose distribution Dose ratio
目前国内多数放疗单位在加速器X线放射治疗的处方剂量计算方面基本上采用手工方法。根据选定的X线能量、靶点深度、照射野及投照方式(SSD/SAD)，选用相应的百分深度量(PDD)或组织最大比(TMR)表格，寻找并用内插法求出相应的PDD或TMR值，然后再找出相应的输出因子，把靶点(通常指一定深度处射野中心点)需要的治疗剂量除以上面的参数即可得出相应的处方剂量。如果有附加托架或楔形板，则上述处方剂量还需再除以托架因子或楔形因子。这种计算方法计算繁杂费时，需要由剂量扫描系统提供的PDD和TMR参数，一般没有考虑加用物理楔形板后X线能量硬化的问题，加上手工计算，难免会引起较大的误差。作者试图针对上述问题，建立一种快速、准确的处方剂量计算方法。
1 材料与方法
1.1 测量装置
, 百拇医药
我院加速器是西门子公司的MEVATRON KD-2型机，可产生6MV与18MV两档高能X线。测量时，我们采用卫生部工卫所的RT-100放疗剂量仪及随机配带的水箱模型。该剂量仪测量总不确定性误差<2.5%。
1.2 方法与步骤
在进行测量时，探头置射野中心点。对6MV和18MV X线在100MU照射、10cm×10cm射野、dmax深度处的剂量读数经温度、压力及校准因子修正之后应为100cGy，否则应调整加速器的剂量放大器增益使得加速器输出100MU时，剂量读数修正后为100 cGy。
(1)在固定源皮距100cmSSD、100MU、10cm×10cm，1.5cm深度处(6MVX线的dmax)测量6MVX线的剂量读数，3.2cm深度处(18MVX线的dmax)测量18MVX线的剂量读数D(10×10，dmax)。
, 百拇医药 (2)在固定源皮距100cmSSD、100MU，不同能量、射野(f)、深度(d)及楔形板时分别测量相应的剂量读数D(f,d)。
(3)在等中心100cmSAD、100MU，不同能量、射野(f)、深度(d)及楔形板时分别测量相应的剂量读数D(f,d)。
(4)在100cmSAD、100MU、10cm×10cm，分别于10cm和20cm深度处测量6MV和18MVX线的剂量读数。
1.3 数据的处理
按各种能量、投照方式、楔形板条件下所测得的剂量读数D(f,d)分别除以相应能量在100cmSSD、10cm×10cm，dmax处的剂量读数，我们设其值为P(f,d)。
P(f,d)=D(f,d)/D(10×10,dmax) (1)
, 百拇医药
不妨称P(f,d)为剂量比。它表示加速器在某一能量输出1MU单位剂量时，水模中射野中心某一点处的剂量值。经过分析，可以看出水模中常规照射野中心轴处剂量计算可以用公式表示为：
DT=Dm.P(f,d) (2)
式中：DT为水模中靶点剂量(cGy)；Dm为处方剂量或机器输出量(MU)。
把在100cmSAD、100MU、10cm×10cm，分别于20cm和10cm深度处测量的剂量读数相除得TPR20/10。
2 结果与讨论
通过测定的P(f,d)，我们分别拟合出在一定的能量、投照方式、楔形板条件下的拟合函数P′(f,d)。用P′(f,d)代替P(f,d)，则处方剂量可写为：
, 百拇医药
Dm=DT/P′(f,d) (3)
根据(3)式及等效方野计算公式，我们编写出处方剂量计算程序。该程序采用中文提示的人机对话方式，只要逐个按条件输入能量、投照方式、照射野长宽、靶点深度、是否加托架或楔形板及靶点治疗剂量DT，可立即把DT转换为Dm。该程序运行效果良好(表1)，并且可以储存有关资料及打印治疗计划执行登记单。
表1 6MV X线100MU照射时不同条件下水模中测量剂量与计算剂量的比较
Table 1 Comparison between the dose measured with phantom and the dose calculated for the 6MV x-ray 100MU exposure under different conditions 投照条件d/f
, 百拇医药 5×5
10×10
15×15
25×25
SSD无楔 10
61.5*/60.9** 1.0%***
68.3/68.4 0.2%
72.4/72.5 0.2%
76.5/76.5 0.0%
SAD无楔 3
96.1/95.3 0.8%
, 百拇医药
102.3/102.0 0.3%
105.6/104.4 1.1%
108.6/108.1 0.5%
SAD无楔 5
89.4/89.1 0.3%
96.6/96.4 0.2%
100.5/100.1 0.4%
104.1/103.7 0.4%
SAD无楔 10
72.8/72.5 0.4%
81.3/81.7 -0.5%
, http://www.100md.com
86.2/86.5 -0.3%
91.0/91.4 -0.4%
SD无楔 15
58.7/59.4 -1.2%
67.2/67.4 -0.3%
72.7/72.9 -0.3%
78.3/78.9 -0.8%
SAD15′ 10
50.3/50.3 0.0%
56.0/56.0 0.0%
59.5/59.4 0.2%
, 百拇医药
63.9/63.8 -0.2%
SAD30′ 5
46.6/46.2 1.0%
50.4/51.0 -1.2%
52.7/53.1 -0.7%
56.1/56.3 -0.4%
SAD45′ 5
30.8/30.9 -0.4%
SAD45′ 10
26.5/26.5 0.0%
SAD45′ 15
, 百拇医药
22.4/22.3 0.4%
SAD60′ 10
25.8/26.0 -0.6%
28.9/29.1 -0.7%
30.9/31.1 -0.6%
34.3/33.9 1.0%
*计算值(单位：cGy)，**测量值(单位：cGy)，***表示相对误差。深度d单位cm，射野f单位cm2。
本文中剂量用卫生部工卫所的RT-100剂量仪测量，并经温度、气压校正。
从表1可知，计算值与测量值最大相对误差为1.2%。我们认为误差与测量用的仪器及加速器的剂量监视系统误差有关。但即使如此，仍可满足剂量计算的要求。 表2 不同能量、楔形板时的TPR20/10比较
, 百拇医药
Table 2 Comparison of TPR20/10 in different energy and wedges 能量/楔形板
不加
15′
30′
45′
60′
6MVX SAD
0.654
0.666
0.669
0.692
, 百拇医药
0.687
18MVX SAD
0.772
0.778
0.779
0.788
0.783
从表2可以看出，加用不同的物理楔形板前后TPR20/10发生了明显的变化，这主要是由于加用了物理楔形板后X线中能量较低的部份被楔形板吸收和过滤，从而引起X线能谱高能端的相对提高，即能量硬化，因此TPR20/10提高。如果我们在用手工计算时没有考虑加用物理楔形板引起剂量硬化问题，将会产生相当大的误差。
由于我们的剂量计算系统是以水模为基准的，实际上人体密度与水密度有所区别，因而在射线到达人体中靶点处所经过的路径上应做密度校正；受照射的靶点密度与水的密度也不完全相同，这样质能吸收系数必然不同，计算出的剂量也就不可能完全相同，这些因素在肺、骨骼及空腔组织等更加明显。对此应有充分的注意。
, http://www.100md.com
3 结论
通过引入剂量比的概念，可以建立起以测量不同条件时剂量分布为基础的拟合函数，并用于剂量计算。该方法可快速准确地计算处方剂量，克服由于手工计算时人为的误差及未考虑加用物理楔形板所带来的能量硬化问题，同时对于暂时缺乏剂量扫描系统的放疗单位也可以说是一种解决剂量计算的有效方法。
参考文献
[1] 谷铣之，殷蔚伯，刘泰福等.肿瘤放射治疗学.北京：北京医科大学/中国协和医科大学联合出版，1993∶72-88
[2] 杨开军，刘承勇，任文德.颅脑疾病X刀治疗医学.北京：人民卫生出版社，1997∶124-132
[3] 徐海超，杨天恩.实用放射肿瘤剂量学.原子能出版社，1988∶57-63
(收稿：1997-12-28), 百拇医药
单位：哈晦明 王考锌 陈新佳 石丽婉(厦门市第一医院 放疗科，厦门 361003)
关键词：剂量分布；剂量比
生物医学工程学杂志990130 内容摘要 为根据治疗条件，快速、准确地计算出达到某靶点治疗剂量所需要的处方剂量，利用卫生部工卫所的RT-100放疗剂量仪测量西门子公司MEVATRON KD-2型电子直线加速器X线在水模中特定点的剂量分布，拟合出剂量分布函数P′(f,d)。引入剂量比概念，并编写出中文提示的靶点剂量与处方剂量转换的计算程序。经分别模拟不 同的治疗条件，测量水模中假设靶点的剂量，测量的剂量与计算的剂量相对误差小于1.2%。这表明，利用本方法可以快速准确地实现靶点剂量与处方剂量的转换。
The Establishment of Prescription Dose System for
, 百拇医药
Radiotherapy on Accelerator's X-ray
Ha Huiming
(Xiamen First Hospital, Xiamen 361003)
Abstract This study aimed at how to calculate the prescription dose quickly and accurately. according to the conditions of radiotherapy and the dose of target point. RT-100 Radiotherapy Dosemetre, which was calibrated at the Industrial Health Institute of National Ministry of Health, was used to detect the dose distribution of special points in the phantom. Functions of dose distribution were fitted on the basis of the detected points. The dose ratio was introduced, and the calculation protocol indexed with Chinese for prescription dose was programmed. The doses of assumed points at the phantom which imitated various conditions of radiotherapy were detected. The detected doses were very close to the calculated doses, with the relative error less than 1.2%. It is concluded that dose of target point can be transformed to the prescription dose quickly and accurately with the method of dose ratio.
, 百拇医药
Key words Dose distribution Dose ratio
目前国内多数放疗单位在加速器X线放射治疗的处方剂量计算方面基本上采用手工方法。根据选定的X线能量、靶点深度、照射野及投照方式(SSD/SAD)，选用相应的百分深度量(PDD)或组织最大比(TMR)表格，寻找并用内插法求出相应的PDD或TMR值，然后再找出相应的输出因子，把靶点(通常指一定深度处射野中心点)需要的治疗剂量除以上面的参数即可得出相应的处方剂量。如果有附加托架或楔形板，则上述处方剂量还需再除以托架因子或楔形因子。这种计算方法计算繁杂费时，需要由剂量扫描系统提供的PDD和TMR参数，一般没有考虑加用物理楔形板后X线能量硬化的问题，加上手工计算，难免会引起较大的误差。作者试图针对上述问题，建立一种快速、准确的处方剂量计算方法。
1 材料与方法
1.1 测量装置
, 百拇医药
我院加速器是西门子公司的MEVATRON KD-2型机，可产生6MV与18MV两档高能X线。测量时，我们采用卫生部工卫所的RT-100放疗剂量仪及随机配带的水箱模型。该剂量仪测量总不确定性误差<2.5%。
1.2 方法与步骤
在进行测量时，探头置射野中心点。对6MV和18MV X线在100MU照射、10cm×10cm射野、dmax深度处的剂量读数经温度、压力及校准因子修正之后应为100cGy，否则应调整加速器的剂量放大器增益使得加速器输出100MU时，剂量读数修正后为100 cGy。
(1)在固定源皮距100cmSSD、100MU、10cm×10cm，1.5cm深度处(6MVX线的dmax)测量6MVX线的剂量读数，3.2cm深度处(18MVX线的dmax)测量18MVX线的剂量读数D(10×10，dmax)。
, 百拇医药 (2)在固定源皮距100cmSSD、100MU，不同能量、射野(f)、深度(d)及楔形板时分别测量相应的剂量读数D(f,d)。
(3)在等中心100cmSAD、100MU，不同能量、射野(f)、深度(d)及楔形板时分别测量相应的剂量读数D(f,d)。
(4)在100cmSAD、100MU、10cm×10cm，分别于10cm和20cm深度处测量6MV和18MVX线的剂量读数。
1.3 数据的处理
按各种能量、投照方式、楔形板条件下所测得的剂量读数D(f,d)分别除以相应能量在100cmSSD、10cm×10cm，dmax处的剂量读数，我们设其值为P(f,d)。
P(f,d)=D(f,d)/D(10×10,dmax) (1)
, 百拇医药
不妨称P(f,d)为剂量比。它表示加速器在某一能量输出1MU单位剂量时，水模中射野中心某一点处的剂量值。经过分析，可以看出水模中常规照射野中心轴处剂量计算可以用公式表示为：
DT=Dm.P(f,d) (2)
式中：DT为水模中靶点剂量(cGy)；Dm为处方剂量或机器输出量(MU)。
把在100cmSAD、100MU、10cm×10cm，分别于20cm和10cm深度处测量的剂量读数相除得TPR20/10。
2 结果与讨论
通过测定的P(f,d)，我们分别拟合出在一定的能量、投照方式、楔形板条件下的拟合函数P′(f,d)。用P′(f,d)代替P(f,d)，则处方剂量可写为：
, 百拇医药
Dm=DT/P′(f,d) (3)
根据(3)式及等效方野计算公式，我们编写出处方剂量计算程序。该程序采用中文提示的人机对话方式，只要逐个按条件输入能量、投照方式、照射野长宽、靶点深度、是否加托架或楔形板及靶点治疗剂量DT，可立即把DT转换为Dm。该程序运行效果良好(表1)，并且可以储存有关资料及打印治疗计划执行登记单。
表1 6MV X线100MU照射时不同条件下水模中测量剂量与计算剂量的比较
Table 1 Comparison between the dose measured with phantom and the dose calculated for the 6MV x-ray 100MU exposure under different conditions 投照条件d/f
, 百拇医药 5×5
10×10
15×15
25×25
SSD无楔 10
61.5*/60.9** 1.0%***
68.3/68.4 0.2%
72.4/72.5 0.2%
76.5/76.5 0.0%
SAD无楔 3
96.1/95.3 0.8%
, 百拇医药
102.3/102.0 0.3%
105.6/104.4 1.1%
108.6/108.1 0.5%
SAD无楔 5
89.4/89.1 0.3%
96.6/96.4 0.2%
100.5/100.1 0.4%
104.1/103.7 0.4%
SAD无楔 10
72.8/72.5 0.4%
81.3/81.7 -0.5%
, http://www.100md.com
86.2/86.5 -0.3%
91.0/91.4 -0.4%
SD无楔 15
58.7/59.4 -1.2%
67.2/67.4 -0.3%
72.7/72.9 -0.3%
78.3/78.9 -0.8%
SAD15′ 10
50.3/50.3 0.0%
56.0/56.0 0.0%
59.5/59.4 0.2%
, 百拇医药
63.9/63.8 -0.2%
SAD30′ 5
46.6/46.2 1.0%
50.4/51.0 -1.2%
52.7/53.1 -0.7%
56.1/56.3 -0.4%
SAD45′ 5
30.8/30.9 -0.4%
SAD45′ 10
26.5/26.5 0.0%
SAD45′ 15
, 百拇医药
22.4/22.3 0.4%
SAD60′ 10
25.8/26.0 -0.6%
28.9/29.1 -0.7%
30.9/31.1 -0.6%
34.3/33.9 1.0%
*计算值(单位：cGy)，**测量值(单位：cGy)，***表示相对误差。深度d单位cm，射野f单位cm2。
本文中剂量用卫生部工卫所的RT-100剂量仪测量，并经温度、气压校正。
从表1可知，计算值与测量值最大相对误差为1.2%。我们认为误差与测量用的仪器及加速器的剂量监视系统误差有关。但即使如此，仍可满足剂量计算的要求。 表2 不同能量、楔形板时的TPR20/10比较
, 百拇医药
Table 2 Comparison of TPR20/10 in different energy and wedges 能量/楔形板
不加
15′
30′
45′
60′
6MVX SAD
0.654
0.666
0.669
0.692
, 百拇医药
0.687
18MVX SAD
0.772
0.778
0.779
0.788
0.783
从表2可以看出，加用不同的物理楔形板前后TPR20/10发生了明显的变化，这主要是由于加用了物理楔形板后X线中能量较低的部份被楔形板吸收和过滤，从而引起X线能谱高能端的相对提高，即能量硬化，因此TPR20/10提高。如果我们在用手工计算时没有考虑加用物理楔形板引起剂量硬化问题，将会产生相当大的误差。
由于我们的剂量计算系统是以水模为基准的，实际上人体密度与水密度有所区别，因而在射线到达人体中靶点处所经过的路径上应做密度校正；受照射的靶点密度与水的密度也不完全相同，这样质能吸收系数必然不同，计算出的剂量也就不可能完全相同，这些因素在肺、骨骼及空腔组织等更加明显。对此应有充分的注意。
, http://www.100md.com
3 结论
通过引入剂量比的概念，可以建立起以测量不同条件时剂量分布为基础的拟合函数，并用于剂量计算。该方法可快速准确地计算处方剂量，克服由于手工计算时人为的误差及未考虑加用物理楔形板所带来的能量硬化问题，同时对于暂时缺乏剂量扫描系统的放疗单位也可以说是一种解决剂量计算的有效方法。
参考文献
[1] 谷铣之，殷蔚伯，刘泰福等.肿瘤放射治疗学.北京：北京医科大学/中国协和医科大学联合出版，1993∶72-88
[2] 杨开军，刘承勇，任文德.颅脑疾病X刀治疗医学.北京：人民卫生出版社，1997∶124-132
[3] 徐海超，杨天恩.实用放射肿瘤剂量学.原子能出版社，1988∶57-63
(收稿：1997-12-28), 百拇医药