(费振乐)呼吸运动对精确放疗剂量分布的影响研究

二、国内外研究现状
国内研究现状
➢研究方法：CT+直线加速器+四维运动平台+二维半 导体剂量仪； 结论三：
✓呼吸运动降低靶区适形度，3DCRT的γ通过率平均值均 大于动态IMRT，对3DCRT剂量分布的影响主要集中 在靶区周边,对动态IMRT的影响分布于整个靶区。 (阮长利等，模拟呼吸运动对肿瘤三维技术放疗的剂量 分布影响[J],中华放射肿瘤学杂志. 2014年，）
绝对剂量相对误差表
所有标注黄色的电离室总数是135个，绝对剂量相对误差之和是-0.254，平均每个电离室绝对剂 量相对误差百分数是-0.1881%。
2）不同呼吸幅度绝对剂量误差
F1
F2
F3
F4
F5
总
2mm 0.3106% -1.2421% 0.0523% 0.7420%
0.1456%
5mm 0.4429% 0.8125% 0.0959% 1.7414% 0.7629% 1.6679%
呼吸运动对3DCRT影响 费振乐
呼吸运动对IMRT影响 费振乐
二、国内外研究现状
国内研究现状
➢ 研究方法：伽马刀+呼吸运动模拟机+胶片； 结论：呼吸运动幅度越大, 剂量分布面积越大, 射野最大剂量值越小。
(2007年，梁 军，呼吸运动对胸腹部肿瘤照射剂量分布的影响[J]，医械临床)
二、国内外研究现状
结论：
➢ 呼吸运动对靶区内的剂量分布影响较小，主要影响运动方向边缘， 使边缘剂量偏高；
➢ 靶区外剂量相比计划偏高较多是影响整个射野靶区剂量分布通过率 的主要因ห้องสมุดไป่ตู้；
➢ 在运动方向边缘的正常组织实际接受的照射剂量高于计划中评估的 剂量。
2）不同呼吸运动幅度下射野的剂量分布通过率
分析：
➢ 51个射野在呼吸运动2mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm的 平均通过率分别为：95.85%、95.15%、93.84%、92.56%、 85.68%、75.48%。
➢ 呼吸运动对靶区剂量分布的影响具体数值？
二、国内外研究现状
国内研究现状
➢研究方法：CT+直线加速器+四维运动平台+二维半 导体剂量仪； 结论一：
✓头脚方向的运动振幅是呼吸运动影响剂量分布的因素； (2009年，张丹丹，呼吸运动对靶区受照剂量分布影响 的研究，北京协和医学院研究生院硕士毕业论文.)
10mm 0.1076% -0.2080% -0.3350% -0.2320%
-0.1881%
总结分析： ✓ 呼吸运动下，计划分次实施与一次性实施处方剂量的绝对剂量
误差很小，在允许误差范围内； ✓ 呼吸运动起始点的不确定性不影响对剂量实施的绝对剂量误差。
（3）不同呼吸运动幅度单个射野及射野累加的剂量通过率分析
分析参数设置
（2）不同呼吸幅度下单次200cgy实施30次与一次性实施 6000cgy绝对剂量误差分析（以下举例：10mm呼吸运动幅度）
200cgy实施30次的剂量分布图
通过率
冷热点分布
一次性实施6000cgy的剂量分布图
GAMMA值
1）绝对剂量的相对误差
200cgy30次叠加的绝对计量表
一次实施6000cgy的绝对计量表
二、国内外研究现状
国外研究现状
➢ 研究方法二：直线加速器+运动模体正弦运动+胶片 结论：当模体2cm头脚方向正弦运动时静态调强计划的射野剂量
分布，高于50%的等剂量曲线在运动时会内缩，而低剂量的曲线会在 运动的方向上外扩。（2005年，D’Souza 等，Real-time intra-fractionmotion tracking using thet reatment couch:a feasibility study[J].Phys.Med.Biol.2005,50:4021-4033）
五、总结
利用直线加速器、二维矩阵和呼吸运动仪采集了10例肺癌患者静态调强 放疗不同呼吸运动幅度下的剂量分布数据。 ➢ 计划分次实施与一次性实施处方剂量的绝对剂量误差很小，呼吸运动
起始点的不确定性不影响对剂量实施的绝对剂量误差； ➢ 呼吸运动对靶区内的剂量分布影响较小，主要影响运动方向边缘，使
边缘剂量偏高；
图中，实线是静止时的等剂量线,而 虚线是振幅2cm正弦运动模体的等 剂量线。
三、研究内容
1、二维矩阵采集10例肺癌患者静态调强放疗不同呼吸运动 幅度靶区实际受照剂量； 2、呼吸运动下计划分次实施与一次性实施处方剂量的绝对 剂量误差分析； 3、分析每个呼吸运动幅度单个射野与单个射野累加的剂量 通过率、剂量分布特点。
1）10mm呼吸运动幅度实测剂量分布与计划剂量分布比较结果
实测剂量分布 计划剂量分布
通过率
冷热点分布
GAMMA值
10mm呼吸运动幅度实测绝对剂量表
计划绝对剂量表
10mm呼吸运动幅度绝对剂量与计划绝对剂量相对误差表
表中黄色是计划靶区区域；红色是因呼吸运动形成的计划靶区外的热点。
分析：
➢ 参与通过率计算的电离室（黄色加红色）共135个，绝对剂量相对 误差之和是42.547，平均每个电离室绝对剂量相对误差百分数是 31.52%；
二、国内外研究现状
国内研究现状
➢研究方法：CT+直线加速器+四维运动平台+二维半 导体剂量仪； 结论二：
✓运动范围＞ 3mm的肿瘤照射野的单次治疗剂量分布误 差均超过允许范围，尤其是射野边沿。经20-30 次治 疗后，运动范围≤5mm 的肿瘤照射野的剂量分布的通 过率均＞95%，＞5mm 的肿瘤照射野的剂量分布误差 均超过允许范围；（2011年，肖锋等，呼吸运动对肺 癌动态调强放疗剂量分布的影响[J]，放射治疗.）
➢ 计划靶区内共有119个电离室，绝对剂量相对误差之和是5.912， 平均每个电离室绝对剂量相对误差百分数是4.97%。
8mm GAMMA值
6mm GAMMA值
5mm GAMMA值
4mm GAMMA值
2mm GAMMA值
从上图不同呼吸幅度GAMMA值分布可看出，其他呼吸幅度下的射野剂量分布与 10mm呼吸运动幅度下的剂量分布相比，热点也是集中在呼吸运动方向靶区边缘 处，但热点较少。
四、研究方法
3、数据采集
（1）呼吸运动仪
模拟呼吸运动仪
最大呼吸运动幅度为20mm，载重20Kg，精确性和稳定性满足实验需求。
软件控制下的呼吸运动波形（正弦波）
控制头脚实现呼吸运动幅度：10mm、8mm、6mm、5mm、4mm、2mm； 频率：20次/分钟。
（2）实验过程 ➢ 连接PTW二维矩阵相关部件； ➢ 实验模体摆放； ➢ 呼吸运动仪起始点选择，运行呼吸运动仪控制软件，模拟不同呼 吸运动幅度; ➢ PTW二维矩阵在呼吸运动起始点为任意点时开始采集数据。
四、研究方法
1、验证模体
➢ 建立QA验证模体； ➢ CT扫描得到患者图像； ➢ 制作患者IMRT计划（或3DCRT）移植到QA 验证模体； ➢ 输出验证模体的等中心层面剂量作为计划参考剂量。
验证模体横断面
四、研究方法
2、数据采集前的剂量学验证
➢ 加速器剂量校准； ➢ 测试呼吸运动仪是否对剂量有影响（实测证实无影响）； ➢ 0.6cc电离室绝对剂量校准二维矩阵电离室。
国外研究现状
➢ 研究方法一：直线加速器+一维运动模体+二维半导体； 结论：单个分次的剂量分布与期望值有很大的差别，
单个射野单次可能出现30%的剂量分布误差，单个分次 的五个射野合成剂量的最大误差也达到了18%。
（jiang等，An experimental investigation on intra- fraetional organ motion effeets in lung IMRT treatments.Phys.Med.Biol.2003,48:17731784.）
➢ 呼吸运动幅度 ≤6mm的肿瘤照射也的剂量分布通过率>90%，满足临 床剂量验证需求；≥8mm 的剂量分布通过率超出允许范围。
结论：
➢ 随着呼吸运动幅度的增加，射野剂量分布通过率逐渐变小；
➢ ≤6mm时，射野剂量分布通过率相差较小，且能满足临床剂量验证需求； ➢ ≥8mm 时，随着呼吸幅度的增加，射野剂量分布通过率相差逐渐变大。
实验模体摆放图
四、研究方法
4、数据分析
（1）分析方法
➢ Verisoft 软件； ➢ GAMMA误差分析法，分析参数设
置如下图所示； ➢ 剂量误差≤3%、距离误差≤3mm； ➢ Gamma(rm) ≤1，则此点的偏差
在可接受的范围内；Gamma(rm) >1，则此点的偏差超出可接受的范 围，通过的测量点数占有效测量点 数≥90.0%表示剂量分布验证通过。
二、国内外研究现状
国内研究现状
➢研究方法：CT+直线加速器+四维运动平台+二维半 导体剂量仪； 结论三：
✓呼吸运动降低靶区适形度，3DCRT的γ通过率平均值均 大于动态IMRT，对3DCRT剂量分布的影响主要集中 在靶区周边,对动态IMRT的影响分布于整个靶区。
(费振乐等，模拟呼吸运动对三维放疗剂量分布影响[J],中 华放射肿瘤学杂志. 2012年Vol21.No6,554-556）
➢ 靶区外剂量相比计划偏高较多是影响整个射野靶区剂量分布通过率的 主要因素；
➢ 在运动方向边缘的正常组织实际接受的照射剂量高于计划中评估的剂 量；
➢ 随着呼吸运动幅度的增加，射野剂量分布通过率逐渐变小；≤6mm 时，射野剂量分布通过率相差较小，且能满足临床剂量验证需求； ≥8mm 时，随着呼吸幅度的增加，剂量分布r通过率逐渐变差。
费振乐 中国解放军第一0五医院肿瘤诊疗中心
目录
一、研究背景 二、国内外研究现状 三、研究内容 四、研究方法及结果分析 五、总结