接上篇：

用于 IMRT 剂量学测量的工具和技术 (一)

II.B. 二维剂量学

虽然点剂量测定允许在各个点进行绝对 IMRT 剂量分布验证，但 IMRT 剂量分布的彻底验证和质量评估需要更高维度的测量。目前用于二维 (2D) 剂量测定的商业选择是射线照相胶片、放射变色胶片、计算机射线照相术、二极管阵列和电离室阵列。

II.B.1. 胶片

II.B.1.a. 卤化银胶片

本节介绍用于 IMRT 验证和质量保证的相关 2D 射线照相胶片剂量测定技术。美国医学物理学家协会 (AAPM) 工作组关于用于兆伏级X射线剂量测定的射线照相胶片工作组的报告全面阐述了射线照相胶片剂量测定的各个方面，我们建议读者参阅本文件以进行更详细的讨论。

尽管 X 光胶片已被证明能够有效地验证体模中的 2D IMRT 剂量分布，但在使用该技术时存在许多重要的考虑因素和潜在的缺陷。其中包括由胶片批次、处理器条件、整个测量剂量分布中的光子束光谱变化以及光密度测量伪影引起的胶片灵敏度变化。在这些变量中，最有可能引起剂量测量误差的是光密度 (OD) 随胶片冲洗机显影温度的变化（TG 69 和 Bogucki 等人）。

在考虑实验复杂性和劳动力以及获得的信息之间的权衡时，射线照相胶片提供了一种有吸引力的测量技术。射线照相胶片剂量测定法便于使用，因为在大多数临床环境中仍然可以使用高质量的自动化胶片处理设备。一般来说，当与适当的密度计相匹配时，胶片是用于 2D 剂量映射的出色工具，因为它具有极高的空间分辨率，颗粒尺寸通常具有微米量级的尺寸。

II.B.1.b. 放射变色胶片

与射线照相胶片不同，放射变色胶片几乎与组织等效，并且不需要处理器来产生对电离辐射的光密度响应。AAPM 工作组 (TG 55) 报告了使用放射变色胶片进行剂量测定的情况。直到最近，使用放射变色胶片的大部分经验都是基于对辐射相对不敏感的 Gafchromic MD-55 和 HS。该胶片的剂量敏感性太低，无法用于常规临床 IMRT 测量。最近，推出了一种高灵敏度放射变色胶片 (Gafchromic EBT)，其 OD 灵敏度类似于柯达 X 射线照相EDR-2 胶片。EBT 胶片的当前制造工艺将辐射敏感层放置在基板内，使得测量的 OD 可以成为胶片方向的强函数。不建议将激光密度计与胶片一起使用，因为此类胶片的晶体结构与以前的胶片相比发生了变化，导致偏振伪影并导致 OD 响应的方向依赖性陡峭。使用新胶片对基于荧光灯的平板扫描仪进行的初步研究取得了可喜的成果。已发表的作品表明，存在三个重要的伪影，可能会限制平板扫描仪上读取 EBT的准确性。第一个影响是胶片旋转效果，它取决于胶片在平板扫描仪床上的方向。第二个涉及扫描仪的均匀性，第三个取决于扫描时扫描仪床的温度。尽管存在这些限制，但对于没有保留或安装放射胶片处理器的医院，放射变色胶片是高空间分辨率 2D 剂量测量的唯一可用替代品。

EBT 胶片的潜在用户应该意识到，放射变色胶片的临床实施带来了与放射胶片不同的额外挑战。目前的 EBT 胶片配方使用吸湿性乳剂，它会在胶片被切割后立即引起灵敏度变化，通常这样做是为了将它们放置在模型中或为感光度测量做准备。一些切割技术会导致更多的剪切，从而导致更大的胶片边缘伪影，因此用户应该开发一种切割技术，以最大限度地减少剪切。

在典型的剂量水平下，像素到像素的测量噪声大于放射治疗中的其他剂量测定技术。对于用于测量光束截面剂量或输出因子的数据，可以增加对胶片的剂量，以使噪声相对较小。当放射变色胶片用于测量低剂量区域的临床 IMRT 剂量分布，或描述半影尾等低剂量特征时，像素到像素的噪声可能会限制测量精度。可以使用像素平均等方法来降低噪声，但应注意确保这些方法不会在测量的剂量中引入误差。与其他胶片方法一样，实验中的所有胶片都应统一处理，例如：存储条件、照射和扫描之间的时间以及扫描仪中的方向。对湿度的敏感性尚未量化，可能是光密度变化的重要原因。

该制造商最近开发了一种新配方并将其作为 EBT-2 销售。制造商声称 EBT-2 的性能比以前的胶片有所改进，但用户应在使用前验证其剂量特性。

II.B.1.c. 密度测定法

处理后，需要扫描胶片以测量其响应。良好的定量结果需要基于传输的光学扫描仪。经过适当校准和特征后，市售的2D光密度计可用于研究 IMRT 剂量分布中的陡峭剂量梯度。出于本报告的目的，我们将扫描仪设计分为两类。共焦点源扫描仪在胶片上平移点源，通常通过平移准直光束与共焦检测器一致（单个源聚焦到检测器，以便逐点进行测量）。这种类型的扫描仪通常具有最差的空间分辨率，束斑直径在 0.25 到 0.8 毫米之间。这些设备的样本间距通常可以在虚拟源大小的一小部分和几厘米之间进行调整。高维扫描仪采用线性或面阵探测器和光源。市售的 2D 扫描仪通常具有由光源和探测器几何形状定义的像素尺寸。这些设备具有更高的空间分辨率，像素尺寸介于 0.34 和 0.042 毫米之间。这些设备的可检测 OD 通常在 0 OD 和 2.5 到 4.0 OD 的上限之间，具体取决于光源和检测器技术。测量应限制在扫描仪制造商指定的OD 动态范围内，以确保结果可靠。

在使用扫描系统进行胶片密度测定之前，应根据 AAPM TG69 的建议检查扫描仪的响应、空间完整性、对图像伪影的敏感性和质量保证协议。重要的是建立一个操作协议，以便一致地测量结果，例如，确保扫描仪达到稳态操作条件。

II.B.1.d. 应用于IMRT射线照相胶片

基于卤化银的射线照相胶片，通常称为射线照相胶片（尽管所有剂量测定胶片实际上都是射线照相的），已广泛用于验证 IMRT 治疗体模计划的相对剂量测定。原则上，此类测量允许验证 IMRT 剂量分布在选定的二维平面（胶片平面）中的适当形状和配准。适当选择胶片平面的方向和位置对于确保测量的剂量对期望的QA功能有用是很重要的。

选择用于剂量测定的胶片类型时要考虑的最重要的量是 OD 对吸收的电离辐射剂量的依赖性，通常称为感光度曲线或特征曲线。有许多射线照相胶片的商业制造商，包括 Agfa、CEA、杜邦、富士、柯达和柯尼卡。这些公司为不同的应用生产各种薄膜。目前在美国，大多数临床胶片剂量测定是使用来自同一制造商的两种胶片进行的：柯达 XV2 和 EDR2 胶片。这些胶片的主要区别在于其特性曲线的形状和胶片的速度。为了在不干扰临床传递过程的情况下测量 IMRT 剂量分布，需要使用胶片精确测量直至最大传递剂量的剂量。对于单个区域的剂量测量，Kodak XV2 或 EDR2 胶片都是有用的。对于整个 IMRT 剂量分布的复合剂量测量，EDR2 薄膜是最合适的，因为它是唯一一种具有在高达 500 cGy 或超过 500 cGy 时保持有用感光斜率的特征曲线的胶片类型。Zhu 等人表明，光敏曲线保持斜率直到 600 cGy，但该点的净 OD 为 3，这可能会导致某些扫描仪出现光密度测量伪影。为了使 EDR2 胶片的 OD 稳定，胶片应在辐照后至少 1 小时进行处理。

放射变色胶片：由于其几乎组织等效的特性和良好匹配的剂量反应，放射变色胶片可用于获得准确的相对剂量分布测量。对于 IMRT 调试，放射变色薄膜可用于获取将用于建模光束半影的光束轮廓。它还可用于测量非常小的场的相对输出因子，并可用于测量基于体模的 IMRT 剂量分布，例如，用于验证治疗计划系统对直线加速器输送参数的编程的剂量分布测量 （“MU输出”）。

尽管放射变色胶片具有几乎线性的 OD 依赖性，但准确的剂量测量仍然需要定制测量的感光曲线。这通常通过将一块放射变色胶片切割成相对较小的片（大约 3 cm × 3 cm）并以不同的剂量照射每片来进行。即使 EBT 胶片几乎与组织等效，校准光束的能量也应与测量能量相同。为了使胶片的 OD 响应稳定，照射后不应少于 1 小时然后扫描胶片。

II.B.1.e. 推荐摘要。

(a) 胶片

① 射线照相胶片

(i) 应使用射线照相胶片的情况：

• (1) 用于相对 IMRT 剂量分布测量。
• (2) 测量将用于模拟 IMRT 光束半影的光束轮廓。
• (3) 用于测量小场的相对输出因子。

(ii) 不应使用射线照相胶片的情况：

• (1) 绝对剂量测量。
• (2) 验证监控单元输出。

(iii) 胶片选择：

• (1) 最常用的两种商业射线照相胶片，柯达EDR2和XV2。胶片的选择应基于胶片平面的预期最大剂量。
• (2) XV2 不应用于测量大于 100 cGy 的剂量。
• (3) EDR2 不应用于测量大于 500 cGy 的剂量。

(iv) 测量协议：

• (1) 每个射线照相胶片实验都应测量感光曲线。
• (2) 感光曲线胶片应与测量胶片同批次选择。
• (3) 感光曲线胶片应与测量胶片同时处理。
• (4) 应遵守AAPM第69号报告建议，用于射线照相胶片和光密度测定。
• (5) 用干净的手或轻质棉手套小心处理胶片。
• (6) 应避免弯曲、拉伸或刮伤胶片。
• (7) 对于 EDR-2，照射后至少等待 1 小时后再进行处理。

② 放射变色胶片

(i) 应使用放射变色膜：

• (1) 用于测量相对剂量分布。
• (2) 用于测量用于模拟 IMRT 射束半影的剂量分布。
• (3) 用于测量小场的相对输出因子。
• (4) 当没有射线底片冲洗机时。

(ii) 不应使用放射变色膜：

• (1) 绝对剂量测量。
• (2) 验证监控单元输出。

(iii) 胶片选择：

• (1) EBT-2 胶片是市售的唯一具有适当感光度的胶片。

(iv) 测量协议：

• (1) 每次放射变色胶片实验都应测量感光曲线。
• (2) 感光曲线胶片应与测量胶片同批次选择。
• (3) 光密度分布应在照射后不早于 1 小时测量。
• (4) 感光曲线和测量胶片应在同一天照射。
• (5) 感光曲线和测量胶片应在同一天扫描。
• (6) 扫描时感光胶片和测量胶片的方向需要与原始方向一致。
• (7) 用干净的手或轻质棉手套小心处理胶片。
• (8) 应避免弯曲、拉伸或刮伤胶片。

II.B.2. 阵列探测器

阵列探测器经过校准可在 2D 平面上产生多个累积吸收剂量读数，代表了可用于常规临床 IMRT QA 的工具的最新且流行的新增功能。它们提供了提高效率的潜力，因为在交叉校准后，它们可用于在单次照射（每束）中提供大量剂量测量，并在交付后立即获得结果。结果的即时性代表了 IMRT QA 的一个有吸引力的特征，因为它有助于有效诊断常见错误源并估计其大小。示例包括叶片校准中的错误以及治疗计划系统的半影和小射野输出因子建模不准确。沿着叶片对轨迹的相关测量差异可用于诊断叶片定位误差。现有阵列探测器的空间分辨率较低（通常>7 mm），这将它们的作用限制在预先委托的 IMRT 技术的常规 QA 中。初始调试应使用更高分辨率的系统（例如胶片）进行，以便对精细剂量分布结构进行更彻底的评估。阵列探测器的另一个限制是，虽然可以独立验证每个光束，但无法获得关于复合射野的 3D 剂量分布，由所有光束叠加产生。如果在单个光束中确定误差，则 3D 分布中所有误差的累积是未知的。可以通过 3D 体模中的平面测量来研究此阶段的显着差异（第二节 B 1）。尽管有这些限制，二维平面探测器阵列由于其便利性和效率而获得了广泛的临床认可.

II.B.2.a. 描述

直到最近，唯一的商用二维二极管阵列检测器采用了n型二极管技术。该设备被称为 Mapcheck（SUN NUCLEAR，墨尔本，佛罗里达州）（图 2）。Mapcheck 包含一个由 445 个可变间距二极管组成的阵列，面积为 22*22 cm 2 。中心10*10 cm 2 和外部区域的二极管间距分别为 7.07 和 14.14 mm。二极管平面具有有效的建成深度为2厘米，背向散射厚度为2.3厘米。每个二极管的物理横截面为0.8 mm 2 。二极管响应在约2.8 Gy时随剂量达到饱和呈线性关系。当瞬时剂量率变化 3 倍时，观察到 2% 的灵敏度变化。通过标准化 IMRT QA 的 SSD 和重复率，可以最大限度地减少由这些变化引起的不确定性。

Mapcheck 通过制造商提供的简单过程进行校准。首先使用静态场的一系列辐照进行相对探测器校准。探测器按照制造商定义的顺序在辐照之间旋转或平移。这确定了每个检测器的相对校准。第二步通过在中心轴上将设备照射到已知剂量来校准 Mapcheck 设备的绝对剂量测定。相对校准非常稳定，出版物表明它可以稳定 6 个月。系统校准随温度变化，约为 0.5%/°C。

电离室阵列探测器也在学术和商业机构中进行开发。最近，Poppe 等人报道了两个商业电离室阵列。这些是由 PTW-Freiburg 设计和制造的。版本 1 和型号 729 的占地面积为 27*27 平方厘米。版本 1 有256 个检测器 (16*16)，而型号 729 有 729 个 (27*27) 电离室，两者都以方形图案排列。版本 1 使用 8 * 8 mm 2 横截面腔室，相邻腔室之间具有 8 mm 水当量材料，以将每个腔室与来自相邻腔室的二次电子通量扰动隔离。729 型采用 5*5 mm2 横截面腔室，相邻腔室之间采用 5 mm 水当量材料。版本 1 和型号 729 的腔室充气高度均为5 毫米。短期和长期（4 个月）的重现性分别为 0.2% 和 1%。线性非常好，从 2 到 500 MU 的剂量小于 0.4%。测得的输出因子与传统的电离室测量结果非常吻合。两个阵列在空间分辨率方面都按预期响应。

II.B.2.b. 应用到 IMRT

Mapcheck 设备用于逐射束验证绝对和相对剂量分布。将设备水平放置在治疗床上并以垂直入射方式照射，其中中心轴指向上方的机架。通常，在设备上放置额外的建成材料，使有效测量平面为5厘米或更深。对于较大的 IMRT 区域，可能需要减少SSD以将射野保持在22 cm 2 有效区域内，同时减少模型治疗计划中使用的SSD的等效模体，或者可能需要在不同位置使用设备进行多次测量。测量剂量点的软件插值在测量深度生成 IMRT 剂量分布的2D等剂量线图。然后用户可以导入计算出的相同射束和深度对应的剂量分布进行比较和分析。

2D 电离室阵列的探测器间距为1*1cm 2 ，因此它们可能无法提供足够高的空间分辨率来提供等剂量分布，但每个探测器点都可以提供定量剂量测量。取决于所使用的剂量分析工具，即使具有这种相对粗的间距，检测器阵列也可以提供用于评估 IMRT 剂量分布的定量方法。需要进一步调查以确定这些阵列对 IMRT QA 的限制。

II.B.2.c. 使用建议

(1) 对预先调试的 IMRT 技术的高效常规 QA 有用。初始调试应使用具有更高空间分辨率的系统（例如胶片）进行。

(2) 校准和使用该设备进行的所有测量，直线加速器剂量重复率应与临床治疗相同。

(3) 设备校准应每月检查一次，或按照制造商或出版文献的规定进行。

(4) 应仔细考虑为评估阵列探测器的结果制定通过/失败验收标准。例如，AAPM 任务组 119 分别使用 3 毫米/3% 的协议距离 (DTA) 和剂量差异标准，当报告机构的平面二极管检波器测量 QA 结果。每个物理师都应确定适合治疗部位、治疗目标和诊所政策的验收标准。

II.B.3. 计算机射线照相

计算机 X 射线照相术（CR）已经有 20 多年的历史，但由于放射肿瘤学部门不再使用胶片处理器，放射肿瘤学作为一种剂量计引起了人们的兴趣。CR 使用存储磷光体来临时记录放射图像。存储磷光体使用钡，这会导致磷光体对低能光子过度响应。此外，虽然这些系统用于放射学，但它们作为定量剂量计的使用仍然存在以下挑战：响应稳定性、阅读器光学散射、对室内光线照射的敏感性以及方向响应变化。CR 技术已通过使用低能滤波器成功地用于兆伏射束相对剂量测定，但如果 CR 用于 IMRT QA，则应小心，因为光子光谱在 IMRT 场中变化很大。CR 技术已成功用于单和复合（轴向平面）兆伏电压束 IMRT 的相对剂量测定，使用低能滤波器，场尺寸小于15*15cm 2 。

III、模体

III.A. 模体类型

III.A.1. IMRT 的模体选择

IMRT 验证过程的体模要求差异很大，适当的体模由测量目的决定。模体通常使用水或水等效塑料制成。当射束垂直于模型表面时，可以使用开放水模型，并且需要在探测器定位方面具有很大的灵活性。通过适当的程序和设计，水当量塑料体模可以支持多个探测器、射线照相胶片和快速有效的设置重现性。这种模型还可以包括异质材料的替代或添加。为了对 IMRT 传输系统进行全面评估，拟人化体模与其他体模结合使用是有用的。

III.A.2. 几何体模

可以容纳电离室和胶片的简单几何体模用于测量单点和平面剂量。由平板组成的立方体模易于设置且准确，并允许在多个深度进行测量。这些板可以是水等效的或用具有代表特定解剖组织的相对电子密度的材料制成。如果体模用相对于剂量计位置准确已知的设置线划线，则设置精度会提高。应考虑在胶片上使用金标标记以相对于体模配准胶片。例如，通过使用不同的水当量材料垫片，修改了 NOMOS 体模以适应 TLD 和多个电离室位置。通过构建外壳以适合矩形体模，体模的使用也从头颈几何扩展到前列腺几何。矩形体模可用于测量单场或复合剂量分布。

圆柱体模具有方便的几何形状，可用于共面复合 IMRT 传输验证，同时允许多个电离室位置。开发了一种新型圆柱体模，将射线照相胶片放置在螺旋槽中，并在体模中心开发了一个电离室，用于断层治疗验证。这种模型的优点是它可以对单张胶片的体积剂量分布进行采样，尽管胶片剂量分析软件供应商没有提供将计算出的剂量分布插值到测量胶片坐标的软件。Tomotherapy, Inc. 提供了另一种圆柱形水当量体模，用于保证Tomotherapy 治疗的质量。还有经过加工的平板体模以接受商业电离室。

III.A.3. 拟人化的模体

III.B. 模体材料

体模应由水当量或已知电子密度材料制成，以便治疗计划系统可以准确计算体模的剂量。大量由水当量材料制成的不同形状的模型已在市场上销售。当使用PMMA、聚苯乙烯等非水当量材料时，临床使用前应进行剂量分布计算算法的验证。使用射线照相胶片时需要额外考虑。光学和紫外光会使胶片曝光，因此模型必须不透光且内部不透明，以防止被切伦科夫辐射曝光。射线照相胶片测量通常在均质体模中进行。最好使用不透光的压缩膜模体，尽管使用纸包装（即装）胶片在没有不透光体模的情况下是可以接受的，只要仔细通风或调整包装以防止气泡和胶片包装被压缩。不建议使用带有 Pb 或其他高原子序数材料的模型。

III.C. 模体特性描述

体模的尺寸应在首次使用前进行验证。IMRT 治疗计划验证必然需要对体模进行 CT 模拟。这些成像数据也应用于检查体模的构造。应特别注意模型材料中的缺陷，例如空隙。剂量计位置应在 CT 扫描研究中确定。这对于拟人体模尤其重要，其中剂量计位置应通过可视化剂量计空隙或用不透射线的虚拟标记代替剂量计来定位。对于所有体模，必须划定较大的剂量计，例如电离室，以计算体积平均剂量。这可以通过对模型进行成像并将治疗计划系统中的检测器体积轮廓化为感兴趣的结构来完成。

- 未完待续 -

译者： 陈子印

哈尔滨医科大学附属第一医院

来源：物理师家园