随着放射治疗理念、医疗设备、计算机影像技术的快速发展，调强放射治疗（intensity - modulated radiation therapy，IMRT）技术越来越普遍地应用到肿瘤患者的放射治疗中。相对于通过楔形板或低熔点铅制成的射野挡块达到所需剂量分布的传统外照射技术，IMRT 技术以更高的调制自由度实现了对治疗靶区的高剂量和高适形度照射，同时又更好地保护了周边危及器官（organ at risk，OAR）^[1-2]。IMRT 的实现方式可以分为固定野调强和旋转机架调强两大类。固定野调强包括静态子野调强、动态滑窗调强和补偿器等方法。旋转机架调强包括螺旋断层调强（tomotherapy，TOMO）^[3] 和容积旋转调强（volumetric modulated arc therapy，VMAT）。目前，我国大陆地区有能力开展固定野IMRT、VMAT 和 TOMO 技术的放疗单位逐渐增多，进一步提高了我国现代放疗技术水平 ^[3-5]。作为放射治疗设备管理的重要组成部分，医用直线加速器的验收是确保放射治疗设备质量和安全的核心环节 ^[6-8]。2009 年，美国医学物理师学会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）第 119 号工作组（TG119）^[9] 提出了 1 套在临床常规治疗中采用具有代表性的特定测试病例，模拟从简单到复杂模式的治疗过程以及从计划设计到计划实施的剂量验证方法，最终通过比较实际测量结果与治疗计划系统（teatment planning system，TPS）计算结果总体测试了由剂量计算精度、计划实施精度和测量不确定性等综合因素影响的整个 IMRT 系统的实施精度，用以评估 IMRT 治疗计划和实施的总体精确度，并引入了置信度量化测量值与计算值间的差异程度。如差异在合理的置信度内，则认为结果是可以被临床接受的，IMRT 系统的整体实施精度是可以信任的，反之则认为该 IMRT 系统从计划到实施并不理想，应该对潜在原因进行调查和改进。这项研究不仅为放射物理师的质量保证（quality assurance，QA）工作提供了较有参考意义的基准数据，也为一些已开展放疗或即将开展放疗的单位提供了 1 种测试方法，使其可针对自身 IMRT 系统的整体实施精度进行评价，并与AAPM TG119 发布的结果进行比较，从而建立开展 IMRT 技术和 VMAT 技术临床工作的信心。因此，本研究基于 AAPM TG119 报告提供的测试方法和测试病例，评估我院搬迁的医科达医用直线加速器和医科达 Monaco 系统是否能提供与使用 AAPM TG119 为度量标准质量相当的计划。

1  对象与方法

1.1  研究对象

从 AAPM 官网（http://www.aapm.org/pubs/tg119/default.asp）下载 4 组 DICOM-RT 图像和结构集，分别为：模拟前列腺结构、模拟头颈部肿瘤结构、C 形结构、多靶区结构。

1.2  方法

以医科达 Monaco6.0 的计划系统进行计划设计，采用医科达 Versa HD 医用直线加速器进行放射治疗， 采用德国 IBA 公司 的 MatriXX 和 Compass 验证剂量的准确性。为使计划质量具有可比性，使用与 AAPM TG119 相同的处方和剂量限制要求。其中多靶区结构、模拟前列腺结构、模拟头颈部肿瘤结构、C 形结构固定野计划与 AAPM TG119 报告一致。VMAT 计划采用 1 ~ 2 个弧。所有计划均采用计算网格 3 mm×3 mm×3 mm，不确定度为 1%。其中，固定野 IMRT 计划为每个角度 30 个子野，VMAT计划每个弧 200 个子野。

1.3  剂量验证

1.3.1  点剂量测量

使用小体积电离室分别测量所有测试计划靶区中心的高剂量区和OAR官处的低剂量区的点剂量。剂量偏差 DD 计算方法如式（1）所示。

其中，D_measured 为测量剂量，D_plan 为计算剂量，D_prescription 为处方剂量。

1.3.2  面剂量测量

对所有测试病例的固定野 IMRT 计划进行单一角度合成平面剂量验证。AAPM TG119 对于测量结果的评估中，由于 3%/3 mm 的 γ 评估标准已不能满足 2018 年 AAPM TG218 号报告的评估标准 ^[10]，因此本研究采用 AAPM TG218 号报告提出的阈值3%/2 mm 进行绝对值 γ 分析。

1.3.3  三维体积剂量验证

对所有测试病例的 VMAT 计划进行三维体积剂量验证。采用 AAPM TG218 报告 ^[10] 提出的建议，进行绝对值 γ 分析。

1.4  数据分析

所有计划在执行完毕后，进行数据汇总和统计分析，并完成该病例的计划模板设计工作。计划质量评价指标包括靶区剂量、靶区适形指数（conformity index，CI）、均匀指数（heterogeneity index，HI）、OAR 受量、 机器跳数和置信度， 计算方法如（2）~（5）所示。

其中，PTV 为计划靶区，PTV_100% 为处方剂量所包绕的计划靶区体积，V_100％为处方剂量线所包绕的体积；D_2%、D_98% 和 D_50% 分别为靶区的 2%、98％和 50％体积接受到的照射剂量；Mean 为点剂量的误差均值，γ_Mean 为 γ 通过率的平均值，SD 为标准差。

2  结果

2.1  不同靶区剂量比较结果

前列腺、头颈部、C 形靶区和多中心靶区的IMRT 和 VMAT 计划剂量与 AAPM TG119 治疗计划剂量学指标接近，见表 1。

表 1 不同靶区 IMRT 和 VMAT 计划的剂量值比较

注：IMRT 为调强放射治疗，VMAT 容积旋转调强，PTV为计划靶区

2.2  不同靶区 IMRT 和 VMAT 计划剂量学指标比较

IMRT 和 VMAT 中 各 PTV 的 CI、HI、机器跳数数值接近，见表 2。

表 2 不同靶区 IMRT 和 VMAT 剂量指标比较

注：CI 适形指数，HI 为均匀性指数，IMRT 为调强放射治疗，VMAT 容积旋转调强，PTV 为计划靶区

2.3  不同靶区剂量验证

IMRT 和 VMAT 所有计划 γ 通过率均 > 95%，见表 3。

表 3 不同靶区 IMRT 和 VMAT 剂量验证（%）

注：IMRT 为调强放射治疗，VMAT 容积旋转调强

2.4  IMRT 和 VMAT 置信度比较

IMRT 和 VMAT 点剂量的置信度均达到了AAPM TG119 报告要求，平面剂量和三维剂量的置信度均高于 AAPM TG119 报告要求，见表 4。

表 4  IMRT 及 VMAT 计划置信度比较

注：IMRT 为调强放射治疗，VMAT 容积旋转调强

3  讨论

放疗计划的设计和优化是 1 个复杂过程，必须满足严格的约束条件。IMRT 较常规放射治疗，既提高了靶区剂量及均匀性，又降低了 OAR 的受照剂量，但计划优化方案制作耗时长、照射野的强度优化复杂 ^[11]。VMAT 是在常规调强的基础上将机架运动速度、照射剂量率及准直器的角度都纳入计划优化的条件，增加治疗的自由度 ^[12]。IMRT 技术复杂性较高，在治疗过程中涉及多种动态变化参数，增加了放射治疗的不确定性。在设计 IMRT 治疗计划时，TPS 计算模型在建模过程中 MLC 叶片的端效应和凹凸槽效应、准直器 /MLC 的透射因子和半影、补偿器系统（散射、射线硬化效应）、小野输出因子、治疗头的散射和射野离轴比、计算网格的选择和组织非均匀性校正等会直接影响计算模型的剂量学精度，同时 MLC 叶片的位置误差和运动速度、机架旋转的稳定性、治疗床的运动精度和束流的稳定性（平坦度、对称性、输出因子、剂量率、小跳数的子野）等均会影响患者的放射治疗效果 ^[13-14]。因此，在 IMRT技术投入临床使用前或日常运行中，设备的质量管理应该引起足够重视，如治疗计划系统、治疗设备的验收测试，以及全面的 IMRT 系统 QA 方案的制定和实施，以确保患者剂量验证时计算剂量和测量剂量可达到良好的一致性 ^[15]。AAPM TG119 报告提供了较详细的质量验收方式，新增的医用直线加速器项目确保其系统的准确性有重要的指导意义。本研究通过对比 AAPM TG119 报告验收新增的加速项目，确保了医用直线加速器临床使用的准确性。

本研究结果显示，前列腺、头颈、C 形靶区、多靶区 4 个测试病例的 IMRT 和 VMAT PTV 剂量基本满足 AAPM TG119 报告中相应的多机构测试要求，IMRT/TG119 及 VMAT/TG119 比值接近 1；OAR剂量满足剂量目标，部分 OAR 剂量优于 TG119 报告中相应的多机构测试结果；所有计划 γ 通过率均满足 AAPM TG218 号报告提出的 3%/2 mm 评估标准；IMRT 和 VMAT 计划结果相当，VMAT 计划跳数略小于 IMRT 计划；置信度均接近或高于 AAPMTG119 报告的置信度要求。

但本研究存在一定的局限性：（1）测试病例未能覆盖临床大部分的简单和复杂病例；（2）本研究为单中心研究，计划设计过程中依赖物理师的临床经验，计划和测量过程可能存在误差，需要通过多次计划或测量减少误差。

综上所述，Monaco 系统提供的 IMRT 技术和VMAT 技术能够设计出与 AAPM TG119 为标准的IMRT 计划质量相当的计划。我院 Monaco 计划系统的 IMRT 计划和 VMAT 计划均能满足临床计划要求。

【参考文献】  

［1］程燕铭，丘贺金，游鸿强，等 . 调强放疗计划验证 γ 通过率的参考范围 [J]. 医疗装备，2021，34（7）：1-4.

［2］Wolff D, Stieler F, Welzel G, et al. Volumetric modulated arc therapy (VMAT) vs. serial tomotherapy, step-and shoot IMRT and 3D-conformal RT for treatmentofprostate cancer[J]. Radiother Oncol, 2009, 93(2): 226-233.

［3］张烨，易俊林，姜威，等 . 2019 年中国大陆地区放疗人员和设备基本情况调查研究 [J]. 中国肿瘤，2020，29（5）：321-326.

［4］郞锦义，王培，吴大可，等 . 2015 年中国大陆放疗基本情况调查研究 [J]. 中华放射肿瘤学杂志，2016，25（6）：541-545.

［5］Ezzell GA, Galvin JM, Low D, et al. AAPM REPORT: Guidance document on delivery, treatment planning, and clinical implementation of IMRT: Report of the IMRT subcommittee of the AAPM radiation therapy committee[J]. Med Phys, 2003, 30(8): 2089-2115.

［6］马栋，田静，杨丽 . 放射治疗设备的质量管控研究 [J]. 中国设备工程， 2024（9）：211-213.

［7］Klausner G, Blais E, Martin FC, et al. Bunker construction to patient treatment:quality controls applied to modern radiotherapy techniques[J]. Cancer Radiother, 2019, 23(3): 248-254.

［8］王海洋，解传滨，戴相昆，等 . 基于雷泰医疗多模态智能直线加速器 VenusX 的验收测试 [J]. 中国医疗设备， 2021， 36（4）：65-69.

［9］Ezzell GA, Burmeister JW, Dogan N, et al. IMRT commissioning: multiple institution planningand dosimetry comparisons, a report from AAPM Task Group 119[J]. Med Phys, 2009, 36(11): 5359-5373.

［10］郭伟，毛荣虎，李兵，等 . 基于AAPM-TG218报告对调强放疗计划剂量验证容差和干预限值的初步研究 [J]. 中华放射肿瘤学杂志， 2021， 30（8）：817-821.

［11］Tham IW, Hee SW, Yeo RM, et al. Treatment of nasopharyngeal carcinoma using intensity-modulated radiotherapy-The National Cancer Centre Singapore experience[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2009, 75(5): 1481-1486.

［12］Bertelsen A, Hansen CR, Johansen J, et al. Single arc volumetric modulated arc therapy of head and neck cancer[J]. Radiother Oncol, 2010, 95(2): 142-148.

［13］LoSasso T, Chui CS, Ling CC. Comprehensive quality assurance for the delivery of intensity modulated radiotherapy with a multileaf colli- mator used in the dynamic mode[J]. Med Phys, 2001, 28(11): 2209-2219.

［14］Alber M, Broggi C, De Wagter C, et al. Guidelines for the verification of IMRT. ESTRO booklet, 2008.

［15］Ibbott GS, Followill DS, Molineu HA, et al. Challenges in credentialing institutions and participants in advanced technology multi-institutionalclinicaltrials[J]. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2008, 71(S1): S71-S75.

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