碳离子治疗计划系统中CT-WEPL校正曲线的测量

碳离子治疗计划系统中CT-WEPL校正曲线的测量

孟万斌祁英段云龙卢小丽

甘肃省武威肿瘤医院甘肃武威733000

摘要：[目的]建立一个CT-WEPL校正曲线，用于碳离子放射治疗计划系统（ciPlan）。[方法]使用几个组织等效材料测量WEPL系数，在这些数据基础上，根据分布拟合出CT-WEPL校正曲线。[结果]通过实验测得CT-WEPL=1.075×10-3CT+1.068（CT<-85）；CT-WEPL=4.247×10-4CT+1.014（CT≧-85）[讨论]在实验基础上，CT值与WEPL系数之间没有固定通用的曲线，对于特定的CT机，应该建立一个专用的CT-WEPL校正曲线。

关键词：重离子；Bragg峰；CT-WEPL；

1介绍

重离子治疗技术是目前国际公认的、最先进的放疗技术，由于其存在bragg峰，这种独特的物理特性，使其在对实体肿瘤进行强有力的照射时，同时避开正常组织照射，从而实现疗效的最大化）[3][4]，这一方法的重点是通过实验测量并建立CT-WEPL校准曲线，最终测量结果可以输入重离子计划系统，为计划系统的剂量优化提供可靠依据。在GSI，目前ct-wepl系数校准曲线是通过测量组织等效材料[5--7]。

2材料及方法

2.1使用设备

甘肃重离子医院重离子加速器2号治疗室水平治疗终端（由中国科学院近代物理研究所研制的国内首台用于放疗的重离子加速器），ciPlan碳离子治疗计划系统（由中国科学院近代物理研究所与上海大图医疗科技有限公司共同开发的国内首套重离子放射治疗计划系统），三维水箱（MP3-P，PTW，德国）、两个电离室（PTW，德国）、tbaScan（PTW，德国）软件，放疗专用大孔径CT（SOMATOMDefinitionAS，西门子，德国）。

2.2样本制备

这项实验中，液体选择酒精、花生油、水和饱和盐水被选择作为组织的替代品，主要是因为它们的成分接近人体。组织部分选择了新鲜的猪肝、肾、肺和脂肪组织，骨头选择密度比较高的牛骨。取样容器为T75细胞培养瓶，瓶身采用聚苯乙烯制成，瓶内两壁间距为30.4mm，即样本厚度。

2.3CT扫描

将制作好的样本进行CT扫描，管电压120KV，层厚1.25mm，扫描方向垂直于样本的最大表面，与离子束入射方向一致，每个样品都独立扫描，将扫描图像传送至ciPlan重离子计划系统，测量各样本的CT值。

2.4测量

本次实验使用甘肃重离子医院重离子加速器2号治疗室水平治疗终端，束流能量为330MeV/u，采用均匀扫描模式，实验装置如图2所示，使用多叶光栅将射野范围调整为1cm×1cm大小的正方形，测量样本放置于三维水箱前方，另平行放置两个电离室，参考电离室放置于样品前方，测量bragg峰位的电离室放置于水箱内部。这些装置都摆放于治疗床上，所有样本摆放方向与CT扫描方向保持一致。测量时，水箱中的电离室沿射束方向移动，测量精度为1mm，为节约时间，只测量bragg峰区剂量分布。

3结果

将CT图像输入ciPlan系统，分析每个样本的CT值分布范围，因为CT值在样本的边缘部分呈现很大的变化，因此，CT值只统计所有样本中心区域约50×50像素的区域（约1cm×1cm）。

4讨论

这项研究的准确性受许多因素可能影响。由于测量电离室的移动步长为0.1mm，因此，深度测量碳离子束的Bragg峰位置只能达到这一精度；由于定位误差引起的样品容器的方向与射束方向的偏差，会导致测距误差；新鲜组织样本制作时，会有一些气泡夹杂在容器里，导致CT值与CT-WEPL系数有一定误差。

图6是这次实验的测量结果与IMP[8]（中国科学院近代物理研究所）、日本群马大学重离子医学中心的对比，曲线前半部分与两者都可以很好的吻合，后半部分有一点偏差。分析原因可能是由于CT机之间存在差异，不同的CT机扫描相同的材料可能产生不同的CT值分布[9-11]，许多因素可能会影响CT值，例如CT的设定参数（管电压、管电流、扫描层厚等）、样本几何尺寸、样本CT值统计范围等。因此，在实验的基础上，CT值与WEPL系数之间是没有固定通用关系的。由于CT值与WEPL系数之间的相关性直接影响TPS中剂量优化和剂量分布，因此，对于特定的CT机，应该建立一个专用的CT-WEPL校正曲线。相关因素还在进一步研究当中。

参考文献：

[1]ChenG，SinghR，CastroJetal.Radiat.Oncol.Biol.Phys.，1979，5：1809-1819

[2]MustafaA，JacksonD.Phys.Med.Biol.，1983，28：169-176

[3]M.Kr?mer，O.J?kel，T.Haberer，etal.，Phys.Med.Biol.，45（2000）3299.

[4]E.Rietzel，D.Schardt，T.Haberer，RadiationOncology，2（2007）14.

[5]J?kelO，JacobC，SchardtDetal.Med.Phys.，2001，28：701-703

[6]Gei?O，SchardtD，VossBetal.InGSIScientificReport1997，GSI.Darmstadt.1998，133

[7]RietzelE，SchardtDandHabererT.Radiat.Oncol.，2007.2：14

[8]HEPeng-Bo，LIQiang，LIUXin-Guoetal.ChinesePhysicsC2012，36（10）：954–957

[9]PrasadSCGlasgowGP，PurdyJA.Radiology，1979，130：777-781

[10]BattistaJJ，BronskillMJ.Phys.Med.Biol.，1981，26：81-99

[11]McCulloughEC，HolmesTW.Med.Phys.，1985，12：237-242