基于生物等效剂量的大剂量分割调强放射治疗质量保证方法研究

In recent years, the use of high-dose segmentation based on IMRT and IGRT technology has rapidly developed in clinical practice. For hypofractionated IMRT, the target dose distribution is highly conformal, and the surrounding normal tissue dose drops rapidly, which results in significantly higher dose accuracy requirements than traditional IMRT radiotherapy. For hypofractionated IMRT, the fractional doses in the target area and surrounding organs are different, and the biological doses of the various tissue structures are not completely equal to the physical dose. Therefore, only the quality control of the physical dose can not meet the clinical needs, and more attention should be paid to the biological equivalent dose error for the OAR adjacent to the target area. In prophase studies, we have demonstrated the importance of 3D volume physical dose verification for IMRT dose verification and have developed a log file based 3D dose verification software. This topic intends to combine the 3D verification software system with the fractional CBCT to explore the quality assurance technique based on the biological equivalent dose of the hypofractionated IMRT, and evaluates the biological dose volume in different types of hypofractionated IMRT, assesses the composition and weight of the error factors for the hypofractionated IMRT plan, determines the QA criterion based on the new verification method, and establishes a dependable QA method.

近年来，基于IMRT和IGRT技术使用大剂量分割在临床应用迅速发展起来。对大剂量分割IMRT，靶区剂量分布高度适形，周边正常组织剂量快速跌落，导致其对剂量准确度的要求也明显高于传统IMRT放疗。而对于大剂量IMRT，靶区内和周围器官分次剂量不相同使受到照射的各个组织结构生物剂量不完全与物理剂量成相同比例。因此，仅做到物理剂量的误差质控是不能满足临床需求的，同时应更加关注靶区邻近的OAR的生物等效剂量误差。在前期研究中，我们已经证实三维体积物理剂量验证对IMRT剂量验证的重要性，并已开发了一种基于日志文件的三维剂量验证软件。本项目拟将前期开发的3D验证软件系统与治疗间CBCT相结合，探索基于生物等效剂量的治疗间大分割调强放射治疗质量保证技术，评估对不同类型大剂量分割IMRT中生物剂量体积的误差因素组成和权重，确定依据新的验证方法进行大剂量分割IMRT计划的质控规范，建立完善可靠的QA方法。

大剂量分割IMRT技术在放射治疗中的应用占比越来越高，使得靶区剂量分布高度适形以及周边正常组织剂量快速跌落，导致其对剂量准确度的要求也明显高于常规IMRT放疗。由于靶区和正常组织α/β数值不同，且靶区内和周围器官分次内剂量差异很大，使得受照射的各个组织结构生物等效剂量与物理剂量不完全成相同比例。. 本项目拟开发了一套基于生物等效剂量三维验证系统软件，能提供靶区和正常组织的生物等效剂量体积参数，评估靶区和周边正常器官是否存在超出临床限值的风险，与现有质控方法取长补短，来完善大剂量分割IMRT QA流程和评估方法。本项目完成原定的计划内容，并取得了一系列的研究成果，具体如下：①搭建了基于日志文件和在线图像实时跟踪患者体内的剂量变化的质控工作流程，评估摆位偏差对3D生物等效剂量评估的影响；②基于质控软件平台提供一种快速日志文件分析的质量保证模块，将实时监测和分析日志文件中各类机械参数，综合评估各子野通量通过率，将繁琐的机器日志数据进行量化和可视化；③回溯以往计划验证结果，利用平台转换为生物等效体积剂量结果，提示模体测量加ϒ通过率方法无法预测EQD2-体积剂量超出临床限值的情况，且对单中心多靶点计划应当注意旋转偏差对各个靶点处方剂量覆盖率的影响；④评估盆腔大剂量分割IMRT骨盆骨髓生物等效体积剂量与放射性血液反应的统计关联性，结果显示白细胞计算值的相对变化值与骨盆骨髓V EQD2-5Gy、中性粒细胞计数的绝对变化值与骨盆骨髓V EQD2-30Gy和V EQD2-40Gy都存在中度相关性（R>0.5且P<0.0.5）；⑤针对大剂量分割调强计划三维剂量软件验证结果离不开高精度的模体测量复核，本项目还开发了仿真质控模体和常规治疗机多功能质控工具，可以实现放射治疗各个步骤端对端（End to End）的测试，定量分析整个放疗过程中的偏差。. 综上，本研究的成果打破以往模体验证技术对治疗误差不敏感的短板，更加完善现有质控体系，将会成为未来大剂量分割放疗流程中不可或缺的质控好帮手，具有较好的前瞻性和产品应用前景。