当前, 放疗已经是治疗癌症的最重要的手段之一, 虽然出现了各种新的放疗技术, 包括三维适形放疗、三维调强适形放射治疗(IMRT)等, 但是仍然有许多患者需要进行常规放疗。开展新的放疗技术时, 都有各自的治疗计划, 进行剂量分布的计算。但在常规放射治疗中, 有部分没有经过治疗计划的设计过程, 因此没有计算机的剂量计算结果。这种情况下, 计算病人的受照射剂量时, 也需要考虑很多因素, 查阅很多数据表格, 很多医院都是采用手工计算。采用手工计算时, 工作量很大, 错误率很高。当今, 计算机已经非常普及, 笔者利用所学的计算机编程知识, 开发了一个常规剂量计算软件。

1 常规放射治疗剂量计算的方法

放射治疗常规照射主要有三种技术:源皮距照射(SSD)、等中心照射(SAD)和旋转照射(ROT)。SSD照射技术, 一般用百分深度剂量(PDD)和各种散射校正因子进行剂量计算; SAD、ROT照射技术, 则用组织最大比(TMR)或者组织空气比和各种散射校正因子进行剂量计算。放疗用的临床物理数据中, PDD很容易测量, 且精度较高, 而TMR或TAR则很难测量或测量精度不高, 一般经由PDD计算得出。因此, 使用推导公式后, 可以只用PDD进行各种照射方式剂量计算。旋转照射在常规照射中使用很少, 在此不予介绍。

1.1 常规照射剂量计算公式^[1]

加速器(⁶⁰Co治疗机)在实际治疗病人前必须进行绝对剂量校准。一般的做法是:在标称SSD(通常SSD=100cm)距离处, 模体内10cm×10cm射野中心轴上最大剂量点处, 用经过国家标准实验室标定的剂量仪, 刻度为1MU=1cGy。

设FSZ为体模表面射野, FSZ₀为机架等中心处的射野, FSZ_d为深度d处的射野, FSZd_m为最大剂量点深度d_m处的射野, SSD为源到模体表面的距离, SAD为源到机架等中心的距离, SCD为源到校正电离室的距离, d_m为最大剂量点深度, f为源皮距, DT为肿瘤剂量。

1.1.1 SSD照射技术

剂量计算公式为:

(A)

其中,

式中: PDD为百分深度剂量; SC为射野输出因子; SP为体模散射因子; TF为托架因子; WF为楔形因子; SSDF为SSD因子, SSD照射时, 相对于上述剂量刻度方法, SSDF =1。CFQ为人体曲面校正因子, CFL为肺组织不均匀校正因子。(各个因子的物理意义, 这里不做详细介绍, 可参阅相关放射物理书籍。)

1.1.2 SAD照射技术

(B)

其中,

(C)

其中,

把C式带入B式, 并整理可得

1.2 人体曲面校正^[1]

人体曲面校正采用有效源皮距方法:

其中, h为射野边缘曲面偏离标准表面的距离(cm)。

1.3 肺组织不均匀性的校正^[1]

肺组织不均匀性的校正采用有效衰减系数法:

其中, 是所使用的射线的线性衰减系数, d ′是等效的软组织厚度。

1.4 时间剂量因子TDF的计算

TDF(实际治疗的的时间剂量模式)的计算在程序中属于单独的一个部分, 主要是根据放射生物学的原理和概念, 计算时间剂量因子, 在加速分割、超分割放疗中有很大的作用。采用变量TDF模型:

式中: N为治疗总次数; d为分次剂量(cGy); T为总治疗时间(d); T/N为次间平均间隔时间(d); 10^-3是一个比例系数, 使得达到皮肤耐受剂量时TDF=100。具体原理可参阅有关书籍^[1]。

2 编程方法 2.1 使用VC++6.0作为编程工具^[2-4]

由于目前大部分电脑用户都使用Windows操作系统, 我们需要编写具有Windows界面的应用程序。Visual C++具有所见即所得的特点, 而且它的大部分类库能完成所有的功能, 使用它可以方便的编写具有很好的用户界面的程序。(程序内容从略)。

2.2 结合常规剂量计算知识

分析放疗常规剂量计算的特点, 研究各个具体问题的计算机算法。具体问题包括:病人资料的输入, 治疗参数的输入, 射线能量的选择, 治疗方式的选择(SSD、SAD), 治疗源皮距的计算, PDD的计算, 输出因子、散射因子的计算, 等效方野的计算, 托盘因子的计算, 楔形板的计算, 肺组织校正因子的计算, 曲面校正因子的计算等等。

2.3 采用直线加速器的各种测量数据

包括PDD表、输出因子表、楔形因子表等各种表格, 进行程序编写。

3 开发程序界面介绍

最终开发程序界面如图 1。图 1中左边部分可以实现剂量的实时计算, 具有各种选择按钮和输入编辑框。各个参数一目了然, 简单易懂, 操作方便。图中右边部分是打印区, 可以把计算结果打印出来, 作为保存使用。

图 2是利用放射生物学中的时间剂量关系的TDF模型计算放疗中分次量、总剂量、及照射时间与常规照射之间的转换关系。在改变治疗模式时使用这种计算对医生有很大的帮助。

4 讨论

经过长期使用, 该软件对于常规放射治疗中的剂量计算有很大的帮助。常规剂量计算中, 技术员如果使用手工计算, 大约需要5 ~ 10mim, 而利用软件只使用不到1min, 可以节约大量的时间。从2001年应用至今, 我们使用它对几千个患者进行了剂量计算, 没有出现差错。

当然, 目前放疗技术发展的很快, 该软件还有很多缺点, 我们要在今后的使用过程中, 不断改进, 力争能够完成更多功能。