RadCalc 三维剂量验证 - 蒙特卡罗模块

二次剂量计算是患者特定质量保证 (QA) 程序的基础组成部分，它能为放射肿瘤科的放射治疗计划提供验证。LAP 的 RadCalc 质量保证二次验证软件是患者质量保证工作的核心，也是全球 2300 多家癌症治疗中心日常使用的软件。二十多年来，该软件为物理师和剂量师提供放射治疗计划系统 (TPS) 自动化和独立的剂量验证。

Mauro Iori 是 RadCalc 的早期使用者和忠实用户，他是肿瘤学先进技术和护理模式研究所 (IRCCS) 的医学物理学主管，该研究所隶属于意大利北部的 Azienda Unità Sanitaria Locale (AUSL) di Reggio Emilia。“20 多年来，我们一直在使用 RadCalc 的各种版本来支持独立的患者质量保证，它帮助我们省去了直接剂量测定QA流程，”Iori 解释道，“得益于 LAP 广泛的用户基础，”他补充道，“该软件提供了一个稳定、强大、统一的质量保证环境，可以与我们的 TPS 无缝集成。RadCalc 适应各种供应商设备，因此用户可以在不同的治疗系统和设备之间实现二次验证质量保证工作流程标准化。”

 

蒙特卡罗见解

在业务方面，AUSL-IRCCS 的放射肿瘤学项目有五名临床物理师和三名剂量师，Iori 身兼二职，他负责监管两台 Varian TrueBeam 机器、一套 Accuray 螺旋断层放射治疗系统、一台高剂量率近距离放射治疗装置和一台正电压 X 射线设备。“我们每年治疗 1600 多名患者，涵盖广泛的疾病适应症，”Iori 指出（他还负责管理在 AUSL-IRCCS 放射科和核医学科工作的其他六名医学物理师和四名技术人员）。“此外，我们大约 65% 的体外放射治疗均涉及某种形式的超分割。”简而言之，这意味着每个放疗分次的剂量都会增加，以便显著减少整体治疗次数，改善患者体验，并提高工作流程效率。

鉴于 AUSL-IRCCS 在临床上侧重超分割，Iori 和他的同事们非常依赖 RadCalc 的蒙特卡罗软件模块进行自动三维剂量体积验证。目标是确保复杂病例QA过程的准确性，从而保证靶区被覆盖同时保证临近的危及器官低于剂量限值，保证治疗计划的质量。同样重要的是，医学物理团队需要知道，在为患者每个放疗分次增加剂量时是否出现了问题，例如，机器错误或患者摆位错误。“对于这种类型的检查，”Iori 指出，“RadCalc 中的日志文件分析和在体剂量测定模块就是很好的补充和专用工具。”

从底层而言，RadCalc 的蒙特卡罗模块依赖于 BEAMnrc（一种成熟的放射治疗中的体外放射源模拟系统），该系统利用了 LAP 从加拿大麦吉尔大学获得的专有机械建模。RadCalcAIR（自动导入和报告）增强了该软件的三维功能，为用户提供了全自动的二次验证过程，包括百分比差异、剂量体积直方图 (DVH)、临床协议指标、伽马分析和其他可定制的工具。

 

揭示复杂性

Iori 说，通过允许计划剂量分布的三维验证，蒙特卡罗模块在更具挑战性的治疗计划场景中发挥了自己的作用。比如包括晚期头颈部癌症、晚期前列腺和直肠疾病，这类适应症往往需要更多的调强控制点，而传统的点剂量验证用于这一类计划会有问题。

另一个蒙特卡罗临床用例出现在治疗被异质性包裹着的小型或复杂肿瘤时（例如肺部、腹部空腔以及骨骼或金属植入物附近）。例如，具有陡峭剂量梯度的计划技术与肺部立体定向治疗特别相关，肿瘤靶点通常位于胸壁、心脏和正常血管附近。在这些位置，RadCalc 的蒙特卡罗算法可以对 TPS 计划进行准确和现实的剂量验证（使用 BEAMnrc 对每个物理组件进行建模，在这种具有挑战性的情况下建立可信度）。

这种情况下QA流程的重点就是简化：物理师只需通过其 DICOM RT 导出治疗计划，RadCalc 将使用蒙特卡罗算法自动验证计划，并在几分钟内生成结果。如果治疗计划达不到各种预设标准，RadCalc 会提示用户在确定行动方案之前（比如是否需要治疗前质量保证或增加在体剂量测定检查）使用各种不同的剂量分析工具找出原因。

“使用 RadCalc 的蒙特卡罗工具，我们可以实现高质量的剂量验证，”Iori 称，“不仅适用于简单的治疗计划，也适用于复杂的计划方案。目前，我们对大约 30% 的体外放射治疗患者使用蒙特卡罗计算，主要用于显示出高水平组织异质性的头颈部、胸部和骨盆疾病适应症。随着时间的推移，我们将把蒙特卡罗模块的使用扩展到所有治疗计划。”

临床最终结果？更好的靶向准确度和剂量分布准确度，最终提高 AUSL-IRCCS 癌症患者的治疗效果。

 

计算、模拟、验证

在 AUSL-IRCCS 推行 RadCalc 3D 蒙特卡罗模块之前，进行了一段时间的临床前“调整和验证”，优化后的软件随后用于验证剂量分布复杂的治疗计划，这些计划由于 TPS 剂量计算算法，测得的剂量分布可能不准确。

在试运行阶段，AUSL-IRCCS 医学物理团队与来自意大利博洛尼亚大学的同事合作，在特定试运行测量的基础上构建了蒙特卡罗模型。为了设置蒙特卡罗模块，团队将包含不同射束能量（6X、6FFF、10X、10FFF）的剂量数据文件加载到 RadCalc 中，并使用直接从模体测量中获得的值预先填充该文件（使用定义的百分比深度剂量和离轴比协议）。

另一个关键步骤涉及优化附加光野射野偏移 (ARLF) 的调谐参数，对四个不同 ARLF 值（每个考虑的能量）在均匀模体上进行蒙特卡罗模拟。这项操作的目的是在蒙特卡罗模拟和患者特定QA测量之间实现更好的剂量对比一致性（根据 2 mm/2% 伽玛通过率评估模体剂量分布和计算结果）。

“我们的临床前研究表明，Radcalc 蒙特卡罗模拟和剂量测量之间的一致性很好，增强了用于验证我们治疗计划的二次验证工具的剂量学性能，”Iori 解释说。“验证后，我们现在能够使用 RadCalc 的蒙特卡罗模块，更好地估计肺癌患者的计划剂量，并检测由于组织异质性可能会导致的不准确，这是使用同质模体无法量化的。”

 

备注：并非所有产品或功能在所有市场有售。