计算机在放射治疗剂量计算中的应用
作者：程志斌 徐利明 汪志忠 王小红 李长青 胡心传
单位：湖北省肿瘤医院(武汉 430070)
关键词：
计算机在放射治疗剂量计算中的应用
放射治疗剂量在放射治疗中的重要性是众所周知的，随着科技的进步与发展，放射治疗在肿瘤治疗中的作用越来越大，放射治疗医生与放射物理人员剂量计算的任务愈加繁重。虽然近来引进国外不少的放射治疗计划系统，但全为西文界面，并且很难生成与我们实际治疗相符的治疗单数据。为此我们设计研制了全中文界面的放射治疗剂量计算系统。经过几年的设计与研制及实际检测，系统稳定、准确可靠。
1 设计目的
准确的放射治疗剂量是放射治疗质量保证的重要环节。至今，国内很多放射治疗单位还采用人工计算的方法计算放射治疗剂量。机器预置剂量的计算涉及到的参数及数据表较多，人工计算的出错率较高，这些错误直接影响到放射治疗的质量。另外临床剂量计算中所需要的组织最大剂量比、散射最大剂量比等数据在实际工作中是很难测量到的。目前进口的三维水箱大多数没有直接测量组织最大剂量比的功能，零野组织最大剂量比更是没有办法测量。因此无法得到散射最大剂量比，大面积不规则野的Clarkson算法无法进行。楔形板及独立准直器的应用日趋广泛，其剂量计算的复杂性及高精度性都反映出人工计算的不足。为此，我们设计了放射治疗剂量计算系统软件，力求解决上述问题。
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2 设计思想
本着实用、方便、准确可靠、适应性强、易于推广的原则，采用全中文平台、中文菜单键选，开发出适用于各种放射治疗机的不同放射线不同治疗方法的剂量计算程序。力求全面解决临床放疗的剂量计算，包括常规剂量计算、源皮距治疗、同中心治疗、楔形野治疗、大面积不规则野治疗、独立准直器放疗剂量计算等。
力求解决物理人员不宜得到的数据处理，如生成TMR、SMR等。
力求操作方便、界面友好、计算准确、数据安全。由于各医院的经济条件不一、计算机的配置不一，为了不增加医院的负担，我们尽量降低系统对硬件的需求，在286以上微机均可使用。
3 设计方法
根据以上设计思想，我们采用FOXPRO数据库语言编程，光条菜单键选，辅以汇编语言编程，具体步骤及功能如下：
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3.1 数据库的建立
该系统建立了放射治疗机参数库，包括治疗机的型号、射线的种类、能量、标称源皮距、SAD、楔板类型等，建立了相应的百分深度量库、射野剂量比库、楔形因素库。其参数的录入均采用填表式数据录入，包括治疗机的参数、输出剂量的设置、射野因素输入、楔板参数输入、百分深度量的输入等，在中文提示下一步一步完成，从而减少了输入误差。
3.2 数据转换
临床测量的数据不能完全满足临床放射治疗剂量计算的需要，如同中心治疗剂量计算需要TMR数据，大面积大规则野照射剂量计算需要SMR数据，而这些数据是临床很难或者不可能直接测量到的数据，我们充分发挥计算机的计算优势，通过复杂的数学计算，对现有的数据进行合理的转换，生成我们所需要的物理数据。数据转换及剂量计算数学模型均采用国家标准或规程进行，在百分深度剂量转换为组织最大剂量比的计算中，我们通过精确的曲线拟合得出射线的衰减系数(μ)，再根据TMR=e-μ(d-dm)求出零野TMR值。通过对60Co的百分深度量转换生成的组织最大剂量比表与经典的组织最大剂量比表比较，其误差率为1‰，对由TMR生成的散射最大剂量比表与经典的散射最大剂量比表比较，误差率小于3‰。计算结果准确可靠。
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3.3 适应各种类型的治疗机
力求适应各种类型的治疗机，包括各种加速器产生的高能X线、高能电子束、60Co治疗机，深部X线治疗机。可进行固定源皮距方式(SSD)的射野剂量计算、等中心照射的剂量计算、楔形野的剂量计算等。在等中心照射的剂量计算中采用TMR方法计算。对于楔形野的剂量计算，根据不同种类的楔板采用不同的方法计算。固定楔板按固定的楔形因素计算，一楔多用的楔板则根据合成楔形的角度算出平野与楔形野的剂量比后再算出平野的机器预置剂量和楔形野的机器预置剂量(或总的机器预置剂量)。在高能电子束的剂量计算中，考虑到了临床剂量学原则，给出了肿瘤后缘的深度并提示肿瘤后缘处的百分深度剂量，让物理人员进行选择，从而满足肿瘤后缘深度量达80%(或85%)以上的要求。在射野与光筒的处理上，考虑到不同治疗机的不同设计，如PHILIPS SL75-14直线加速器的固定限光筒和GE公司SATURNE加速器的可变准直器，根据射野输出因素的不同规律按不同的方法计算，建立了可变光筒的射野因素表、固定光筒的射野输出因素。计算结果打印输出，生成的治疗单实用方便，可直接输入治疗机实施治疗。
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3.4 采用Clarkson计算法
大面积不规则野的剂量计算采用Clarkson算法，输入治疗源皮距、病人体厚、射线种类、分次剂量、射野总剂量及射野各射程半径等，在散射半径的输入中考虑了挡块对散射线的影响。大面积不规则野照射的解剖部位较多，其相应的剂量是多少?对于临床大夫来说是很有意义的，这在系统设计中给予了充分考虑，该系统可一次计算出八个参考点的剂量，并考虑到了深度、挡块、离轴比等剂量因素，可计算出脊髓、肺、腋窝、锁骨区等想要得知区域的吸收剂量。
3.5 采用中文代码输入
剂量计算数据输入方便，均采用中文代码输入，如性别、科室、诊断、治疗机、射野部位的中文输入。其代码可根据用户需要随时添加或修改，代码编辑十分方便。
3.6 安全性
物理数据是放射治疗剂量计算的重要资料，是放射物理剂量测量的结晶，数据的破坏将导致剂量计算的不准确，严重者将造成系统的崩溃。系统采用口令密码的方式维护数据，能有效地防止非物理人员对数据的破坏，保证了系统数据的安全及剂量计算的可靠性。
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4 准确性验证
我们对PDD转换成TMR、TMR转换成SMR的数据进行了准确性验证，根据60Co百分深度量转换成组织最大剂量比，再生成散射最大剂量比，与经典的TMR表和SMR表进行比较，其最大误差小于3‰，对常规剂量计算、同中心照射、楔形剂量计算以及大面积不规则野剂量计算等，我们采用人工查表，按高精度逐步计算，其计算值与该系统计算结果完全吻合，准确率为100%，符合国家计量标准。
5 结语
(1)计算机技术的引进是放射剂量计算工作的必然。大量的数据处理及复杂的计算公式，采用人工计算的方法进行是很难不出错的，且速度缓慢，只有借助计算机技术，才能使放射剂量计算工作做到方便、快速、准确。专业化的TPS系统无中文处理能力，界面不友好，操作复杂，所生成的治疗单不能直接输入治疗机，且其费用较高，使用受到一定限制。该系统生成之治疗单系统全面实用。目前不少医院购买了新的加速器，有各种能量的射线，目前国内大多数三维水箱不能测量TMR，得靠PDD来进行数据转换，用人工的方法进行TMR的转换是不可想象的，而TMR数据是同中心治疗时必不可少的数据。该系统能快速、精确地从PDD转换到TMR，给同中心治疗的剂量计算以很大的方便。
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(2)随着放射治疗技术的发展，对于野和野之间的衔接要求越来越高，尤其是非共面野的衔接，如乳腺癌放射野间的衔接、全脑全脊髓放疗射野间的衔接等，独立准直器的应用显得越来越必要。很多单位因为非对称射野剂量计算问题，而无法使用。该系统采用国际通用的计算方法计算独立准直器剂量，准确可靠方便实用，是放射治疗医生和物理人员的好帮手。
(3)大面积不规则野照射是有放射治疗设备的医院都想应用的技术，它是何杰金氏病放疗时不可缺少的方法，只因其剂量计算复杂，得不到计算所需之SMR数据，而无法开展工作。该系统能精确快速地生成SMR数据，采用Clarkson算法计算大面积不规则野剂量，只要操作人员按中文屏幕提示输入相应数据，即可完成计算，生成大面积不规则野治疗单。在一定的模室条件下(能进行挡块制作)，技术员根据该治疗单的要求即可实施治疗。这为各医院开展新业务新技术，提供了十分便利的条件。
(4)可推广性。该系统对硬件需求低，在386以上微机甚至部分286微机上即可运行，再配一台打印机，即可工作。可适应各种直线加速器、60Co治疗机、深部X线治疗机等的处方剂量计算及数据处理。因此，可在省部级医院和地市级医院推广。该系统的广泛使用，将会促进我国放射治疗事业的发展，在放射治疗的质量控制与质量保证方面起到很好的推进作用。, 百拇医药
单位：湖北省肿瘤医院(武汉 430070)
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计算机在放射治疗剂量计算中的应用
放射治疗剂量在放射治疗中的重要性是众所周知的，随着科技的进步与发展，放射治疗在肿瘤治疗中的作用越来越大，放射治疗医生与放射物理人员剂量计算的任务愈加繁重。虽然近来引进国外不少的放射治疗计划系统，但全为西文界面，并且很难生成与我们实际治疗相符的治疗单数据。为此我们设计研制了全中文界面的放射治疗剂量计算系统。经过几年的设计与研制及实际检测，系统稳定、准确可靠。
1 设计目的
准确的放射治疗剂量是放射治疗质量保证的重要环节。至今，国内很多放射治疗单位还采用人工计算的方法计算放射治疗剂量。机器预置剂量的计算涉及到的参数及数据表较多，人工计算的出错率较高，这些错误直接影响到放射治疗的质量。另外临床剂量计算中所需要的组织最大剂量比、散射最大剂量比等数据在实际工作中是很难测量到的。目前进口的三维水箱大多数没有直接测量组织最大剂量比的功能，零野组织最大剂量比更是没有办法测量。因此无法得到散射最大剂量比，大面积不规则野的Clarkson算法无法进行。楔形板及独立准直器的应用日趋广泛，其剂量计算的复杂性及高精度性都反映出人工计算的不足。为此，我们设计了放射治疗剂量计算系统软件，力求解决上述问题。
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2 设计思想
本着实用、方便、准确可靠、适应性强、易于推广的原则，采用全中文平台、中文菜单键选，开发出适用于各种放射治疗机的不同放射线不同治疗方法的剂量计算程序。力求全面解决临床放疗的剂量计算，包括常规剂量计算、源皮距治疗、同中心治疗、楔形野治疗、大面积不规则野治疗、独立准直器放疗剂量计算等。
力求解决物理人员不宜得到的数据处理，如生成TMR、SMR等。
力求操作方便、界面友好、计算准确、数据安全。由于各医院的经济条件不一、计算机的配置不一，为了不增加医院的负担，我们尽量降低系统对硬件的需求，在286以上微机均可使用。
3 设计方法
根据以上设计思想，我们采用FOXPRO数据库语言编程，光条菜单键选，辅以汇编语言编程，具体步骤及功能如下：
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3.1 数据库的建立
该系统建立了放射治疗机参数库，包括治疗机的型号、射线的种类、能量、标称源皮距、SAD、楔板类型等，建立了相应的百分深度量库、射野剂量比库、楔形因素库。其参数的录入均采用填表式数据录入，包括治疗机的参数、输出剂量的设置、射野因素输入、楔板参数输入、百分深度量的输入等，在中文提示下一步一步完成，从而减少了输入误差。
3.2 数据转换
临床测量的数据不能完全满足临床放射治疗剂量计算的需要，如同中心治疗剂量计算需要TMR数据，大面积大规则野照射剂量计算需要SMR数据，而这些数据是临床很难或者不可能直接测量到的数据，我们充分发挥计算机的计算优势，通过复杂的数学计算，对现有的数据进行合理的转换，生成我们所需要的物理数据。数据转换及剂量计算数学模型均采用国家标准或规程进行，在百分深度剂量转换为组织最大剂量比的计算中，我们通过精确的曲线拟合得出射线的衰减系数(μ)，再根据TMR=e-μ(d-dm)求出零野TMR值。通过对60Co的百分深度量转换生成的组织最大剂量比表与经典的组织最大剂量比表比较，其误差率为1‰，对由TMR生成的散射最大剂量比表与经典的散射最大剂量比表比较，误差率小于3‰。计算结果准确可靠。
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3.3 适应各种类型的治疗机
力求适应各种类型的治疗机，包括各种加速器产生的高能X线、高能电子束、60Co治疗机，深部X线治疗机。可进行固定源皮距方式(SSD)的射野剂量计算、等中心照射的剂量计算、楔形野的剂量计算等。在等中心照射的剂量计算中采用TMR方法计算。对于楔形野的剂量计算，根据不同种类的楔板采用不同的方法计算。固定楔板按固定的楔形因素计算，一楔多用的楔板则根据合成楔形的角度算出平野与楔形野的剂量比后再算出平野的机器预置剂量和楔形野的机器预置剂量(或总的机器预置剂量)。在高能电子束的剂量计算中，考虑到了临床剂量学原则，给出了肿瘤后缘的深度并提示肿瘤后缘处的百分深度剂量，让物理人员进行选择，从而满足肿瘤后缘深度量达80%(或85%)以上的要求。在射野与光筒的处理上，考虑到不同治疗机的不同设计，如PHILIPS SL75-14直线加速器的固定限光筒和GE公司SATURNE加速器的可变准直器，根据射野输出因素的不同规律按不同的方法计算，建立了可变光筒的射野因素表、固定光筒的射野输出因素。计算结果打印输出，生成的治疗单实用方便，可直接输入治疗机实施治疗。
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3.4 采用Clarkson计算法
大面积不规则野的剂量计算采用Clarkson算法，输入治疗源皮距、病人体厚、射线种类、分次剂量、射野总剂量及射野各射程半径等，在散射半径的输入中考虑了挡块对散射线的影响。大面积不规则野照射的解剖部位较多，其相应的剂量是多少?对于临床大夫来说是很有意义的，这在系统设计中给予了充分考虑，该系统可一次计算出八个参考点的剂量，并考虑到了深度、挡块、离轴比等剂量因素，可计算出脊髓、肺、腋窝、锁骨区等想要得知区域的吸收剂量。
3.5 采用中文代码输入
剂量计算数据输入方便，均采用中文代码输入，如性别、科室、诊断、治疗机、射野部位的中文输入。其代码可根据用户需要随时添加或修改，代码编辑十分方便。
3.6 安全性
物理数据是放射治疗剂量计算的重要资料，是放射物理剂量测量的结晶，数据的破坏将导致剂量计算的不准确，严重者将造成系统的崩溃。系统采用口令密码的方式维护数据，能有效地防止非物理人员对数据的破坏，保证了系统数据的安全及剂量计算的可靠性。
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4 准确性验证
我们对PDD转换成TMR、TMR转换成SMR的数据进行了准确性验证，根据60Co百分深度量转换成组织最大剂量比，再生成散射最大剂量比，与经典的TMR表和SMR表进行比较，其最大误差小于3‰，对常规剂量计算、同中心照射、楔形剂量计算以及大面积不规则野剂量计算等，我们采用人工查表，按高精度逐步计算，其计算值与该系统计算结果完全吻合，准确率为100%，符合国家计量标准。
5 结语
(1)计算机技术的引进是放射剂量计算工作的必然。大量的数据处理及复杂的计算公式，采用人工计算的方法进行是很难不出错的，且速度缓慢，只有借助计算机技术，才能使放射剂量计算工作做到方便、快速、准确。专业化的TPS系统无中文处理能力，界面不友好，操作复杂，所生成的治疗单不能直接输入治疗机，且其费用较高，使用受到一定限制。该系统生成之治疗单系统全面实用。目前不少医院购买了新的加速器，有各种能量的射线，目前国内大多数三维水箱不能测量TMR，得靠PDD来进行数据转换，用人工的方法进行TMR的转换是不可想象的，而TMR数据是同中心治疗时必不可少的数据。该系统能快速、精确地从PDD转换到TMR，给同中心治疗的剂量计算以很大的方便。
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(2)随着放射治疗技术的发展，对于野和野之间的衔接要求越来越高，尤其是非共面野的衔接，如乳腺癌放射野间的衔接、全脑全脊髓放疗射野间的衔接等，独立准直器的应用显得越来越必要。很多单位因为非对称射野剂量计算问题，而无法使用。该系统采用国际通用的计算方法计算独立准直器剂量，准确可靠方便实用，是放射治疗医生和物理人员的好帮手。
(3)大面积不规则野照射是有放射治疗设备的医院都想应用的技术，它是何杰金氏病放疗时不可缺少的方法，只因其剂量计算复杂，得不到计算所需之SMR数据，而无法开展工作。该系统能精确快速地生成SMR数据，采用Clarkson算法计算大面积不规则野剂量，只要操作人员按中文屏幕提示输入相应数据，即可完成计算，生成大面积不规则野治疗单。在一定的模室条件下(能进行挡块制作)，技术员根据该治疗单的要求即可实施治疗。这为各医院开展新业务新技术，提供了十分便利的条件。
(4)可推广性。该系统对硬件需求低，在386以上微机甚至部分286微机上即可运行，再配一台打印机，即可工作。可适应各种直线加速器、60Co治疗机、深部X线治疗机等的处方剂量计算及数据处理。因此，可在省部级医院和地市级医院推广。该系统的广泛使用，将会促进我国放射治疗事业的发展，在放射治疗的质量控制与质量保证方面起到很好的推进作用。, 百拇医药