晨檢儀在直線加速器日常質(zhì)量控制應(yīng)用中的性能研究

王 哲　程金生*

當(dāng)前，放射治療已經(jīng)成為治療腫瘤的主要手段之一，而醫(yī)用電子直線加速器作為放射治療的主要設(shè)備，其穩(wěn)定性的好壞直接影響放射治療的效果。有關(guān)腫瘤控制概率(tumour control probability，TCP)和正常組織并發(fā)癥概率(normal tissue complication probability，NTCP)的研究表明，當(dāng)照射劑量偏離7%～10%時，會導(dǎo)致腫瘤和正常組織出現(xiàn)臨床上可檢測到的變化[1-5]。為了保證整個放射治療過程的精確、安全及有效，必須對放射治療全過程實施質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，保證臨床治療的穩(wěn)定性，提高治療劑量的準(zhǔn)確性和精度，以便較好地處理腫瘤和周圍正常組織的劑量關(guān)系，使腫瘤得到最大限度的局部控制，而周圍正常組織的損傷最小，達到提高治療療效的目的。

加速器劑量輸出特性的日常質(zhì)量控制是一個非常重要的方面，包括中心軸輸出劑量、射野對稱性、射野均整度、光野一致性以及射線質(zhì)等主要指標(biāo)。傳統(tǒng)的檢測儀器有電離室和劑量儀、二維矩陣探測器、三維掃描水箱、膠片等，使用時過程較為繁瑣，操作復(fù)雜，費時費力，很難在治療前較短時間內(nèi)實施質(zhì)量控制[6-8]。晨檢儀作為檢測加速器基本劑量學(xué)參數(shù)的一體化集成設(shè)備，可以在較短時間內(nèi)實現(xiàn)對加速器的質(zhì)量控制[9]。晨檢儀作為檢測設(shè)備，其自身的性能是影響加速器質(zhì)量控制結(jié)果的因素之一，因此對晨檢儀的質(zhì)量控制非常必要。本研究旨在通過分析比較晨檢儀和劑量儀、三維水箱對醫(yī)用直線加速器劑量學(xué)參數(shù)檢測的結(jié)果，對晨檢儀的性能進行分析和評價。

1　材料與方法

1.1　儀器設(shè)備

采用SRT-CJ15型晨檢儀(北京康衛(wèi)瑞德公司)，由15個指形電離室組成，位于中心軸的1個電離室測量中心軸輸出劑量的穩(wěn)定性，位于X軸和Y軸上的12個電離室可以測量10 cm×10 cm、15 cm×15 cm和20 cm×20 cm照射野均整度和對稱性，另外兩個電離室檢測射線質(zhì)。晨檢儀需通過網(wǎng)線與電腦連接，打開軟件檢測到射束后自動測量并保存結(jié)果。

采用Clinac 600C/D型電子直線加速器(美國瓦里安)，其為6 MV單光子直線加速器；Blue Phantom2三維掃描水箱及OmniPro-Accept 7高級數(shù)據(jù)采集和分析軟件(德國IBA公司)；CC13電離室探測器：靈敏體積為0.13 cm3；30013型0.6 cm3靈敏體積電離室和UNIDOS E型劑量儀(德國PTW公司)，經(jīng)過國家計量院標(biāo)準(zhǔn)實驗室刻度標(biāo)定；30 cm×30 cm×30 cm標(biāo)準(zhǔn)水模體；溫度計、氣壓表。

1.2　加速器校準(zhǔn)

根據(jù)國際原子能機構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)TRS-277報告的要求，使用劑量儀、標(biāo)準(zhǔn)水模體和0.6 cc電離室校正加速器輸出劑量，使其在標(biāo)準(zhǔn)條件下在水中最大吸收劑量點處(1 MU=1 cGy)。使用IBA藍(lán)水箱、CC13電離室測量并調(diào)整直線加速器射野均整度和對稱性，使其符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB15213-94“醫(yī)用電子加速器性能和試驗方法”的要求。

1.3　基準(zhǔn)值建立

劑量儀和三維水箱第1 d測得中心軸輸出劑量(central axis output，CAX)、均整度(flatness，F(xiàn)LAT)及對稱性(symmetry，SYM)結(jié)果數(shù)據(jù)作為劑量儀和三維水箱的基準(zhǔn)值，然后對晨檢儀進行基準(zhǔn)值的建立，其步驟如下。

(1)將晨檢儀放置于治療床上，調(diào)節(jié)水平，表面十字線與射野中心十字線重合，將加速器機架和多葉準(zhǔn)直器的角度調(diào)為0 °，射野大小為10 cm×10 cm，源皮距(source skin distance，SSD)為100 cm。

(2)連接電腦軟件，直線加速器輸出6 MV能量的X射線，劑量率為300 MU/min，輸出200 MU。

(3)建立基準(zhǔn)值，保存基準(zhǔn)值文件，注明日期、加速器型號和X射線能量，方便以后的日常監(jiān)測工作[10]。

1.4　實驗數(shù)據(jù)獲取

基準(zhǔn)值建立之后，使用劑量儀、三維水箱和晨檢儀對加速器的CAX、FLAT及SYM每日測量，條件同建立基準(zhǔn)值條件，連續(xù)測量3周，記錄并保存結(jié)果。以基準(zhǔn)值作為進行歸一計算偏差，設(shè)定晨檢儀各項參數(shù)誤差范圍：CAX≤3%、FLAT≤3%以及SYM≤3%[11]。

1.5　檢測參數(shù)定義

根據(jù)國際電工委員會(International Electrotechnical Commission，IEC)的規(guī)定[12]計算FLAT和SYM。

FLAT的計算為公式1：

式中Mmax、Mmin分別為在100 cm的SSD和10 cm的水模體深度處垂直于中心射束軸平面上三維水箱測得射野離軸比曲線中央80%范圍內(nèi)的最大和最小劑量值。

SYM的計算為公式2：

式中Mx、M-x分別為在100 cm SSD和10 cm水模體深度處垂直于中心射束軸平面上均整區(qū)內(nèi)關(guān)于中心軸對稱的兩點劑量的較大值和較小值。

1.6　數(shù)據(jù)處理

使用EXCEL 2007軟件對結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，以基準(zhǔn)值作為進行歸一計算偏差。

2　結(jié)果

2.1　CAX劑量結(jié)果比較

劑量儀經(jīng)過溫度、氣壓校正以及國家計量院標(biāo)準(zhǔn)實驗室刻度檢定，結(jié)果穩(wěn)定性好；晨檢儀未經(jīng)溫度和氣壓校正，其結(jié)果與劑量儀結(jié)果比值歸一之后有一定的波動，與基準(zhǔn)值相比最大偏差為0.87%，最小偏差為0.11%，在規(guī)定的3%范圍內(nèi)，符合AAPM TG142報告規(guī)定，CAX劑量監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1　CAX劑量結(jié)果比較

2.2　FLAT監(jiān)測結(jié)果比較

射野FLAT監(jiān)測，分為左右方向(FLAT LR)和槍靶方向(FLAT GT)。其結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB15213-94的要求，晨檢儀結(jié)果接近于三維水箱結(jié)果，與三維水箱結(jié)果比值歸一之后，F(xiàn)LAT LR的最大偏差為0.96%，F(xiàn)LAT GT的最大偏差為0.48%，均在可接受范圍之內(nèi)，其結(jié)果見表2。

2.3　SYM監(jiān)測結(jié)果比較

射野SYM監(jiān)測，分為SYM LR和SYM GT。其結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB15213-94的要求，晨檢儀結(jié)果接近于三維水箱結(jié)果，與三維水箱結(jié)果比值歸一之后，SYM LR的最大偏差為0.40%，SYM GT的最大偏差為0.59%，均在可接受范圍之內(nèi)，其結(jié)果見表3。

表2　FLAT監(jiān)測結(jié)果比較

表3　SYM監(jiān)測結(jié)果比較

3　討論

醫(yī)用電子直線加速器的日常質(zhì)量控制對確保放射治療劑量的準(zhǔn)確、安全具有重要的作用，因此，對直線加速器的晨檢工作就顯得尤為重要。照射野劑量輸出特性是評價直線加速器射束的重要參數(shù)，主要包括CAX、射野FLAT和SYM。根據(jù)IEC的規(guī)定，射野FLAT定義在100 cm的SSD和10 cm的水模體深度處垂直于中心射束軸平面上最大射野的80%范圍內(nèi)均整區(qū)域內(nèi)最大劑量點和最小劑量點的比值；SYM定義在100 cm的SSD和10 cm的水模體深度處垂直于中心射束軸平面上輻射野均整區(qū)域內(nèi)關(guān)于中心射束軸對稱的兩點劑量的比值。在三維水箱掃描過程中，探頭只采集到了左右和槍靶兩條軸上的數(shù)值，而晨檢儀只是采集到了這兩條軸上數(shù)個點的數(shù)值，測量過程、操作步驟被簡化，但測量結(jié)果顯示，測得的射野FLAT和SYM準(zhǔn)確可靠。三維水箱和晨檢儀測得結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB15213-94“醫(yī)用電子加速器性能和試驗方法”中規(guī)定的要求，對5 cm×5 cm至30 cm×30 cm射野，輻射野FLAT≤106%，SYM≤103%。一般情況下可以將三維水箱測得結(jié)果作為加速器射野劑量學(xué)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，晨檢儀監(jiān)測結(jié)果較接近三維水箱結(jié)果，只是波動范圍較大一些。在研究進行過程中，在每次擺位時都可能會存在擺位誤差，還有電離室的不確定性，都會造成結(jié)果上的偏差，這些都將無法避免。

本研究中使用600 C/D型電子直線加速器和Blue Phantom2藍(lán)水箱，Grattan等[13]和Kapanen等[14]經(jīng)過長達數(shù)年對Varian 600 C/D型直線加速器輸出劑量的分析研究，認(rèn)為其輸出劑量穩(wěn)定，變化較小。Daniel Daniel等[15]和Akino等[16]對4種常見的三維掃描水箱對比分析，IBA藍(lán)水箱能夠提供足夠的精度和可重復(fù)性。直線加速器和三維水箱的穩(wěn)定和精確，為晨檢儀結(jié)果的可靠性提供了一定的保障。

晨檢儀結(jié)果經(jīng)過調(diào)取測量軟件中原始數(shù)據(jù)計算得出，并未完全依賴測量軟件計算。晨檢儀與劑量儀和三維水箱計算比值之后，將加速器引起的不確定度消掉，其結(jié)果僅反映晨檢儀、劑量儀及三維水箱的狀態(tài)。劑量儀經(jīng)過國家計量院刻度標(biāo)定，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，三維水箱的精度和可重復(fù)性也很好。因此，比值的偏差能很好的反映晨檢儀的性能，各項指標(biāo)偏差結(jié)果均在可接受范圍之內(nèi)，該晨檢儀能夠滿足直線加速器的晨檢需求。

在實際應(yīng)用中，三維水箱體積大、操作復(fù)雜，不宜用于每日晨檢；膠片用于檢測時還需掃描、讀片，過程繁瑣，不能即時得到檢測結(jié)果，不推薦用于日常質(zhì)量控制。晨檢儀用于日常質(zhì)量控制時擺位時間短，操作簡單，可以為每日放射治療前對直線加速器的質(zhì)量控制工作節(jié)省寶貴的時間。每日晨檢后，晨檢儀能夠即時讀出檢測結(jié)果并記錄保存，方便物理質(zhì)量控制人員對加速器劑量學(xué)參數(shù)的監(jiān)測，并可通過觀察加速器晨檢結(jié)果的變化情況，進行加速器性能指標(biāo)穩(wěn)定性回顧分析及物理質(zhì)量保證分析，為直線加速器的日常維護提供依據(jù)[17]。

醫(yī)用直線加速器的日常質(zhì)量控制工作是保證放射治療過程準(zhǔn)確、安全執(zhí)行的重要部分，在每日放射治療之前，進行操作復(fù)雜、過程繁瑣的質(zhì)量控制工作顯然已經(jīng)滿足不了目前的需求。晨檢儀作為檢測直線加速器基本劑量學(xué)參數(shù)的一體化集成設(shè)備，在進行日常質(zhì)量控制時操作簡單、擺位時間短，通過一次出束即可測量射野內(nèi)FLAT和SYM等指標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)在每日放射治療前對直線加速器的快速質(zhì)量控制，具有較好的應(yīng)用前景。

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