立體定向放射治療設(shè)備安全性檢測評價方案及案例分析*

屠 波 夏慧琳 高關(guān)心* 夏 婷 李 庚 楊 濤 張 虹 許靖宇

立體定向放射治療是指運用擺位技術(shù)和立體定位技術(shù)，在三維空間內(nèi)將多個放射野、放射源和多線束的高能射線聚焦于目標靶區(qū)之內(nèi)，其優(yōu)勢是腫瘤病灶組織接受到足夠劑量的射線照射，同時周圍正常組織受到的照射量較少。因此，在獲得較好的臨床療效時需要有效減少輻射不良反應(yīng)。目前，立體定向放射治療是基于直線加速器的放射治療技術(shù)，利用三維立體定向放射治療計劃系統(tǒng)，獲取患者影像學(xué)資料，制定治療計劃，完成治療過程，驗證治療結(jié)果，對于患者術(shù)后跟蹤和隨訪同樣發(fā)揮著積極作用。立體定向放射治療設(shè)備的精確治療還體現(xiàn)在放射治療過程中圖像引導(dǎo)系統(tǒng)可以實時監(jiān)控和調(diào)整影響實際照射劑量分布的不確定因素，真正意義上實現(xiàn)了照射野對靶區(qū)的緊緊“追隨”[1-2]。

立體定向放射治療設(shè)備安全性檢測評價方案對醫(yī)療設(shè)備的使用安全至關(guān)重要，其主要關(guān)注在診療過程中所產(chǎn)生的生物危害、能量危害、環(huán)境危害、設(shè)備操作導(dǎo)致的危害等。為此，本研究通過安全性評價分析各種危害產(chǎn)生的原因，并提出對應(yīng)的防護措施。同時，依據(jù)國家標準建立安全性檢測評價方案，利用案例分析展現(xiàn)安全性檢測評價方案的評價方式，并通過對比不同廠家設(shè)備在安全性方面的優(yōu)劣，明確立體定向放射治療設(shè)備安全性相關(guān)的關(guān)鍵指標。

1 材料與設(shè)備

采用RITG142軟件(美國RIT公司)，Starcheck maxi矩陣(德國PTW公司)，RW3固體水(德國PTW公司)，RTQA10×10和EBT3-0810膠片(美國ISP公司)，IBA DOSE 1計量儀；其他設(shè)備為水平儀、鋼直尺、坐標紙、溫度計、氣壓計等。

2 放射治療設(shè)備安全性檢測

2.1 機械精度安全性檢測

2.1.1 等中心精度安全性

將2 cm固體水放置于膠片上，設(shè)備能量設(shè)定為6 MV，機器跳數(shù)設(shè)定為300 MU，三維表面遮蓋顯示(shaded surface display，SSD)設(shè)定為100 cm，分別設(shè)置治療頭、機架和治療床的角度為0°、45°、90°和135°拍攝“米”形野，利用RITG142軟件分析等中心精度[3-8]。

2.1.2 光射野一致性安全性

先將膠片按照激光射野指示，將四角用針孔標記，再將2 cm固體水放置于膠片上，設(shè)備能量設(shè)定為6 MV，機器跳數(shù)設(shè)定為300 MU，SSD設(shè)定為100 cm，顯示射野形狀設(shè)定為10 cm×10 cm，設(shè)置治療頭的角度為0°、180°拍攝，利用RITG142軟件分析光射野一致性。

2.1.3 治療床走位精度

將坐標紙固定在治療床上，按照激光射野指示將等中心與坐標紙中心重合，按照左、右、前、后順序，分別移動10 cm和20 cm，對比坐標紙顯示坐標和設(shè)備電子坐標之間的差異。將卷尺固定在治療頭上，分別將治療床上和下移動，對比卷尺顯示升降高度和設(shè)備電子高度之間的差異。

2.1.4 實際角度與顯示角度分析

將水平儀固定在治療頭上，將機架角度恢復(fù)到0°，將機架轉(zhuǎn)動到90°、180°和270°，對比水平儀的顯示讀數(shù)；將治療床的角度恢復(fù)到0°，并分別轉(zhuǎn)動到90°、180°和270°，對比地板上的刻度；將坐標紙固定在治療床上，將機頭角度恢復(fù)到0°，按照激光射野指示將等中心與坐標紙中心重合，并分別轉(zhuǎn)動到90°、180°和270°，對比坐標紙顯示角度和設(shè)備電子角度之間的差異。

2.2 輸出劑量安全性檢測

設(shè)備能量設(shè)定為6 MV，劑量率設(shè)定為最大值，機器跳數(shù)設(shè)定為100 MU，SSD設(shè)定為100 cm，將機架角度和機頭角度恢復(fù)到0°，利用IBA DOSE 1計量儀分別檢測深度為5.2 cm劑量。分別檢測設(shè)備跳數(shù)為5 MU、10 MU、50 MU、100 MU、200 MU和300 MU時的輸出劑量。并與電離室通道1顯示結(jié)果、電離室通道2顯示結(jié)果與外置劑量顯示器顯示結(jié)果進行對比。

2.3 射野輸出均勻性檢測

2.3.1 不同射野形狀X射線輸出劑量安全性

設(shè)備能量設(shè)定為6 MV，劑量率設(shè)定為最大值，SSD設(shè)定為100 cm，將機架角度和機頭角度恢復(fù)到0°，機器跳數(shù)設(shè)定為100 MU，利用劑量儀分別檢測射野形狀20 cm×20 cm、30 cm×30 cm、20 cm×10 cm及10 cm×20 cm條件下的劑量。

2.3.2 不同劑量率下X射線輸出劑量安全性

設(shè)備能量設(shè)定為6 MV，SSD設(shè)定為100 cm，電離室深度設(shè)定為5.2 cm，設(shè)定射野形狀10 cm×10 cm，將機架角度和機頭角度恢復(fù)到0°，分別設(shè)定機器跳數(shù)為5 MU、10 MU、50 MU、100 MU和200 MU在最大、最小和平均劑量率條件下的輸出劑量。

2.3.3 機架角度改變時X射線或電子線輸出劑量安全性

設(shè)備能量設(shè)定為6 MV，SSD設(shè)定為100 cm，機器跳數(shù)設(shè)定為100 MU，設(shè)定射野形狀10 cm×10 cm，將機頭角度恢復(fù)到0°，分別設(shè)定機架角度為-135°、-90°、-45°、0°、45°、90°、135°和180°條件下的劑量。

3 安全性檢測結(jié)果及分析

3.1 機械等中心精度安全性檢測

立體定向放射治療設(shè)備等中心精度的情況會直接決定危險器官和靶區(qū)的定位，盲目的使用將會引發(fā)放射治療的失敗并產(chǎn)生極大的安全隱患。依據(jù)美國精英大學(xué)聯(lián)盟(International Education Consortium，IEC)標準以及國家標準，等中心的定義為在放射學(xué)設(shè)備中，各種運動的基準軸線圍繞一個公共中心點運動，輻射軸從以此點為中心的最小球體內(nèi)通過，此點即為等中心[9]。對立體定向放射治療設(shè)備而言，等中心包括機械等中心、輻射等中心以及治療床在公轉(zhuǎn)軸線在球體范圍內(nèi)3個部分。立體定向放射治療設(shè)備等中心精度的大小是腫瘤放射治療的關(guān)鍵性因素，同時立體定向放射治療設(shè)備的等中心測量和調(diào)整，對于質(zhì)量保證和質(zhì)量控制是首要因素，這將直接影響放射治療是否能實現(xiàn)[10]。

利用提到的方法進行立體定向放射治療設(shè)備等中心精度檢測，可以直觀的發(fā)現(xiàn)立體定向放射治療設(shè)備精度差異。不同品牌立體定向放射治療設(shè)備的等中心精度檢測，可為臨床工程師提供維護保養(yǎng)及維修時參考依據(jù)，從而提高設(shè)備安全性，確保設(shè)備的正常使用， 其結(jié)果如圖1所示。

圖1 等中心精度安全性檢測結(jié)果示圖

3.2 光射野一致性安全性檢測

根據(jù)美國Marks統(tǒng)計的結(jié)果顯示，約有50%的立體定向放射治療設(shè)備射野擺位誤差超過將近5 mm，類似的統(tǒng)計在國內(nèi)醫(yī)院的結(jié)果與之相近甚至更差[11]。同時，光射野一致性對于立體定向放射治療設(shè)備的質(zhì)量控制也至關(guān)重要，是立體定向放射治療設(shè)備質(zhì)量控制的重要檢測項目[12]。此外，光射野一致性是立體定向放射治療設(shè)備驗收的重要指標，美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)和國家標準對在臨床使用過程中的立體定向放射治療設(shè)備的光射野一致性誤差要求均＜±2 mm。因此，光攝野一致性的相關(guān)參數(shù)的驗證檢測和校準，對于保證精確治療的安全性和有效性意義重大[13]。

表1 治療床、治療頭和機架走位精度

利用膠片拍照的方式進行光射野一致性的檢測，當光野與射野具有較好的一致性時，紅色框(光野)與藍色框(視野)會較好的重合，某進口設(shè)備與某國產(chǎn)設(shè)備相比較而言，紅藍框重合程度較差，表明該國產(chǎn)設(shè)備的光攝野一致性較差，需要進行及時的調(diào)整(如圖2所示)。

圖2 光射野一致性安全性檢測結(jié)果示圖

3.3 治療床、治療頭及機架機械精度檢測

由于立體定向放射治療設(shè)備的機械精度同樣也是在質(zhì)量保證與質(zhì)量控制中的重要內(nèi)容，機械精度的改變也會直接影響患者治療計劃中危險器官和靶區(qū)的定位準確性[14]。同時，機械精度對于射野和射野特定基本點的確定具有直接的影響，所以在日常工作中對于立體定向放射治療設(shè)備的機械精度要求較高。在檢測中未發(fā)現(xiàn)檢測的某品牌立體定向放射治療設(shè)備治療床機械精度誤差＞±0.2 cm，治療頭和機架旋轉(zhuǎn)精度誤差＞±0.1°，表明所檢測的某品牌立體定向放射治療設(shè)備機械精度保持良好(見表1)。

3.4 輸出劑量安全性檢測

立體定向放射治療設(shè)備的輸出劑量檢測對于腫瘤放射治療的質(zhì)量具有重要意義。此外，靶區(qū)劑量的準確對患者的治療以及預(yù)后有著至關(guān)重要價值[15]。由于立體定向放射治療設(shè)備中的某些元器件的老化或故障，將會引起直線加速器輸出劑量的改變，而這種改變可能是突然發(fā)生或者緩慢出現(xiàn)。因此，對立體定向放射治療設(shè)備的輸出劑量進行定期檢測和校準劑量讀數(shù)具有重大意義。

利用不同的預(yù)設(shè)輸出劑量確定設(shè)備跳數(shù)為5～300 MU之間輸出劑量的準確性，并與電離室通道1、電離室通道2和外置劑量顯示器的顯示結(jié)果進行對比。對應(yīng)數(shù)值進行相關(guān)修正后，可以發(fā)現(xiàn)兩種不同品牌的立體定向放射治療設(shè)備的輸出劑量均具有較好的線性關(guān)系。不同品牌立體定向放射治療設(shè)備輸出劑量檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 輸出劑量安全性檢測(cGy)

設(shè)備跳數(shù)預(yù)設(shè)值從50～300 MU之間的劑量儀檢測結(jié)果如圖3所示。

圖3 輸出劑量安全性檢測結(jié)果曲線圖

3.5 射野輸出均勻性檢測

立體定向放射治療設(shè)備是一種治療精度高、集成化程度高以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型放射治療設(shè)備，任何環(huán)節(jié)的出錯都會造成不可逆的損失。因此，立體定向放射治療設(shè)備的安全性尤為重要。除了上述的機械精度和輸出劑量精度外，射野輸出均勻性也需要進行檢測，其中包括不同射野形狀X射線輸出劑量安全性檢測、不同劑量率下X射線輸出劑量安全性檢測，以及機架角度改變情況下X射線輸出劑量安全性檢測。

3.5.1 不同射野形狀X射線輸出劑量安全性

兩種不同品牌的立體定向放射治療設(shè)備在不同射野形狀條件下，輸出劑量的穩(wěn)定性具有明顯差異。相比較某進口設(shè)備，某國產(chǎn)設(shè)備的輸出劑量均勻性較差，在不同射野形狀之間差值較大，證明該設(shè)備需要做進一步的檢測和校準，如圖4所示。

圖4 不同射野形狀X射線輸出劑量安全性檢測結(jié)果曲線圖

3.5.2 不同劑量率下X射線輸出劑量安全性

兩種品牌的立體定向放射治療設(shè)備跳數(shù)在5 MU、10 MU和50 MU預(yù)設(shè)輸出劑量均有較好的穩(wěn)定性，不會因為劑量率的改變產(chǎn)生較大的差異。當設(shè)備跳數(shù)預(yù)設(shè)輸出劑量＞100 MU時，兩種品牌的立體定向放射治療設(shè)備均出現(xiàn)穩(wěn)定性下降的現(xiàn)象，且國產(chǎn)設(shè)備跳數(shù)在200 MU時穩(wěn)定性較差，表明兩種設(shè)備根據(jù)現(xiàn)有檢測結(jié)果需要做進一步的檢測和校準，以確保輸出劑量的均勻性。兩種不同品牌的立體定向放射治療設(shè)備在不同劑量率條件下，輸出劑量的穩(wěn)定性結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同劑量率下X射線輸出劑量安全性檢測結(jié)果散點圖

3.5.3 機架角度改變下X射線輸出劑量安全性

兩種不同品牌的立體定向放射治療設(shè)備在不同機架角度條件下，輸出劑量的穩(wěn)定性結(jié)果如圖6所示。其中，某進口設(shè)備在不同機架角度條件下可以保證輸出劑量的穩(wěn)定性，而某國產(chǎn)設(shè)備的輸出劑量穩(wěn)定性在機架角度＞90°時開始出現(xiàn)差異性，并且這種差異性在不斷的變化，表明該設(shè)備的機械精度，以及輸出劑量穩(wěn)定性需要做進一步的檢測和校準，以確保設(shè)備的使用安全性。

圖6 機架角度改變情況下X射線輸出劑量安全性檢測曲線圖

4 結(jié)論

針對立體定向放射治療設(shè)備安全性需求，本研究梳理并建立立體定向放射治療設(shè)備安全性檢測評價方案，并利用兩種不同品牌的立體定向放射治療設(shè)備作為案例介紹該評價方案的分析方法，檢測結(jié)果表明，某國產(chǎn)立體定向放射治療設(shè)備與某進口設(shè)備在等中心精度、光射野一致性、射野輸出均勻性以及機架角度改變情況下X射線輸出劑量等方面存在明顯差異。在治療床、治療頭及機架機械精度、輸出劑量，以及不同劑量率下X射線輸出劑量等方面差異不明顯。利用舉例的方式展現(xiàn)了該評價方案的具體實施過程和評價的指標，為臨床操作者以及臨床工程師提供日常設(shè)備維護保養(yǎng)的參考。