張紅紅　丁艷秋　程金生*　翟賀爭

二維矩陣用于加速器調(diào)強(qiáng)適形放射治療質(zhì)量控制檢測的比較研究*

張紅紅①丁艷秋①程金生①*翟賀爭②

張紅紅,女,(1986- ),碩士研究生。中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所 輻射防護(hù)與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究方向：IMRT劑量學(xué)質(zhì)量控制技術(shù)研究。

目的：研究二維矩陣應(yīng)用于調(diào)強(qiáng)適形放射治療(IMRT)質(zhì)量控制檢測的可行性。方法：選取不同醫(yī)院用于IMRT治療的6臺加速器，使用市面上常見的3種品牌二維矩陣對其重要的質(zhì)量控制項目進(jìn)行檢測分析。結(jié)果：6臺加速器的不同質(zhì)量控制項目檢測符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，不同矩陣間未出現(xiàn)明顯差異。結(jié)論：使用二維矩陣進(jìn)行IMRT質(zhì)量控制檢測簡單可靠，可以作為IMRT加速器質(zhì)量控制檢測的有效方法。

二維矩陣；醫(yī)用加速器；調(diào)強(qiáng)適形放射治療質(zhì)量控制；多葉準(zhǔn)直器；Gamma分析

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.05.019

[First-author’s address] National Institute for Radiological Protection, China CDC, Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, Beijing 100088, China.

1　加速器質(zhì)量控制檢測

長期以來，用于醫(yī)院加速器質(zhì)量控制檢測的工具主要有電離室、膠片、電子照射野影像驗(yàn)證設(shè)備(electronic portal imaging device，EPID)及矩陣探測器等，這些工具在檢測原理、測量分辨率等方面各有不同[3-4]。①電離室是最早應(yīng)用的電離輻射探測器，劑量學(xué)特性好，是絕對劑量驗(yàn)證點(diǎn)劑量測量的基準(zhǔn)劑量儀，但空間分辨率低；②膠片空間分辨率高，且有較高的定位精度，但成本高、工作量大、易受環(huán)境條件的影響；③EPID的測量精度可以達(dá)到0.1 mm，且直接安裝在加速器上可進(jìn)行實(shí)時或離線驗(yàn)證，但其設(shè)備及相關(guān)軟件較為昂貴，方法復(fù)雜，測量結(jié)果易受各醫(yī)院校準(zhǔn)因素影響，普遍應(yīng)用有一定難度[5-7]；④相比較而言，二維矩陣探測器能夠同時實(shí)現(xiàn)點(diǎn)劑量和相對劑量的測量，能量響應(yīng)和劑量線性好，較高的空間分辨率和測量重復(fù)性適合用于放射治療的質(zhì)量控制檢測，盡管也存在探測器間斷分布、有效探測面積有限等不足，但因其具有使用方便、高效及準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在如今高度要求測量精度和測量效率的趨勢下，愈加受到青睞，已成為放射治療設(shè)備日常質(zhì)量控制的理想工具，更加適合檢測機(jī)構(gòu)工作的特點(diǎn)[9-10]。

調(diào)強(qiáng)適形放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已成為目前放射治療技術(shù)的主流，由于IMRT技術(shù)的復(fù)雜性，其實(shí)施過程中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都將會引起極大的治療誤差，故IMRT的質(zhì)量控制尤為重要[1]。自IMRT技術(shù)在國內(nèi)開展以來，各醫(yī)院針對其質(zhì)量控制做了許多非常細(xì)致的工作，極大地提高了放射治療患者的治療效果。然而，目前質(zhì)量保證部門對各醫(yī)院的加速器仍停留在進(jìn)行常規(guī)檢測，針對IMRT加速器成熟、規(guī)范的檢測項目及方法還尚未建立。本研究參照美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(AAPM)推薦的TG142號報告，針對國內(nèi)不同醫(yī)院使用的6臺加速器，選取IMRT質(zhì)量控制的數(shù)個關(guān)鍵指標(biāo)，如多葉準(zhǔn)直器(multileaf collimator，MLC)葉片到位精度、MLC透射率、MLC到位重復(fù)性及劑量驗(yàn)證等，探討應(yīng)用二維矩陣進(jìn)行IMRT質(zhì)量控制檢測的可行性，以適應(yīng)IMRT加速器常規(guī)檢測的需要[2]。

2　加速器質(zhì)量控制檢測項目及方法

2.1檢測儀器

使用儀器主要包括電離室、二維矩陣、八角模體、用于IMRT加速器的X射線(6 MV)以及固體水等。各加速器處于正常治療狀態(tài)，工作人員定期進(jìn)行質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，實(shí)驗(yàn)前均采用經(jīng)國家二級標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室(SSDL)標(biāo)定過的0.6 cm3電離室對加速器出束和二維矩陣劑量特性進(jìn)行校準(zhǔn)。不同加速器和二維矩陣的型號見表1。

表1　加速器和二維矩陣的型號

2.2MLC到位精度

選用1號加速器做到位精度檢測，采用邊緣函數(shù)的方法，測量前先用膠片法對參考葉片的絕對位置進(jìn)行嚴(yán)格刻度，保證以其為基礎(chǔ)的邊緣函數(shù)的準(zhǔn)確性[11]。設(shè)計兩個10 cm×22 cm的照射野，其一為基準(zhǔn)射野，矩陣中心對準(zhǔn)射野中心，MLC葉片邊緣投影在一個電離室的中間位置；另一個選取靠近邊緣的一個電離室，葉片以步進(jìn)(step and shoot)方式從距該電離室中心10 mm處開始掃描，直至覆蓋該電離室并距其中心10 mm處停止，離電離室較遠(yuǎn)的區(qū)域(10～3 mm)步進(jìn)長度為1 mm，靠近電離室區(qū)域(≤3 mm)的步進(jìn)長度改為0.2 mm?；鶞?zhǔn)射野照射100 MU，測量射野時每步都給予100 MU照射，同時記錄葉片邊緣相對電離室中心的位置，并由相應(yīng)軟件獲取電離室讀數(shù)，測量射野的電離室讀數(shù)以基準(zhǔn)射野的同一電離室讀數(shù)歸一。用OriginPro 8軟件將歸一后的相對劑量做成曲線從而得出MLC葉片的邊緣函數(shù)曲線，將射野內(nèi)的同側(cè)所有葉片邊緣函數(shù)進(jìn)行比較，以校正MLC葉片的到位精度。

2.3MLC的透射率

加速器機(jī)架角度置于0o，針對不同的二維矩陣加放不同厚度的固體水，使有效測量點(diǎn)位于最大劑量深度(dmax)處，照射野為5 cm×5 cm，照射400 MU，記錄測量值D1，關(guān)閉MLC，將MLC相接端面移出射野位置，照射400 MU，記錄測量值D2，D2/D1則為葉片平均透射率。

2.4MLC的到位重復(fù)性

加速器機(jī)架角置于0o，將二維矩陣置于八角模體內(nèi)，放置于治療床上，SAD=100 cm，調(diào)整MLC至輻射野為10 cm×10 cm，照射200 MU，得到平面劑量分布圖；關(guān)閉MLC，5 min后重復(fù)上述步驟，再得出劑量分布圖。將機(jī)架角旋轉(zhuǎn)至45o、135o時重復(fù)上述步驟。用矩陣分析軟件對兩次得到的劑量分布圖進(jìn)行分析，由Gamma劑量分析方法對結(jié)果進(jìn)行評價，選擇劑量偏差2%和距離偏差2 mm(即2%/2 mm)作為判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.5劑量驗(yàn)證

二維矩陣對IMRT劑量驗(yàn)證分為點(diǎn)劑量和相對劑量分布驗(yàn)證，即將IMRT照射野中感興趣點(diǎn)劑量和射野內(nèi)平面劑量分布與治療計劃系統(tǒng)(TPS)給出的劑量進(jìn)行比較，由矩陣配套分析軟件直接得出劑量分布圖，并用Gamma指數(shù)等方法進(jìn)行分析。

本次試驗(yàn)僅針對平面劑量分布進(jìn)行驗(yàn)證，將二維矩陣置于八角模體內(nèi)行CT掃描，然后用與各加速器所配套的TPS做驗(yàn)證計劃，加速器上擺位，調(diào)取計劃進(jìn)行照射，用矩陣所帶相應(yīng)分析軟件對計劃劑量分布與實(shí)際測量劑量分布進(jìn)行比較，由Gamma劑量分析方法對結(jié)果進(jìn)行評價，選擇劑量偏差3%和距離偏差3 mm(即3%/3 mm)的常用評價標(biāo)準(zhǔn)，得出驗(yàn)證通過率[12]。

3　加速器質(zhì)量控制檢測結(jié)果

3.1MLC葉片到位精度檢測

1號加速器MLC葉片到位精度檢測結(jié)果由邊緣函數(shù)曲線表示(如圖1所示)，葉片處于電離室中心附近時曲線呈線性分布，通過讀出單個葉片對應(yīng)劑量將其與參考葉片邊緣函數(shù)比較，可得到該葉片的位置，所測葉片的到位精度在±0.1 mm范圍內(nèi)。該方法與使用同類型矩陣對醫(yī)科達(dá)加速器的測試結(jié)果具有很好的一致性[13]。

圖1　MLC葉片的邊緣函數(shù)曲線圖

表2　加速器不同檢測項目結(jié)果

3.2Gamma通過率、MLC透射率及MLC到位重復(fù)性的檢測

5臺加速器劑量驗(yàn)證Gamma通過率、MLC透射率及MLC到位重復(fù)性的檢測結(jié)果見表2。5臺加速器劑量驗(yàn)證通過率最低為97.50，MLC葉片的透射率均在2%以內(nèi)，符合臨床使用要求[14]。2～4號加速器MLC葉片到位重復(fù)性較好，且受重力影響可忽略，5～6號在機(jī)架角度為45o時到位重復(fù)性略差，受當(dāng)時條件所限，機(jī)架角度置135o時未檢測，其差異由半導(dǎo)體角度或重力影響引起，但仍在允許范圍內(nèi)。

4　討論

本研究使用二維矩陣對6臺加速器多個主要質(zhì)量控制項目檢測，不同類型矩陣檢測結(jié)果均在允許范圍內(nèi)，并無顯著差異，原因不排除所選取的實(shí)驗(yàn)對象均為國內(nèi)較大醫(yī)院加速器，物理師對日常質(zhì)量保證工作做的較好，同時考慮到不同矩陣(如電離室和半導(dǎo)體矩陣)中探測器結(jié)構(gòu)材質(zhì)不同，矩陣平板各小探測器的分布也不同等特點(diǎn)，矩陣本身的劑量特性難免存在差異，在日后的研究中應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)展樣本量及樣本的多樣性，如選取不同級別醫(yī)院的加速器進(jìn)行測試、同一加速器使用不同矩陣或同一矩陣用于不同加速器進(jìn)行檢測；排除無關(guān)因素，分析不同矩陣間的差異，以便能夠得到更加精確的結(jié)果。

基于國內(nèi)目前尚未出臺統(tǒng)一的IMRT質(zhì)量控制檢測標(biāo)準(zhǔn)，本研究根據(jù)TG142報告及臨床常用指標(biāo)對結(jié)果進(jìn)行分析，探索二維矩陣應(yīng)用于IMRT質(zhì)量控制檢測的可行性，未對矩陣間差異進(jìn)行比較，但相比醫(yī)院相對繁瑣的質(zhì)量保證工作，檢測機(jī)構(gòu)更加側(cè)重所檢設(shè)備合格與否，檢測時均在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行，無論何種二維矩陣方法，只要使用前對其特性進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)，均可以作為常規(guī)檢測設(shè)備普遍用于IMRT加速器的質(zhì)量控制檢測。

5　結(jié)語

IMRT技術(shù)在我國發(fā)展迅速，極大提高了腫瘤患者的治療效果，使患者的生活質(zhì)量得到改善。然而，一些放射治療事故的報道警示，在合理運(yùn)用IMRT技術(shù)的同時必須非常謹(jǐn)慎地使用該項先進(jìn)技術(shù)，因此嚴(yán)格的質(zhì)量控制檢測愈加重要[15]。本研究使用的二維矩陣方法已成為國內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)日常質(zhì)量控制常用工具，對影響IMRT加速器性能的數(shù)個關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行測試，并分析所用方法的可靠性和普遍性。研究提示，二維矩陣可以作為加速器檢測技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)常用檢測設(shè)備，對于IMRT加速器質(zhì)量控制檢測規(guī)范的建立具有重要意義。

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Research on the use of two-dimensional array for IMRT quality control of medical accelerators

ZHANG Hong-hong, DING Yan-qiu, CHENG Jin-sheng, et al
China Medical Equipment,2015,12(5)∶62-65.

Objective∶ To investigate the feasibility of two-dimensional array (2D -array) for IMRT quality control. Methods∶ Three kinds of 2D-array commercially available were used to measure several key QC procedures for six medical accelerators from different hospitals. Results∶ The measurement results can meet the standard requirement, no significant differences are found among the arrays. Conclusion∶ The simple and reliable method based on 2D-array is helpful with IMRT QC of medical accelerator.

Two-dimensional array; Medical accelerator; Intensity modulated radiation therapy quality control; Multileaf collimator

1672-8270(2015)05-0062-04

R730.55

A

衛(wèi)生行業(yè)科研專項(201002009)“輻射危害控制與核輻射衛(wèi)生應(yīng)急處置關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用”；中國疾控中心輻射安全所青年科學(xué)研究所長基金(201405)“螺旋斷層放療質(zhì)量控制計量驗(yàn)證方法的研究”

①中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所 輻射防護(hù)與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100088

②中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所 天津 300192

chengjs3393@163.com

2014-11-25