北京協(xié)和醫(yī)院 放療科，北京 100730

引言

近距離治療在婦科腫瘤治療中應(yīng)用廣泛，作用不可替代[1-2]。施源器作為近距離治療過程中的劑量實(shí)施載體，其本身的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)參數(shù)將影響最終的劑量分布[3]，因此施源器投入臨床使用前需進(jìn)行物理參數(shù)確認(rèn)及端到端測試，確保臨床治療的正確實(shí)施，這部分工作也是近距離治療質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的關(guān)鍵內(nèi)容[4]。Vargo等[5]的研究表明，在陰道癌治療中，與單通道施源器相比多通道施源器在實(shí)現(xiàn)同等靶區(qū)覆蓋時能夠顯著降低膀胱、直腸的受量，所以多通道施源器有更廣闊的應(yīng)用前景。但多通道施源器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投入使用前需要明確重建參數(shù)及劑量分布，避免發(fā)生系統(tǒng)性錯誤。Gaudreault等[6]研究金屬及塑料材質(zhì)的施源器對劑量的擾動，結(jié)果表明雖然蒙卡模擬過程中，金屬材質(zhì)管道對劑量的衰減高達(dá)4%，但臨床實(shí)例中由于管道材質(zhì)導(dǎo)致劑量的差異在1%左右，原因在于通道數(shù)量增多后空腔體積和管道材質(zhì)間的補(bǔ)償效應(yīng)。Kim等[7]從圖像引導(dǎo)近距離治療流程質(zhì)控角度分析了可能引入的誤差來源，其中施源器的特性參數(shù)、重建精度以及施源器與導(dǎo)源管的連接總長度等都將影響最終的劑量分布。因此，本研究通過實(shí)際測量明確多通道施源器參數(shù)以及基于模板重建施源器可能存在的問題，通過ETE測試進(jìn)一步明確基于模板重建施源器的劑量分布驗(yàn)證，為后續(xù)治療的精準(zhǔn)實(shí)施提供保障的同時也為質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作提供方法和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 多通道柱狀施源器

醫(yī)科達(dá)公司生產(chǎn)的多通道柱狀施源器（Nucletron part#110.750）由中間管道和環(huán)周多通道構(gòu)成，施源器有直徑25、30和35 mm三款。以直徑25 mm施源器為例，如圖1所示，環(huán)周六根管道均勻分布，距施源器外表面5 mm。因頂端為球面形設(shè)計(jì)，中間管道可向前多駐留5～8 mm，管道平行于外壁并截止于球面內(nèi)緣。該施源器廣泛用于宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌術(shù)后殘端預(yù)防性照射以及陰道病變的治療，聯(lián)合宮腔管可完成宮體照射。采用源模擬尺及放射源拍片的方法對中間管道及周圍通道內(nèi)軟管進(jìn)行長度和最遠(yuǎn)駐留點(diǎn)位置的確認(rèn)[8]。

圖1 直徑為25 mm的多通道施源器外觀圖

1.2 3D打印測量模體

為確保施源器置入的重復(fù)性，提高電離室和膠片相對于施源器的位置精度，本研究采用的柱形模體是通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。該模體由直徑200 mm、長300 mm的柱形主體和膠片夾持體構(gòu)成，外壁材料為尼龍，厚度為3 mm，設(shè)有閥門，內(nèi)部充滿去離子水。主體及夾持體設(shè)有中心間距30 mm、直徑25 mm的電離室插棒和施源器插槽，可同時完成點(diǎn)劑量和膠片劑的測量，是較為理想的端到端（End to End，ETE）測試用均質(zhì)模體（圖2）。

圖2 圓柱形模體、施源器、膠片和電離室構(gòu)成的ETE模體

1.3 膠片及電離室的刻度

采用井型電離室HDR-1000（standard imaging，美國）完成放射源活度的校準(zhǔn)。劑量的確定需借助具有均整結(jié)構(gòu)的鐘形施源器（Valentia，醫(yī)科達(dá)公司），其處方深度位于施源器表面下3 mm，該處劑量值為放射源活度與空氣比釋動率和駐留時間的乘積，施源器的衰減因子為0.1659。CC13電離室（IBA，德國）和EBT3免洗膠片（GafChromic，美國）置于Valentia施源器下方處方劑量點(diǎn)處進(jìn)行刻度，電離室有效測量點(diǎn)位于幾何中心。電離室的刻度在點(diǎn)劑量測量開始前進(jìn)行，僅獲得電荷-劑量的對應(yīng)關(guān)系，不考慮環(huán)境條件的影響。膠片進(jìn)行剪裁后按照劑量范圍從0～1000 cGy，間隔100 cGy分別進(jìn)行照射，曝光24 h后進(jìn)行讀取，建立劑量-光密度曲線，具體可參考作者前期工作[9]。

1.4 CT掃描和輪廓勾畫

掃描時將特定位置夾持廢舊膠片并做好標(biāo)記點(diǎn)，用于在CT圖像中識別膠片并確認(rèn)與模體的相對位置。重建層厚為1 mm。治療計(jì)劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）內(nèi)勾畫靠近電離室的靶區(qū)1和膠片所在位置的靶區(qū)2，并勾畫膀胱、直腸作為危及器官用于劑量優(yōu)化，見圖3。

圖3 CT圖像掃描及輪廓勾畫

1.5 施源器重建及計(jì)劃設(shè)計(jì)

采用商用TPS（Oncentra V4.1，醫(yī)科達(dá)公司）中施源器庫進(jìn)行施源器添加并完成重建。采用模擬退火算法分別針對靶區(qū)1和2進(jìn)行優(yōu)化，兩個靶區(qū)各設(shè)計(jì)3例計(jì)劃，單次劑量分別為5、6和7 Gy[10]，放射源的步進(jìn)長度為2.5 mm，劑量計(jì)算網(wǎng)格為1 mm3。優(yōu)化完成后記錄每個計(jì)劃內(nèi)電離室氣腔體積劑量平均值并導(dǎo)出針對靶區(qū)2計(jì)劃的RT dose文件。

1.6 點(diǎn)、面劑量的獲取和分析

按照CT掃描時刻的模體構(gòu)成夾入膠片并插入電離室，膠片批次與刻度膠片相同，標(biāo)記參考點(diǎn)后完成通道連接及計(jì)劃執(zhí)行。采用Max4000靜電計(jì)（Standard Imaging，美國）連接CC13電離室進(jìn)行測量，按照刻度時刻電荷劑量的對應(yīng)關(guān)系將執(zhí)行計(jì)劃過程中靜電計(jì)收集的總電荷量轉(zhuǎn)換成劑量，與對應(yīng)TPS結(jié)果進(jìn)行比較；膠片通過維達(dá)掃描儀[DosimetryPRO Advantage (Red)TM，美國]于曝光24 h后進(jìn)行掃描，使用OmniPro I’mRT 1.7軟件（IBA，美國）完成膠片劑量的轉(zhuǎn)換與TPS輸出的dose Cube中對應(yīng)層面間的γ分析，以2 mm/2%、10%的劑量閾值、全局歸一下，γ值小于1的點(diǎn)的占比大于95%作為符合度通過的評價標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 施源器參數(shù)的確認(rèn)

各參數(shù)實(shí)測值與施源器說明書中的標(biāo)稱值具有良好的一致性，通過施源器模板庫調(diào)取該施源器時，相應(yīng)參數(shù)與前兩者略有差異（表1）。采用該模板進(jìn)行施源器重建，將三維顯示的重建起始點(diǎn)到管道外邊界的距離及出源長度按照實(shí)測值進(jìn)行修改，管道的重建方向采用“tip end”，“offset”設(shè)為0。

表1 多通道施源器參數(shù)表（mm）

2.2 點(diǎn)劑量測量結(jié)果

針對靶區(qū)1和靶區(qū)2，給予不同處方劑量照射，電離室測量結(jié)果如表2所示。因電離室靠近靶區(qū)1，所以測量劑量值較高，結(jié)果偏差較小，但隨著處方劑量的增加，偏差有增加的趨勢；相反，靶區(qū)2計(jì)劃與電離室測量點(diǎn)位置較遠(yuǎn)，測量劑量值較小，結(jié)果偏差較大，但測量結(jié)果相對穩(wěn)定。所有點(diǎn)劑量測量偏差為0.97±0.32%。

表2 電離室測量結(jié)果

2.3 面劑量測量結(jié)果

對PTV2進(jìn)行照射的3例計(jì)劃進(jìn)行了水平面及矢狀面的膠片測量，矢狀面測量結(jié)果與計(jì)劃系統(tǒng)面劑量分布符合良好，γ通過率分別為97.4%、98.2%和98.8%。水平面由于膠片中間開孔處無劑量以及剪裁邊緣破損，影響通過率。若將此區(qū)域?yàn)V過，則通過率分別為99.3%、98.4%和98.7%。其中5 Gy處方計(jì)劃的膠片分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 膠片與TPS的面劑量分布γ分析結(jié)果

由于施源器需穿過膠片，所以剪裁后膠片中間長度25 mm區(qū)域無劑量。矢狀位因測量位置接近模體邊緣，測量區(qū)域相對較小如圖5所示。

圖5 面劑量分布比較

3 討論

目前，多數(shù)近距離治療TPS采用AAPM TG43號報告[11]所述的放射源劑量學(xué)參數(shù)模擬在水中進(jìn)行劑量分布計(jì)算，并未考慮物質(zhì)密度對劑量分布的影響。因此，本研究所設(shè)計(jì)的柱形模體為中空設(shè)計(jì)，需灌水使用，3D打印技術(shù)生成3 mm厚的外壁，材料采用高強(qiáng)度的尼龍近似水等效，避免因?yàn)槟ｓw本身密度問題導(dǎo)致測量結(jié)果與TPS計(jì)算之間偏差較大，但由于加工限制，電離室插棒及膠片夾持裝置位置和大小有待完善。

施源器作為劑量實(shí)施載體，其本身的結(jié)構(gòu)、物理參數(shù)、劑量特性及連接方式等在投入使用前需要確認(rèn)。其中重建起始點(diǎn)到第一駐留點(diǎn)的距離為offset長度，若設(shè)置錯誤會帶來系統(tǒng)性劑量誤差[12]。施源器的重建方式有手動描跡和基于模板庫的重建以及最新開展的基于人工智能的自動重建[13]。對于宮頸癌常用的Fletcher三管道施源器，因幾何關(guān)系不固定且管道數(shù)量較少，首選手動描跡并指定相應(yīng)的offset值。而環(huán)形施源器由于結(jié)構(gòu)原因手動描跡重建可能導(dǎo)致誤差較大。Hellebust等[14]針對施源器重建精度對劑量分布影響的研究表明，近源處每毫米的重建誤差將導(dǎo)致劑量變化8%～12%。對于多通道柱狀施源器，通道數(shù)量通常為7～10根，手動描跡比較耗時，而且周圍管道前端在CT/MR圖像上難以分辯，所以采用模板庫重建優(yōu)勢明顯。而此時重建起始點(diǎn)及offset值取決于模板及施源器的符合度，所以應(yīng)用模板重建施源器的實(shí)際劑量分布有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

192Ir放射源最高能量為602 KeV，平均能量為370 KeV，近源處劑量極高。隨著距離的增加，劑量的跌落與距離的平方近似成反比。因此，采用電離室進(jìn)行劑量測量時能量響應(yīng)和體積平均效應(yīng)問題尤為凸顯。通常指形電離室用于192Ir放射源輻射場的測量，刻度因子由250 KeV和60Co內(nèi)插獲得。Bondel等[15]的研究表明，內(nèi)插處理可將刻度因子的不確定度降低至1%以內(nèi)。本研究采用CC13小體積電離室降低了體積平均效應(yīng)的影響，而且通過井型電離室確定源活度后利用Valentia施源器得到平坦野輸出，完成電離室及膠片的刻度，達(dá)到了同源刻度與測量，提高了刻度的準(zhǔn)確性。經(jīng)過均整后的射束線質(zhì)略有硬化，對CC13電離室及膠片的影響較小。對于靶區(qū)1的三個計(jì)劃，電離室所處位置劑量高、劑量梯度較大，測量結(jié)果雖然偏差相對較小但差異較大。而靶區(qū)2遠(yuǎn)離電離室，對電離室的劑量貢獻(xiàn)相對較低，而且梯度不明顯，所以測量偏差稍大，趨勢較為一致。

EBT3免洗膠片具有能響寬泛、劑量測量范圍廣及分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于放射治療設(shè)備質(zhì)控和面劑量測量工作中。Oare等[16]通過3D打印自制模體并通過膠片驗(yàn)證3D打印材料相對于水的劑量沉積特性，他們的結(jié)果表明在192Ir輻射場下進(jìn)行EBT3膠片的刻度，經(jīng)修正后測量與計(jì)算間的平均劑量偏差在1%以內(nèi)，且掃描儀不同顏色光源之間無顯著差異。本研究所采用的維達(dá)掃描儀光源為單一紅光，故未做修正。大多數(shù)劑量分布測量研究采用施源器與膠片平行放置測量冠狀面劑量分布[17-18]，本研究通過膠片開孔測量與施源器長軸方向垂直的層面劑量分布，但由于剪裁等原因?qū)е驴拷┰雌鬟吘壍哪z片測量單元破壞嚴(yán)重，該處劑量無法準(zhǔn)確測量。對于近距離劑量分布分析中γ通過率標(biāo)準(zhǔn)目前尚無統(tǒng)一定論，AAPM TG-218報告[19]推薦了調(diào)強(qiáng)放射治療通過率限值，以3%/2 mm為標(biāo)準(zhǔn)、10%的劑量閾值時通過率不低于90%，對于立體定向放射外科和立體定向體放射治療的計(jì)劃要求更加嚴(yán)格。本研究采用2%/2 mm為標(biāo)準(zhǔn)，通過率要求大于95%，較為折中。

ETE測量是整個技術(shù)應(yīng)用過程中量化系統(tǒng)誤差的有效手段。對于新施源器投入臨床使用前，需要對很多參數(shù)及綜合劑量誤差進(jìn)行驗(yàn)證，包括源活度、放射源到位精度、計(jì)時器精度、管道連接長度、TPS算法、參數(shù)設(shè)置以及施源器重建精度等。Bassi等[20]通過3D打印模體完成多中心近距離治療的ETE驗(yàn)證，電離室和熱釋光劑量儀的誤差分別為0.5%和2.5%，EBT3膠片平均通過率大于95%，與本研究結(jié)果一致。對于多通道施源器，ETE測試主要驗(yàn)證模板重建施源器的可靠性，本研究結(jié)果也充分說明了這一點(diǎn)，結(jié)論有一定的推廣價值。

綜上所述，本文報道了通過自制模體進(jìn)行多通道施源器投入臨床使用前的端到端測試方法，實(shí)測結(jié)果與計(jì)劃內(nèi)劑量一致，充分說明了通過模板重建施源器過程中所配置的施源器各項(xiàng)參數(shù)準(zhǔn)確，劑量實(shí)施精準(zhǔn)，為該施源器投入臨床使用提供了數(shù)據(jù)支持，希望本研究的方法及結(jié)果能夠?qū)ν袀兊墓ぷ饔兴鶐椭?/p>