放射治療中絕對劑量的測量

胡杰，陶建民，張瑩，余根培，張穎

同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院腫瘤及放射治療科，上海，200072

腫瘤放射治療主要采用直線加速器或鈷60產(chǎn)生的高能光子(χ、γ線)和高能電子束來治療惡性腫瘤,劑量準(zhǔn)確是治療成功的前提條件。國際輻射單位和測量委員會ICRU第24號報告提出原發(fā)腫瘤根治劑量的精確性應(yīng)好于±5%[1]，至今該標(biāo)準(zhǔn)仍是各腫瘤放射治療單位質(zhì)量控制追求的目標(biāo)。絕對劑量測量是放射治療中劑量誤差的主要來源，包括兩個方面的內(nèi)容，一個是常規(guī)劑量校準(zhǔn)，根據(jù)國際衛(wèi)生組織WHO的規(guī)定，劑量校準(zhǔn)允許誤差精度為2%；另一個是調(diào)強(qiáng)放射治療 (intensity modulated radiation therapy，IMRT)技術(shù)中的絕對劑量驗(yàn)證。IMRT技術(shù)由于在提高患者生存率和降低并發(fā)癥方面的優(yōu)勢，已在放療中得到廣泛的普及和應(yīng)用[2][3]，絕對劑量驗(yàn)證的通過是IMRT技術(shù)實(shí)施許可的前提。但是在放射治療單位，由于從事這項(xiàng)工作的人員水平和理解方面的問題，導(dǎo)致部分單位在絕對劑量測量方面發(fā)生較大的誤差。本文通過針對絕對劑量測量使用的劑量系統(tǒng)、劑量系統(tǒng)的保管和使用、模體的選擇、劑量校準(zhǔn)和調(diào)強(qiáng)放射治療中絕對劑量驗(yàn)證等方面存在的問題，提出我們的解決方法供同行參考。

1 絕對劑量測量使用的劑量系統(tǒng)

絕對劑量測量使用的劑量系統(tǒng)包括劑量儀和電離室：電離室通過同軸電纜與劑量儀相連，作用是收集電離輻射產(chǎn)生的次級電荷；劑量儀的主要作用是對收集到的電荷進(jìn)行放大、累積和降噪處理。劑量儀的選擇宜采用國際上認(rèn)可的品牌，如NE公司的Farmer系列，Capintec公司的Capintec系列等；電離室選購必須結(jié)合本單位治療設(shè)備類型和開展的放射治療技術(shù)，如果只有高能光子線進(jìn)行常規(guī)放射治療，只須0.6 cc指型電離室進(jìn)行劑量校準(zhǔn)；如果有高能電子束，尤其是能量小于5 MeV的電子束，必須另配置一個平型板電離室用于電子束的劑量校準(zhǔn)，因?yàn)?.6 cc指型電離室不能對能量小于5 MeV的電子束進(jìn)行劑量校準(zhǔn)[4]。開展IMRT技術(shù)，由于該技術(shù)導(dǎo)致的劑量分布梯度很大，而電離室都有一定的體積，最終測得的劑量可能因劑量分布被體積平均而變得不準(zhǔn)確，使用前應(yīng)考慮其大小，其橫截面和有效測量長度要小于它所在的劑量均勻區(qū)。當(dāng)多射束多角度照射時，還要確定電離室對入射角度的響應(yīng)。此種要求的電離室應(yīng)有足夠高的空間分辨率，可以發(fā)現(xiàn)大小約為±1 mm的等劑量分布曲線位置差。因此，IMRT絕對劑量驗(yàn)證不能采用0.6 cc指型電離室，而必須配置靈敏體積小的電離室，多數(shù)放療單位報告顯示使用≤0.15 cc體積的電離室更為妥當(dāng)，如采用capintec 0.07cc、0.14cc, PTW 0.1 cc和VICTOREEN0.1 cc電離室等。

2 劑量系統(tǒng)的保管和使用應(yīng)注意的問題

由于劑量儀和電離室受潮會導(dǎo)致電荷泄漏而影響測量的準(zhǔn)確性，日常保管必須放在密閉且有干燥劑的干燥箱內(nèi)，放射物理師應(yīng)定期檢查干燥劑的顏色，并及時進(jìn)行更換。若對劑量儀進(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍锾幚恚瑒┝啃?zhǔn)時照射時間短而電荷泄漏導(dǎo)致的讀數(shù)基數(shù)較小，可以忽略不計。在相同照射條件下，小體積靈敏電離室收集到電離電荷量少，也就是說測量系統(tǒng)的有用信號較弱，而漏電和噪聲對測量結(jié)果的影響相對較大，漏電的影響體現(xiàn)為系統(tǒng)誤差。IMRT技術(shù)照射的時間很長，往往超過30 min，電荷泄漏可能達(dá)到幾個cGy，此時必須先按照待驗(yàn)證的治療計劃所需要的治療時間，預(yù)先測量電荷泄漏達(dá)到的劑量大小，在正式驗(yàn)證時予以扣除。劑量儀和電離室必須應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)源（參考源）對其長期穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。如果確沒有標(biāo)準(zhǔn)源，可用鈷60?源替代。該檢查應(yīng)每月進(jìn)行一次。

劑量儀和電離室購置以后并不能直接使用，按照劑量校準(zhǔn)的兩個基本公式Dw=ND*Mu*Sw，air*Pu*Pcel和ND=Nx*W/e*Katt*Km，首先必須將劑量儀和電離室一起送到質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)檢，取得照射量校準(zhǔn)因子Nx后才能進(jìn)行校準(zhǔn)時的劑量計算。修正系數(shù)Katt、 Km隨所用的電離室不同（主要是收集電極、壁材料不同）而有所變化，隨著現(xiàn)在用于放射治療校準(zhǔn)電離室的品種和材料的增加，這兩項(xiàng)修正的乘積可以從0.950(EXRADIN 0.5 cm3)到0.990(CAPINTEC 0.65 cm3 PR0.6C),變化幅度達(dá)4%。因此，引進(jìn)對特定電離室的修正就顯得十分必要。但是，IAEA277號報告所提供的電離室的這兩項(xiàng)修正數(shù)據(jù)并不完善，尤其沒有收集國產(chǎn)電離室的數(shù)據(jù)，使得使用國產(chǎn)劑量測量系統(tǒng)十分困難。如果計量檢定部門在檢定時直接向用戶給出空氣中吸收劑量校準(zhǔn)因子ND，則這個問題將得到很好的解決。因此，我們建議使用國產(chǎn)劑量測量系統(tǒng)的單位，在劑量儀送質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)檢時，要求直接給出吸收劑量校準(zhǔn)因子ND取代Nx，對臨床現(xiàn)場工作將更為方便有效，且質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門直接給出ND并無技術(shù)困難。

目前我國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)檢只對0.6cc指型電離室進(jìn)行，對平型板電離室和IMRT劑量驗(yàn)證用的小體積電離室不能進(jìn)行檢定給出Nx因子，且此類電離室的相關(guān)參數(shù)如Katt、Km很難找到。因此，只能用替代法測量并計算出平型板電離室或小體積電離室的吸收劑量校準(zhǔn)因子ND。以小體積電離室為例，說明替代法測量方法。用直線加速器6MV—X線或鈷60?線，射野10 cm×10 cm，把小體積電離室連接到劑量儀上，電離室插入水等效模體中，電離室中心置于射野中心，測量深度5 cm，作氣壓、溫度修正，開機(jī)100 MU 5次取劑量儀讀數(shù)的平均MU值。同樣位置，換上0.6 cc電離室，作氣壓、溫度修正，開機(jī)100MU 5次取劑量儀讀數(shù)的平均值MU0.6cc。吸收劑量計算公式如下：

因此0.6 cc指型電離室的吸收劑量D0.6cc是

而同一點(diǎn)小體積電離室的吸收劑量D小是

D小= NX,小*W/e*Katt小*Km小*MU小* Sw,air *Pu小*Pcel小，設(shè)F小= NX,小*W/e*Katt小*Km小* Sw,air *Pu小*Pcel小,

則D小=F小*MU小，由于0.6cc指型電離室和小電離室測量的是同一點(diǎn)的吸收劑量，因此D小=D0.6cc，也就是

F小*MU小=NX,0.6cc*W/e*Katt0.6cc*Km0.6cc*MU0.6cc* Sw,air*Pu0.6cc*Pcel0.6cc從而可得F小=NX,0.6cc*W/e*Katt0.6cc*Km0.6cc*MU0.6cc* Sw,air *Pu0.6cc*Pcel0.6cc÷MU小。這樣，在以后的劑量驗(yàn)證中，實(shí)際吸收劑量等于溫度和氣壓修正后的劑量儀讀數(shù)乘以小電離室的F小即可。考慮到加速器的短期穩(wěn)定性不如鈷60，如果本單位有鈷60治療機(jī)，用它來進(jìn)行替代法測量并計算F小可能更好。

3 模體的選擇

常規(guī)劑量校準(zhǔn)目前多采用標(biāo)準(zhǔn)的30 cm×30 cm×30 cm水箱，測量時貯水達(dá)到所需的深度。也有單位采用其它尺寸的水箱，但要特別注意，電離室有效測量點(diǎn)后的水深度必須大于5 cm，以提供足夠的反向散射。同時電離室有效測量點(diǎn)左右前后四個方向距離水箱邊緣也必須大于5 cm，以滿足側(cè)向散射的要求。

盡管一些國際組織曾建議對IMRT計劃驗(yàn)證進(jìn)行體內(nèi)劑量測量，但是除某些部位如射線出、入射側(cè)皮膚表面和管腔外，就多數(shù)部位而言，進(jìn)行體內(nèi)劑量測量仍有困難。那么，將IMRT計劃移植到模體上來測量模體內(nèi)的劑量分布就是一種合理且可行的治療前劑量驗(yàn)證方法。就模體的類型而言，按外形可分為人形模體和非人形模體；按電子密度可分為均質(zhì)模體和非均質(zhì)模體；按解剖部位分為頭部、胸部和盆腔模體。它們的共同特點(diǎn)是可放置一定數(shù)量的不同電離室。選擇何種模體取決于研究者的興趣、目的和可獲得性等因素。人形模體具有人體的幾何形狀，因而用于驗(yàn)證IMRT計劃可以激發(fā)對IMRT的信心。但是此類模體也有缺陷，因?yàn)槭遣痪|(zhì)的，評價劑量的準(zhǔn)確性時更困難，可能導(dǎo)致過多的治療計劃通不過絕對劑量驗(yàn)證。對于患者的質(zhì)量保證，使用人形模體常常不如規(guī)則的幾何模體更好。比如在頭頸部，患者在特定的位置相對于激光系統(tǒng)的直徑可能隨頭的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生明顯的變化。因此，如果人形模體和患者頭部的傾斜程度不同，測量區(qū)域的直徑和測得的劑量都會有較大的差異。雖然幾何外形規(guī)則的模體看起來不象患者，但能準(zhǔn)確地確定劑量儀與模體定位系統(tǒng)或其他系統(tǒng)的相對位置并測量絕對劑量。這在均質(zhì)算法中規(guī)則的均質(zhì)模體優(yōu)勢更明顯。采用均質(zhì)模體，應(yīng)采用水等效材料制作如固體水。應(yīng)特別引起注意的是絕對劑量驗(yàn)證不應(yīng)采用有機(jī)玻璃，因?yàn)橛袡C(jī)玻璃的密度、電子密度和有效原子序數(shù)等與水并不等效，增加了絕對劑量驗(yàn)證的誤差來源。

4 劑量校準(zhǔn)

吸收劑量計算公式中的Sw, air、Pu兩個因子，依賴于具體的輻射質(zhì)。鈷60由于能量穩(wěn)定，不需要測量，按平均能量1.25 MeV計算Sw, air、Pu因子。高能X線必須測量輻射質(zhì)指數(shù)(quality index)TPR20,10或D20/D10，在此基礎(chǔ)上計算Sw, air、Pu因子。高能電子束劑量校準(zhǔn)Sw, air、Pu兩個因子計算問題更復(fù)雜，筆者在《直線加速器高能電子束劑量校準(zhǔn)時應(yīng)注意的若干問題及對策》[5]中有較詳細(xì)的闡述，不再展開討論。

國際衛(wèi)生組織WHO對劑量校準(zhǔn)精度的要求是必須好于2%[6]，因此100機(jī)器MU標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)條件下校準(zhǔn)點(diǎn)絕對劑量Dw實(shí)際測量值必須在98cGy—102cGy這一范圍，而開展IMRT技術(shù)劑量校準(zhǔn)誤差應(yīng)控制在1%以內(nèi)以提高計劃驗(yàn)證通過率。如果超出這個范圍，必須由維修工程師及時進(jìn)行調(diào)整，直到符合校準(zhǔn)精度的要求為止。這個工作每個星期必須進(jìn)行兩次以上。目前很多單位高年資的物理師只注重放射治療計劃的設(shè)計，而把劑量校準(zhǔn)這項(xiàng)基本工作交給一些低年資的物理師甚至一些剛工作的人員進(jìn)行，我們認(rèn)為這是不對的。標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)條件下1MU=1cGy永遠(yuǎn)是放射治療成功的基礎(chǔ)和前提保證，這個工作沒做好其它工作將沒有任何實(shí)際意義，在此我們也呼吁每個單位高年資的物理師應(yīng)親自做好這項(xiàng)工作。

5 調(diào)強(qiáng)放射治療中的絕對劑量驗(yàn)證

IMRT計劃的絕對劑量驗(yàn)證是將已經(jīng)確定的患者治療計劃移植到CT掃描經(jīng)三維重建好的水等效模體中形成雜交計劃并進(jìn)行劑量計算，選擇絕對劑量驗(yàn)證點(diǎn)通過點(diǎn)劑量得到該點(diǎn)的計算劑量。然后，調(diào)用雜交計劃數(shù)據(jù)對水等效模體進(jìn)行模擬調(diào)強(qiáng)照射，每個野及其子野的跳數(shù)完全按照患者的實(shí)際計劃進(jìn)行，通過完整計劃的照射測量驗(yàn)證點(diǎn)的實(shí)際劑量，與計算劑量進(jìn)行對比。實(shí)際劑量與計算劑量比對通過的標(biāo)準(zhǔn)，不同作者有不同的限值，誤差評價目前引用較多的是Van Dyke標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，較復(fù)雜的情況下，計劃與實(shí)測劑量差別的可接受性限值，在高劑量低梯度區(qū)域應(yīng)在4%以內(nèi)[7]。而low等采用的標(biāo)準(zhǔn)是高劑量低劑量梯度區(qū)的劑量差別不超過3%[8]，這個標(biāo)準(zhǔn)已逐步為大多數(shù)放射腫瘤中心采用。也有部分單位將絕對劑量驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)確定在5%，需要注意人不是剛性體，也不是均質(zhì)的，考慮到這些因素對吸收劑量的影響，這個標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致患者實(shí)際吸收劑量誤差必然超過5%。我們認(rèn)為Van Dyke標(biāo)準(zhǔn)是一個基礎(chǔ)要求，而low的標(biāo)準(zhǔn)是有待實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

許多放療單位在絕對劑量驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)誤差經(jīng)常超過上述的標(biāo)準(zhǔn)，而不得不改用其它放射治療技術(shù)。我們分析下來，存在兩個應(yīng)特別注意的原因。一個原因是調(diào)強(qiáng)放療每個子野照射跳數(shù)(MU)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于常規(guī)放療每個射野的照射跳數(shù)，可能少至幾個，甚至只有1或2個MU的子野出現(xiàn)，而低MU照射時MU與cGy的對應(yīng)關(guān)系不再是線性，甚至有較大的偏差（張穎等報道MU數(shù)越小偏差越大，當(dāng)MU設(shè)置小于5時，偏差即超過2.5%,最大偏差達(dá)到10.3%），如果不做修正，將會導(dǎo)致驗(yàn)證時實(shí)際測量到的劑量與計劃計算到的劑量間產(chǎn)生不可接受的誤差[9]。我們認(rèn)為在做調(diào)強(qiáng)放射治療計劃時，必須首先測量本單位加速器低MU照射時MU與cGy的對應(yīng)關(guān)系并進(jìn)行劑量學(xué)的修正，然后進(jìn)行實(shí)際劑量的絕對驗(yàn)證，可提高驗(yàn)證通過率。另一個原因是絕對劑量驗(yàn)證點(diǎn)選取不對。絕對劑量驗(yàn)證測量點(diǎn)的選擇一般標(biāo)準(zhǔn)是在高劑量低梯度區(qū)域內(nèi)選擇。由于調(diào)強(qiáng)放療計劃子野的形狀非常復(fù)雜，選擇測量點(diǎn)必須非常慎重?？尚械姆椒ㄊ峭ㄟ^BEV進(jìn)行觀察，如果所有子野的葉片端面均不與等中心點(diǎn)相切，選擇等中心點(diǎn)進(jìn)行劑量驗(yàn)證比較可行。但如有子野的葉片端面與等中心點(diǎn)相切，則選擇等中心點(diǎn)進(jìn)行劑量驗(yàn)證會由于電離室的體積平均效應(yīng)而引起較大的測量誤差，因此測量點(diǎn)必須位于等中心點(diǎn)外的其它位置。為提高測量精度，選擇測量點(diǎn)可以按如下方法：在照射計劃的橫斷面內(nèi)，在預(yù)選測量點(diǎn)及5 mm范圍上、下、左、右各選擇另外四個點(diǎn)通過點(diǎn)劑量測量計劃內(nèi)的5個劑量數(shù)值，如果周圍四個點(diǎn)的劑量與預(yù)選測量點(diǎn)劑量的百分誤差小于0.5%，則選擇該點(diǎn)進(jìn)行絕對劑量驗(yàn)證是可行的。

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