醫(yī)用加速器TrueBeam劑量輸出長期穩(wěn)定性研究*

吳麗麗 林 浩 陳 泓 謝良喜

①汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科 廣東 汕頭 515031

直線加速器輸出劑量的穩(wěn)定性是腫瘤放射治療質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)，而醫(yī)用直線加速器輸出劑量的日常安全監(jiān)測是放射治療質(zhì)量保證工作的重要方面[1-3]。QA BeamChecker Plus(QABC+，Standard Imaging公司，美國)是一種加速器的日檢質(zhì)量控制設(shè)備，用于檢測中心軸劑量、平坦度及對稱性等參數(shù)，具有操作簡單、檢測快捷等特點(diǎn)[4]。本研究利用QA BeamChecker Plus對TureBeam系統(tǒng)進(jìn)行為期18個月的劑量輸出特性日常質(zhì)量保證檢測，通過分析各項參數(shù)的長期變化趨勢來評估TrueBeam 6 MV光子束劑量輸出的長期穩(wěn)定性[5-6]。

1 設(shè)備與方法

1.1 儀器設(shè)備

采用美國Standard Imaging 公司的QABC+，測量TrueBeam直線加速器6 MV光子線的中心軸輸出劑量、平坦度、軸向?qū)ΨQ性和橫向?qū)ΨQ性。

QABC+內(nèi)置8個平行板電離室，其中包括5個電離室信號探測器(1個中心電離室及4個周圍電離室)。中心電離室探測器位于中心軸上，其余4個電離室位于中心軸上、下、左、右各7.5 cm處。另外3個電離室作為射線質(zhì)識別電離室，測量時，內(nèi)置的傳感器自動完成溫度和氣壓的補(bǔ)償修正。該儀器可檢測直線加速器6～25 MeV電子線和60Co-25 MV光子線的中心軸劑量輸出、平坦度及對稱性。電子線測量面具有1.5 cm厚的水等效材料，光子線測量面具有3.5 cm厚的水等效材料[7]。

1.2 測量方法

1.2.1 TrueBeam劑量輸出特性校準(zhǔn)

建立QABC+基準(zhǔn)值(Baseline)前，根據(jù)美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)第142號工作組報告(TG-142)的規(guī)范對TrueBeam機(jī)械參數(shù)和劑量輸出特性進(jìn)行調(diào)整。

1.2.2 建立6 MV光子束QABC+的基準(zhǔn)值(Baseline)

首先將QABC+水平放置于治療床，X射線測量面向上，上方電離室朝向機(jī)架。機(jī)架、多葉準(zhǔn)直器和治療床角度均設(shè)置在0o，開野為20 cm×20 cm，源皮距SSD=100 cm；然后將射野中心十字線對準(zhǔn)QABC+的十字線；接著以400 MU/min的劑量率出束200 MU；最后讀取數(shù)據(jù)，建立中心軸劑量輸出、平坦度及對稱性的基準(zhǔn)值。

1.2.3 QABC+日檢測量

采用QABC+每日重復(fù)上述擺位條件測量6 MV光子束，測量其中心軸劑量輸出、平坦度、軸向?qū)ΨQ性和橫向?qū)ΨQ性數(shù)值，以基準(zhǔn)值為參考，將后續(xù)測量的結(jié)果與其進(jìn)行對比，檢測加速器各項參數(shù)的變化。

1.3 評價指標(biāo)及其定義

評價指標(biāo)包括4個主要參數(shù)，參考QBAC+使用說明書，其計算公式如下。

(1)中心軸劑量偏差(公式1)：

式中，M(t)為經(jīng)溫度氣壓校準(zhǔn)的中心電離室日檢讀數(shù)，M(t0)為中心電離室基準(zhǔn)值讀數(shù)。

(2)平坦度偏差(公式2)：

式中，F(xiàn)(t)為平坦度日檢讀數(shù)，F(xiàn)(t0)為平坦度基準(zhǔn)值。

(3)1.3.5 軸向?qū)ΨQ性偏差(公式3)：

式中，SA(t)為軸向?qū)ΨQ性日檢讀數(shù)，SA(t0)為軸向?qū)ΨQ性基準(zhǔn)值。

(4)橫向平坦度偏差(公式4)：

式中，ST(t)為橫向?qū)ΨQ性日檢讀數(shù)，ST(t0)為橫向?qū)ΨQ性基準(zhǔn)值。

根據(jù)AAPM TG-142號報告中給出的加速器質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)，各個參數(shù)相對基準(zhǔn)值的變化幅度要求：劑量輸出≤±2%，平坦度≤1%，對稱性≤±1%[2]。將檢測結(jié)果與質(zhì)量保證要求進(jìn)行對比，評估TrueBeam加速器6 MV光子束射野各項參數(shù)的穩(wěn)定性。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

使用Excel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析和處理，所測數(shù)據(jù)采用平均值加標(biāo)準(zhǔn)差()表示。

2 結(jié)果

2012年9月至2014年2月，對TrueBeam系統(tǒng)的6 MV光子束進(jìn)行306次日檢測量(2013年2月17日至6月8日期間，由于QABC+故障維修，未進(jìn)行日檢)。

2.1 中心軸劑量

306次測量結(jié)果中僅有18次測量誤差＞(±2%)，其中13次為加速器出現(xiàn)劑量聯(lián)鎖，清除聯(lián)鎖之后重新測量，結(jié)果合格。2013年2月17-22日期間共4次測量誤差＞±2%，經(jīng)檢測為QABC+溫度氣壓傳感器故障。剔除17次檢測設(shè)備故障和加速器故障的測量結(jié)果，有效日檢測量289次，僅1次測量誤差＞±2%，6 MV中心軸劑量穩(wěn)定性合格率為99.7%，中心軸劑量偏差為(0.0%±0.7%)，如圖1A所示。

2.2 平坦度

測量結(jié)果顯示6 MV光子線平坦度穩(wěn)定性非常好，平坦度偏差為(0.1%±0.1%)，如圖1B所示。

2.3 軸向?qū)ΨQ性

軸向?qū)ΨQ性為(-1.4%±0.6%)，289次測量結(jié)果均為≤±3%；軸向?qū)ΨQ性偏差為(-0.3%±0.2%)，最大偏差為-1.1%，如圖1C所示。

2.4 橫向?qū)ΨQ性

橫向?qū)ΨQ性為(0.4%±0.4%)；橫向?qū)ΨQ性偏差為(0.3%±0.3%)，最大偏差為0.8%，均在誤差范圍內(nèi)，總體上橫向?qū)ΨQ性偏差呈微弱上升趨勢，如圖1D所示。

圖1 TrueBeam加速器6 MV光子線射野劑量輸出特性參數(shù)偏差值

3 討論

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療(Intensity modulated radiation therapy，IMRT)和旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)逐漸成為主要放射治療方式，而TrueBeam是一臺全新設(shè)計，用于進(jìn)行圖像引導(dǎo)放射治療和放射外科的系統(tǒng)，在此系統(tǒng)上可完成調(diào)強(qiáng)放射治療、容積調(diào)強(qiáng)弧形放射治療和立體定向體部放射治療[6]。TrueBeam是一個完全集成的系統(tǒng)，擁有眾多的技術(shù)創(chuàng)新，包括動態(tài)同步成像，患者擺位管理，靶區(qū)移動管理，以及用于放射治療和放射外科的全新投照技術(shù)[7-8]。精確放射治療對加速器的質(zhì)量保證提出了更高的要求，需對加速器的各項性能進(jìn)行常規(guī)日檢，以確保治療的安全性和精確性。

由于目前關(guān)于TureBeam加速器劑量輸出長期穩(wěn)定性尚未報道，本研究采用QABC+對該加速器的6 MV光子線進(jìn)行為期18個月的日常質(zhì)量保證檢測。傳統(tǒng)的檢測手段要用到多種測量儀器，如：靜電計與電離室、二維矩陣探測器，膠片等，檢測過程比較繁瑣，且耗時、耗力同時缺乏系統(tǒng)性，很難實(shí)現(xiàn)加速器性能的日檢質(zhì)量控制和質(zhì)量保證[9-10]。而QABC+、QuickCherck和Daily QA3等日檢質(zhì)量控制設(shè)備，操作方便，一次測量可快速得到多個測量結(jié)果，方便日常質(zhì)量控制和質(zhì)量保證，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)用直線加速器和tomotherapy等大型放療設(shè)備的日常質(zhì)量控制中。研究結(jié)果表明，日檢質(zhì)量控制設(shè)備具有快速，便捷的特點(diǎn)，可以保證加速器每日的安全性及精確治療[11-14]。

QABC+可用于每日快速測量加速器射束的多項參數(shù)，是一種重要、便捷的日檢質(zhì)量控制設(shè)備。李承軍等[4]對QABC+性能進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，所使用平行板電離室重復(fù)性達(dá)到臨床使用標(biāo)準(zhǔn)，可以用于直線加速器射野日常檢測。加速器經(jīng)過驗(yàn)收或校準(zhǔn)合格后，利用日檢質(zhì)量控制設(shè)備QABC+對其進(jìn)行檢測并建立基準(zhǔn)值，將后續(xù)檢測結(jié)果與基準(zhǔn)值對比進(jìn)行評估，檢測的結(jié)果反映出與基準(zhǔn)值之間的相對偏差，也反映出加速器射野參數(shù)的變化情況。超過設(shè)定的閾值，QABC+會以紅燈警示，若超出設(shè)定值，需要對加速器進(jìn)行檢查。QABC+無法檢測基準(zhǔn)值的對與錯，因此如果基準(zhǔn)值錯誤，后續(xù)的檢測結(jié)果就會與錯誤值進(jìn)行對比，當(dāng)加速器重新進(jìn)行維修、參數(shù)調(diào)整或日檢質(zhì)量控制設(shè)備進(jìn)行維修后，需要重新獲取基準(zhǔn)值。

6 MV光子線射野劑量輸出特性是評價加速器射束的重要參數(shù)，本研究TrueBeam加速器的測量結(jié)果中，18次中心軸劑量偏差＞2%，提示需要利用電離室對加速器劑量輸出的一致性進(jìn)行檢測，經(jīng)檢查其中4次是QABC+出現(xiàn)氣壓溫度探測器故障，返修之后對QABC+進(jìn)行重新標(biāo)定；13次是由于加速器劑量聯(lián)鎖，導(dǎo)致輸出劑量低于預(yù)設(shè)劑量。中心軸劑量、平坦度，軸向?qū)ΨQ性和橫向?qū)ΨQ性數(shù)值反映出射線的穩(wěn)定性。本研究4個參數(shù)的合格率分別為99.7%、100%、100%和100%，由此可見TrueBeam的6 MV光子射線束具有很好的穩(wěn)定性，其中橫向?qū)ΨQ性具有正向偏移的上升趨勢，需要在日常質(zhì)量控制工作中加以重視。

本研究的日檢質(zhì)量控制設(shè)備QABC+系統(tǒng)對稱性的定義與TrueBeam系統(tǒng)有區(qū)別，在計算對稱性時未考慮中心軸劑量，可能是考慮到3.5 cm深度處射野離軸曲線呈“horn形分布”，故QABC+系統(tǒng)測量的對稱性偏差參數(shù)隨時間變化趨勢比對稱性參數(shù)更能反映射野的穩(wěn)定性[15]。

經(jīng)過18個月的日檢質(zhì)量控制設(shè)備QABC+的日檢研究結(jié)果顯示，TrueBeam的6 MV光子線劑量輸出特性具有很好的長期穩(wěn)定性，能夠滿足臨床要求。

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