術中放療加速器Mobetron的臨床運用測量及質量保證方法

沈文同　陳　毅　張毅斌　趙勝光

上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院腫瘤放化療科，上海市　200025

術中放療加速器Mobetron的臨床運用測量及質量保證方法

沈文同陳毅張毅斌趙勝光

上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院腫瘤放化療科，上海市200025

術中放療技術最早可追溯至20世紀50年代，當時因技術限制未能推廣。它治療的時間很短，劑量率很高，有較高的表面劑量，而瘤床后的正常組織所受的劑量很低。最近20年以來由于移動式術中放療加速器的出現(xiàn)使得術中放療又成為放療中的一個熱點，歐美已將該技術應用于多種腫瘤的治療并且療效可觀[1]。筆者所在醫(yī)院于2010年引進了美國IntraOp公司的移動式術中放療加速器Mobetron，現(xiàn)介紹一下它臨床運用特性和每日質量保證的測量結果，為其臨床使用提供必要的數(shù)據和質量保證。

1資料與方法

1.1術中放療加速器Mobetron的介紹該加速器由美國IntraOp公司生產，它由三部分組成：控制部分(加速器遠程控制系統(tǒng)及BEV監(jiān)控系統(tǒng))、調制部分(加速器本地控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng))和治療頭(射線發(fā)生裝置)。它使用了較高頻率的X波段高頻磁控管(10GHz)[2]，使得加速管的尺寸和重量較常規(guī)直線加速器的大大降低。整個治療頭集成到了機頭里，其重量僅為1 250kg，并且在機身下面安裝了電動的三輪托架，在手術室里操作者通過控制駕駛盤就可以實現(xiàn)治療頭移來移去，方便手術中的擺位治療。加速器配置有4、6、9、12MeV電子線，有高低兩種劑量率模式，常用高劑量率1 000MU/min，標稱源皮距為50cm。射束正下方裝有射線阻擋裝置(Beam Stopper)使射線的防護降低到一個很低的水平，Mobetron不需特別屏蔽就可在常規(guī)手術室使用[3]。加速器配有3～10cm(間隔0.5cm)直徑，端面傾角分別為0°、15°、30°的圓形限光筒，一套專用的QA限光筒及適配器，另還配有厚度為0.5cm和1.0cm的組織補償器，消毒隔離帽等附件。

Mobetron還有一套特殊的射線對位裝置即所謂激光軟到位對準裝置，用它來實現(xiàn)射束中心線與限光筒中心線的對齊。實際治療時先由醫(yī)生在瘤床表面置放限光筒，然后由技術員控制手控盒來實現(xiàn)激光軟到位，限光筒對好后再在控制部分上出束治療。在照射前醫(yī)生還可以通過控制部分的BEV監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)控靶區(qū)是否在野內以及重要器官是否已移出限光筒[4]。

1.2加速器臨床運用及質量保證測量測量儀器有三維水箱及半導體探頭、IBA劑量儀DOSE-Ⅰ、0.6cc Farmer電離室(FC65-P)。測量項目有垂直于水模體表面的中心軸百分深度劑量和平行于水模體表面的射野離軸比、相對輸出因子、每日質量保證(QA)數(shù)據。測量時使限光筒端面與水面相切，標稱源皮距為50cm。

2結果

2.1百分深度劑量

2.1.1參考深度：取最大射野Φ10cm最大劑量深度Dm作為該能量不同限光筒直徑以及不同傾斜角的參考深度(表1)。從表中看出，傾斜角度越大時，Dm變小即最大劑量深度變淺。

表1　不同能量不同傾斜角最大限光筒的

2.1.2表面劑量：表2列出了不同能量和不同限光筒的表面劑量。從表中可看出：(1)表面劑量隨能量升高而增加，這一點與常規(guī)外照射電子線類似；(2)除4MeV外相同能量相同直徑的限光筒端面角度為15°時電子束表面劑量最大，4MeV時從0°逐漸增加，到30°時為最大；(3)除4MeV外同一能量不同限光筒直徑之間限光筒直徑5cm為最低點，4MeV時隨限光筒直徑增加而增加。

2.1.3有效治療深度R85：即治療劑量規(guī)定值(85%Dm)處的深度[5]：如表3所示，有效治療深度隨能量增加而增加，隨端面傾斜角增加而減少，同時還受到限光筒尺寸的影響。

表2　不同能量不同直徑限光筒的表面劑量分布(%)

表3　不同能量不同直徑限光筒的有效治療深度R85(cm)

2.2相對輸出因子輸出因子的測量深度與相應能量的百分深度劑量參考深度一致，以0°傾角的10cm限光筒的測量值歸一來計算相對輸出因子(表4)。從表中可看出，輸出因子并無明顯的變化規(guī)律，能量增大輸出因子可大可小，同樣限光筒直徑增大，輸出因子也可大可小。

2.3對稱性和平坦度用三維水箱掃描了不同能量的各種直徑、傾斜角的限光筒，掃描結果可概括為：筒的直徑>5cm 且傾斜角為0°的對稱性在3%以下，平坦度在6%以下，這與常規(guī)加速器相似；傾斜角為0°且直徑≤5cm，或者有傾斜角的筒對稱性和平坦度都較差。

2.4每日QA數(shù)據Mobetron加速器有其關于QA的獨特配置，就是每擋電子線能量配有兩個適配器模塊，一個測量點深度為對應最大劑量深度Dm的模塊，另一個為50%劑量深度D50，還專門配備了一個專用QA限光筒，當測量輸出量的時候，用最大深度的模塊；當測量射線質的時候，就用50%的模塊。因此以上劑量曲線測量完后，就按照國家劑量測定規(guī)程校正了每個能量的輸出絕對劑量。絕對劑量標定完后按照以上機器專用配置立即采集了每日QA的參考數(shù)據如表5所示，用于以后每次治療前的劑量QA基準，表中數(shù)據每次射線跳數(shù)為200MU。

表4　不同能量不同直徑限光筒的輸出因子

表5　每日QA數(shù)據

3討論

Mobetron加速器是美國IntraOp公司生產的專門用于術中放療的可移動式電子直線加速器，它只產生電子線，有許多自身的特點，在測量中遇到了一些問題：(1)沒有等中心也沒有射野中心線的指示包括激光等中心線的指示。因此為了使測量電離室置于射野中心，我們想了一個方法就是將最小直徑的傾斜角為0°的限光筒裝上機頭，然后讓其下降直到距水面1cm左右，使探頭對準限光筒的中心，再使探頭中心位于水面即深度為零的地方，把它設為掃描的原點，由于最小限光筒的直徑為3cm，這樣做誤差就很小。(2)在測量有傾斜角度的限光筒時，必須使其斜面與水面相切，而此時機架必然要旋轉，勢必會導致機架與三維水箱箱壁碰撞，只有使水箱里的水位很高，才能由于水箱有一定的寬度避免這個問題，實際我們確實是加了很多水。(3)由于機器自帶射線阻擋器，位于射線正下方，測量時無法將水箱置于機頭下面，經過計算幾何距離后特地請醫(yī)院后勤處制作了一張木頭的桌子，它非常結實，將其架于射線阻擋器上方，然后再將水箱置于其上開始測量。

第一項百分深度劑量的測量：(1)參考深度的測量結果，即傾斜角度越大時，Dm變小，分析原因這是由于線束斜入射導致最大電離深度處旁散射份額增加，使最大電離峰值向模體表面移動，電子線穿透能力相對降低的原因造成的[6]。(2)表面劑量的測量結果，即表面劑量隨能量升高而增加，這是由于電子束易于散射，造成表面劑量隨能量增加而增加[5]；不過Mobetron加速器的表面劑量比常規(guī)加速器的更高，可以用以下原因來解釋：常規(guī)加速器的偏轉磁鐵在使束流偏轉時，同時對電子束的能譜進行選擇，使得束流中低能部分減少,而Mobetron束流不需要偏轉；另外Mobetron限光筒的設計使機頭中射線散射更大，就會增加低能量電子線的比例[7],最終導致表面劑量升高?？傊甅obetron的表面劑量有其自身的特點，選用治療參數(shù)時需考慮這個因素。(3)有效治療深度R85的測量，結果表明治療時需根據腫瘤的深度合理選擇射線能量、限光筒大小、傾斜角度。

第二項輸出因子的測量結果，分析原因主要是電子束有一定的射程，易于散射，再加上加速器本身設計的限束系統(tǒng)等的限制，使得輸出因子隨能量、照射野的變化規(guī)律變得復雜[5]，同時射野對輸出因子的影響在小野時會非常顯著。本機測量的結果也是小野的因子明顯偏小，因此對小野的數(shù)據要足夠重視并精確測量[6]。

第三項射野對稱性和平坦度的測量，結果表明有傾斜角的限光筒對稱性和平坦度都較差，究其原因是測量時必須使限光筒的端面與水面相切，也就是射線的斜入射導致指標變差。因此不能以有傾斜角的限光筒來評價相應能量的對稱性和平坦度指標，必須以0°的限光筒測量結果作為參考。

第四項每日QA數(shù)據采集，是Mobetron投入臨床使用時保證機器的射線質量和劑量準確的關鍵步驟，是重要的質量保證方法。國際上也有相應的報告建議這樣做，比如美國AAPM TG-72號報給建議每天使用前檢查術中放療射線的射線質和輸出量，每月檢測射野平坦度和對稱性，因此質量保證工作除了每日QA，還必須進行月QA。月QA的方法可使用一些平面劑量分布檢測設備比如半導體陣列Profiler(美國Sun Nuclear)每月1次來檢查射野的平坦度和對稱性，檢查的參考標準為前述三維水箱的測量結果。

另外在QA時如發(fā)現(xiàn)問題，比如某一指標超標，應停止臨床使用，聯(lián)系維修工程師一起查找原因，調整機器參數(shù)后重新測量(必要時用三維水箱)直至指標符合標準。

總之通過以上項目的測量，了解了Mobetron加速器的臨床運用特性，獲得了臨床使用和每日QA數(shù)據，并為臨床提供了質量保證的方法。

參考文獻

[1]Calvo FA,Meirino RM,Orecchia R.Intraoperative radiation therapy〔J〕.Critical Reviews in Oncology Hematology,2006,59(2):106-127.

[2]Mills MD,Fajardo LC,Wilson DL，etal.Commissioning of a mobile electron accelerator for intraoperative radiotherapy〔J〕.J Appl Clin Med Phys,2001,2(3):121-130.

[3]Beddar AS.Stability of a mobile electron linear accelerator system for intraoperative radiation therapy〔J〕.Medical Physics,

2005,32(10):3128-3131.

[4]Beddar AS,Domanovic MA,Ellis RJ,etal.Using intraoperative radiation therapy-a case study〔J〕.AORN Journal,2003,77(2):412-417.

[5]張紅志.高能電子束射野劑量學〔M〕//胡逸民,主編.腫瘤放射物理學.北京：原子能出版社,1999:229-274.

[6]馮寧遠.電子線劑量學〔M〕//馮寧遠，謝虎臣，史榮，等，主編.實用放射治療物理學.北京：北京醫(yī)科大學、中國協(xié)和醫(yī)科大學聯(lián)合出版社，1998:215-238.

[7]Beddar AS,Biggs PJ,Chang S,etal.Intraoperative radiation therapy using mobile electron linear accelerators.Report of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group No.72〔J〕.Medical Physics,2006,33(5):1476-1489.

(本文通訊作者：趙勝光)

(編輯 雅文)

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摘要目的：測量移動式術中放療加速器Mobetron，獲知它的電子線臨床運用特性，并獲得質量保證方法。方法：使用測量儀器包括三維水箱、劑量儀、0.6cc Farmer電離室，測量移動式術中放療加速器Mobetron的臨床運用數(shù)據。測量項目有各檔能量電子線垂直于水模體表面的中心軸百分深度劑量和平行于水模體表面的射野離軸比、相對輸出因子、每日質量保證(QA)數(shù)據。測量時使限光筒端面與水面相切，標稱源皮距為50cm。結果：各檔能量電子線最大劑量深度隨限光筒傾斜角度增加而變淺，表面劑量隨能量升高而增加，并且比常規(guī)加速器更高。對10cm直徑、0°傾斜角的限光筒四檔能量的最大劑量深度依次為6、12、16、20mm；有效治療深度依次為0.9、1.9、2.7、3.6cm；輸出因子隨能量、限光筒直徑的變化無明顯規(guī)律；有傾斜角的筒對稱性和平坦度都較差；四檔能量質量保證每日QA數(shù)據輸出量依次為2.098、2.196、2.201、2.260Gy，射線質依次為1.390、1.648、1.078、1.181Gy。結論：通過測量了解了Mobetron加速器的臨床運用特性，獲得了臨床使用和每日QA的數(shù)據，為臨床提供了質量保證的方法。

關鍵詞術中放療電子線測量質量保證

Measurment of the Clinical Use and Method of Quality Assurance for Mobetron Mobile Intra-Operative Radiotherapy Accelerator

SHEN Wentong,CHEN Yi,ZHANG Yibin,etal.DepartmentofTumorRadiationandChemotherapy,RuijinHospital,ShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMedicine,ShanghaiCity200025

ABSTRACTObjective:Measure the Mobetron mobile intra-operative radiotherapy accelerator in order to find out its clinical characteristics of electron beam and acquire method of quality assurance.Methods:Using measurement instruments including 3D water scanning tank,dosimeter,0.6cc Farmer ionization chamber to measure the clinical characteristics data for Mobetron mobile intra-operative radiotherapy accelerator. For every energy electron beam the measurement items were as followings: percentage depth dose perpendicular to the surface of the water phantom and beam profiles parallel to water phantom surface, relative output factors, daily QA data.During measurement the applicator end was placed to be tangent with water surface meanwhile the nominal source distance to water surface was 50cm.Results:Every energy electron beam the maximum dose depth became shallow with applicator tilt angel increased, the skin dose became large when energy rised,as well as the skin dose for Mobetron was more higher than the regular accelerator. For a 10cm 0°applicator the Dmax depth in water were 6,12,16 and 20mm for the 4 energies,respectively.The valid treatment depth were 0.9,1.9,2.7 and 3.6cm,respectively.Output factor along with the change of energy, the diameter of applicator had no obvious rule. For the beveled applicator the symmetry and flatness was all worse. For four energy of daily QA data the output were in turn 2.098, 2.196, 2.201,2.260Gy,and the beam quality were 1.390,1.648,1.078,1.181Gy.Conclusion:Through measuring of machine the clinical characteristics of Mobetron are understood, the data of clinical use and daily QA are acquired,and the quality assurance method for clinical use is also provided.

KEY WORDSRadiotherapy Intra-operative, Electron beam, Measurement,Quality assurance

收稿日期2014-10-29

中圖分類號：R815.2

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7585(2015)05-0586-04