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

張紅紅　丁艷秋　程金生*　翟賀爭

二維矩陣用于加速器調(diào)強適形放射治療質(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。中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所 輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室，研究方向：IMRT劑量學質(zhì)量控制技術研究。

目的：研究二維矩陣應用于調(diào)強適形放射治療(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)量控制項目進行檢測分析。結果：6臺加速器的不同質(zhì)量控制項目檢測符合相應標準，不同矩陣間未出現(xiàn)明顯差異。結論：使用二維矩陣進行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)強適形放射治療質(zhì)量控制；多葉準直器；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、電子照射野影像驗證設備(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電離室是最早應用的電離輻射探測器，劑量學特性好，是絕對劑量驗證點劑量測量的基準劑量儀，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的測量精度可以達到0.1 mm，且直接安裝在加速器上可進行實時或離線驗證，但其設備及相關軟件較為昂貴，方法復雜，測量結果易受各醫(yī)院校準因素影響，普遍應用有一定難度[5-7]；④相比較而言，二維矩陣探測器能夠同時實現(xiàn)點劑量和相對劑量的測量，能量響應和劑量線性好，較高的空間分辨率和測量重復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、高效及準確等優(yōu)點，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，已成為放射治療設備日常質(zhì)量控制的理想工具，更加適合檢測機構工作的特點[9-10]。

調(diào)強適形放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已成為目前放射治療技術的主流，由于IMRT技術的復雜性，其實施過程中任一環(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)個關鍵指標，如多葉準直器(multileaf collimator，MLC)葉片到位精度、MLC透射率、MLC到位重復性及劑量驗證等，探討應用二維矩陣進行IMRT質(zhì)量控制檢測的可行性，以適應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)，工作人員定期進行質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，實驗前均采用經(jīng)國家二級標準劑量學實驗室(SSDL)標定過的0.6 cm3電離室對加速器出束和二維矩陣劑量特性進行校準。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行嚴格刻度，保證以其為基礎的邊緣函數(shù)的準確性[11]。設計兩個10 cm×22 cm的照射野，其一為基準射野，矩陣中心對準射野中心，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(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，離電離室較遠的區(qū)域(10～3 mm)步進長度為1 mm，靠近電離室區(qū)域(≤3 mm)的步進長度改為0.2 mm?；鶞噬湟罢丈?00 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，并由相應軟件獲取電離室讀數(shù)，測量射野的電離室讀數(shù)以基準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)的同側所有葉片邊緣函數(shù)進行比較，以校正MLC葉片的到位精度。

2.3MLC的透射率

加速器機架角度置于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的到位重復性

加速器機架角置于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；關閉MLC，5 min后重復上述步驟，再得出劑量分布圖。將機架角旋轉至45o、135o時重復上述步驟。用矩陣分析軟件對兩次得到的劑量分布圖進行分析，由Gamma劑量分析方法對結果進行評價，選擇劑量偏差2%和距離偏差2 mm(即2%/2 mm)作為判定標準。

2.5劑量驗證

二維矩陣對IMRT劑量驗證分為點劑量和相對劑量分布驗證，即將IMRT照射野中感興趣點劑量和射野內(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)等方法進行分析。

本次試驗僅針對平面劑量分布進行驗證，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做驗證計劃，加速器上擺位，調(diào)取計劃進行照射，用矩陣所帶相應分析軟件對計劃劑量分布與實際測量劑量分布進行比較，由Gamma劑量分析方法對結果進行評價，選擇劑量偏差3%和距離偏差3 mm(即3%/3 mm)的常用評價標準，得出驗證通過率[12]。

3　加速器質(zhì)量控制檢測結果

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)科達加速器的測試結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果

3.2Gamma通過率、MLC透射率及MLC到位重復性的檢測

5臺加速器劑量驗證Gamma通過率、MLC透射率及MLC到位重復性的檢測結果見表2。5臺加速器劑量驗證通過率最低為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葉片到位重復性較好，且受重力影響可忽略，5～6號在機架角度為45o時到位重復性略差，受當時條件所限，機架角度置135o時未檢測，其差異由半導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驗對象均為國內(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(如電離室和半導體矩陣)中探測器結構材質(zhì)不同，矩陣平板各小探測器的分布也不同等特點，矩陣本身的劑量特性難免存在差異，在日后的研究中應進一步擴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行檢測；排除無關因素，分析不同矩陣間的差異，以便能夠得到更加精確的結果。

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

5　結語

IMRT技術在我國發(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，在合理運用IMRT技術的同時必須非常謹慎地使用該項先進技術，因此嚴格的質(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)療機構日常質(zhì)量控制常用工具，對影響IMRT加速器性能的數(shù)個關鍵指標進行測試，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服務機構常用檢測設備，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)生應急處置關鍵技術研究及其應用”；中國疾控中心輻射安全所青年科學研究所長基金(201405)“螺旋斷層放療質(zhì)量控制計量驗證方法的研究”

①中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所 輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室 北京 100088

②中國醫(yī)學科學院放射醫(yī)學研究所 天津 300192

chengjs3393@163.com

2014-11-25