醫(yī)用直線加速器物理楔形板的質(zhì)控方法研究

董曉慶，胡 杰，岳 堃，張 瑩，張 穎，陸春花，林 清

醫(yī)用直線加速器物理楔形板的質(zhì)控方法研究

董曉慶，胡 杰，岳 堃，張 瑩，張 穎，陸春花，林 清

目的：研究并設(shè)計放射治療設(shè)備醫(yī)用直線加速器中楔形板使用技術(shù)的質(zhì)量控制方法，以保證放射治療的精確執(zhí)行，從而提高腫瘤控制率。方法：分析在使用楔形板時可能導(dǎo)致劑量出現(xiàn)誤差的原因，并實際測量某院直線加速器不同機架角度和不同準直器角度組合下楔形野和平野照射時的吸收劑量，分別計算楔形野和平野下的楔形板運動重復(fù)性和到位精度。結(jié)果：實驗證明，某院直線加速器楔形板運動重復(fù)性和到位精度達到相關(guān)技術(shù)標準，可以安全使用。結(jié)論：楔形板的運動重復(fù)性和到位精度是放射治療質(zhì)量保證體系中的一項重要內(nèi)容，該質(zhì)控方法可作為楔形板的常規(guī)質(zhì)量控制方法，填補了該領(lǐng)域空白。

直線加速器；放射治療；質(zhì)量控制；楔形板

0 引言

在放射治療過程中，為了滿足臨床放射治療的需要，通常利用楔形板對射線進行修整，以獲得楔形劑量分布，達到射束修整的效果。根據(jù)使用原理不同，楔形板可分為物理楔形板和動態(tài)楔形板。動態(tài)楔形板已有學(xué)者研究過[1-5]，本文不再贅述。物理楔形板一般由銅、鉛等重金屬鑄成，對射線束進行濾過修整，從而改變劑量分布的形狀。它分2種類型：一種是楔形角分別為15、30、45和60°4種不同規(guī)格的楔形板，臨床上按實際需要選用；另一種是將楔形角60°的楔形板作為主楔形板，用電動方式驅(qū)動主楔形板按一定的劑量比例與平野輪流照射，合成0～60°范圍內(nèi)任意楔形角的楔形板[6]。物理楔形板的運動和到位依賴限位開關(guān)和電動機的聯(lián)動，長期使用后，這些驅(qū)動部件會不可避免發(fā)生磨損及損壞，由此導(dǎo)致楔形板到位發(fā)生偏差，進而影響臨床患者的劑量分布，但目前各類放射設(shè)備質(zhì)量控制方面的文獻中未見楔形板重復(fù)性和到位精度檢測的相關(guān)報道，并在臨床工作中被忽略，存在一些隱患。因此本文旨在探討并形成一種物理楔形板到位精度的質(zhì)量控制可行方法，供同行參考。

1 材料和方法

1.1 測量設(shè)備及條件

（1）測量設(shè)備：Synergy VMAT（旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強）直線加速器（瑞典，醫(yī)科達）；RW3固體水（德國，PTW），其技術(shù)參數(shù)見表1；UNIDOS E劑量儀（德國，PTW），0.125 mL指型電離室（德國，PTW）。

（2）標準測量條件：6 MV X線，SCD（source-chamber distance）=100 cm（SCD是指源到電離室中心的距離），照射野為10 cm×10 cm，醫(yī)用直線加速器每次開機預(yù)設(shè)機器跳數(shù)100 MU，實時溫度和大氣壓輸入劑量儀自動修正，并進行相關(guān)吸收劑量校正因子修正，計算吸收劑量，以保證不同時間段測量實驗的可比性。

電離室在固體水中的測量如圖1所示。

表1 RW3固體水（PTW）技術(shù)參數(shù)

圖1 電離室在固體水中測量

1.2 測量方法

1.2.1 楔形板重復(fù)性測量

在常規(guī)標定刻度條件（即固體水5 cm深度）、相同溫度和大氣壓下，采用6 MV X線，分別測量以下4種情況的吸收劑量：

（1）機架0°準直器90°（G0C90）；

（2）機架0°準直器270°（G0C270）；（3）機架90°準直器90°（G90C90）；（4）機架90°準直器270°（G90C270）。

測量時電離室軸線與射野中心軸垂直，與楔形方向垂直，楔形板60°（楔形野）和0°（平野）狀態(tài)各測量10次，其他條件不變，做實時溫度和氣壓的修正，得到UNIDOS劑量儀10個讀數(shù)，并計算每次的吸收劑量D1，D2，…，D10，單位為cGy。

1.2.2 楔形板到位精度測量

在常規(guī)標定刻度條件、X線6 MV下，機架保持0°不變，楔形板60°（楔形野）和0°（平野），交替旋轉(zhuǎn)準直器90和270°，其他條件不變，準直器每一狀態(tài)下各測量10次，做實時溫度和氣壓的修正，得到UNIDOS劑量儀的10個讀數(shù)，并計算每次的吸收劑量D1，D2，…，D10，單位為cGy。

1.3 數(shù)據(jù)分析

重復(fù)性是加速器劑量監(jiān)測系統(tǒng)的最基本性能。根據(jù)貝塞爾公式，醫(yī)用電子加速器劑量監(jiān)測系統(tǒng)的重復(fù)性可按公式1[7]計算變異系數(shù)S：式中：Ri為第i次測量時劑量監(jiān)測系統(tǒng)的計數(shù)值與吸收劑量測量值的比值，無量綱；n為測量次數(shù)；R為 Ri的平均值，即

醫(yī)用電子加速器劑量監(jiān)測系統(tǒng)的重復(fù)性用變異系數(shù)S表示，國際原子能機構(gòu)IAEA規(guī)定S最大不應(yīng)超過0.7%[8]。國際電工委員會IEC 977號報告規(guī)定S最大不應(yīng)超過0.5%[9]。目前國際國內(nèi)仍沿用這2個標準來衡量加速器監(jiān)測系統(tǒng)的重復(fù)性精度。

對于直線加速器楔形野照射時的重復(fù)性精度，S包括平野重復(fù)性精度So和楔形野重復(fù)性精度Sw2個部分。國際原子能機構(gòu)規(guī)定平野重復(fù)性精度指數(shù)So的精度必須好于0.7%，我們認為楔形板重復(fù)性精度Sw也應(yīng)滿足這個標準，則S=（So2+Sw2）1/2=（0.7%2+0.7%2）1/2= 1%。如果實際測量到的重復(fù)性精度指數(shù)S＜1%，則說明醫(yī)用直線加速器楔形板重復(fù)性精度達到標準；若S＞1%，則說明醫(yī)用直線加速器楔形板重復(fù)性精度不達標。

對于楔形板的到位精度測量，分別測量G0C90（楔形板薄端朝向機架）下10 cm×10 cm射野5 cm深度處10次吸收劑量的平均值和G0C270（楔形板厚端朝向機架）下10 cm×10 cm射野5 cm深度處10次吸收劑量的平均值，其中單位為cGy。則楔形板的到位精度指數(shù)Sm為

到位精度Sm＜1%，說明楔形板不同方向運動時的穩(wěn)定性達到標準；到位精度Sm＞1%，說明楔形板不同方向的到位精度不達標[10]。

2 結(jié)果

2.1 楔形板重復(fù)性精度

（1）機架0°，準直器分別為90、270°。相同條件下，劑量歸一點為每組數(shù)據(jù)的平均值。在G0C90、G0C270的狀態(tài)下，各楔形野的相對劑量如圖2所示，各平野的相對劑量如圖3所示。楔形野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.099 3%、0.060 9%，平野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.031 9%、0.033 9%。說明該醫(yī)用直線加速器在機架為0°時楔形野和平野照射條件下，重復(fù)性非常好。

（2）機架90°，準直器分別為90、270°。相同條件下，劑量歸一點為每組數(shù)據(jù)的平均值。在G90C90、G90C270狀態(tài)下，各楔形野的相對劑量如圖4所示，各平野的相對劑量如圖5所示。楔形野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.050 9%、0.076 2%，平野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.038 1%、0.055 1%。說明該醫(yī)用直線加速器在機架為90°時楔形野和平野照射條件下，重復(fù)性非常好。

圖2 機架0°狀態(tài)下楔形野的相對劑量

圖3 機架0°狀態(tài)下平野的相對劑量

圖4 機架90°狀態(tài)下楔形野的相對劑量

2.2 楔形板到位精度

（1）在相同條件下，機架0°，通過交替更改準直器角度為90和270°，得到G0C90和G0C270 2種狀態(tài)下楔形野吸收劑量的10次平均值分別是 25.219和25.228 cGy。根據(jù)式（1）～（3）得到Sm為-0.04%。說明完全使用楔形板的狀態(tài)下楔形板到位精度十分準確，幾乎對劑量無影響。

（2）得到G0C90和G0C270平野吸收劑量的10次平均值分別是95.144和94.145 cGy。根據(jù)式（1）～（3）得到Sm為-0.01%。由此說明不使用楔形板狀態(tài)下楔形板回到原始位置的到位精度也十分準確，幾乎對劑量無影響。此醫(yī)用直線加速器可以在臨床上使用。

2.3 楔形野和平野各狀態(tài)下的重復(fù)性比較

通過對比每種狀態(tài)下的楔形野和平野的重復(fù)性指數(shù)（如圖6所示），可以看出楔形野比平野狀態(tài)下的重復(fù)性指數(shù)偏高，說明楔形野的重復(fù)性比平野的重復(fù)性稍差，這主要是由于楔形板散射的隨機效應(yīng)造成的，使得束流穩(wěn)定性相對平野稍有偏差，但仍舊在誤差范圍之內(nèi)，可以用于臨床放射治療。

3 討論

根據(jù)貝塞爾公式可以算出，在G0C90、G0C270、G90C90、G90C270條件下，楔形野重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.099 3%、0.060 9%、0.050 9%、0.076 2%，平野重復(fù)性精度指數(shù)分別是0.031 9%、0.033 9%、0.038 1%、0.055 1%。4個狀態(tài)下的楔形野和平野的重復(fù)性精度指數(shù)S＜1%。說明醫(yī)用直線加速器楔形板重復(fù)性達到相關(guān)國際標準，即楔形板的限位開關(guān)和運動電動機無任何損傷，目前可以精確到位。若重復(fù)性精度指數(shù)S＞1%，說明醫(yī)用直線加速器的楔形板重復(fù)性不準確。導(dǎo)致這一問題產(chǎn)生的原因有2個：一是楔形板的限位開關(guān)出現(xiàn)松弛，二是電動機絲桿出現(xiàn)磨損。應(yīng)根據(jù)實際情況更換相關(guān)配件，否則患者的劑量分布不準確，不能達到精確放射治療的要求。此種方法可作為楔形板運動重復(fù)性檢測的常規(guī)質(zhì)量控制方法。通過交替更換準直器角度測量G0C90、G0C270下的吸收劑量，楔形野和平野的到位精度指數(shù)Sm＜1%，說明楔形板的薄端和厚端到位精度都十分準確，即楔形板的旋轉(zhuǎn)軸與射束的中心軸一致。若Sm＞1%，說明楔形板的旋轉(zhuǎn)軸與射束的中心軸不一致，應(yīng)及時調(diào)整使楔形板旋轉(zhuǎn)軸與射束的中心軸一致，否則治療計劃系統(tǒng)計算的劑量與患者實際接受到的劑量有誤差，患者得到的真實劑量無法控制，可能會出現(xiàn)嚴重的并發(fā)癥。此種方法可以作為楔形板到位精度的常規(guī)質(zhì)量控制方法。對比每種狀態(tài)下的楔形野和平野的重復(fù)性指數(shù)，如楔形野比平野狀態(tài)下的重復(fù)性指數(shù)偏高，說明楔形野的重復(fù)性比平野的重復(fù)性稍差，束流穩(wěn)定性相對平野下稍有偏差，但仍舊在誤差容許范圍之內(nèi)，即本院醫(yī)用直線加速器的日常放射治療過程中，可以使用楔形板進行放射治療，但在能進行平野放射治療時，盡量不使用楔形板，因為楔形板對劑量分布會產(chǎn)生一定的影響[11-14]。本實驗采用新安裝的醫(yī)用直線加速器進行測量，得到的質(zhì)量控制結(jié)果可以很好地滿足臨床放射治療要求。若醫(yī)用直線加速器使用年限已久，機械磨損等方面的因素必然會影響楔形板的到位精度，從而導(dǎo)致患者實際照射中的劑量分布與治療計劃系統(tǒng)計算得到的劑量分布產(chǎn)生偏差。在醫(yī)用直線加速器日常質(zhì)量控制過程中，放射治療的質(zhì)量控制工作越來越引起放療專家的重視[15-16]，因此，應(yīng)把楔形板的重復(fù)性和到位精度檢測作為放射治療質(zhì)量保證體系中的一項重要內(nèi)容，本文的方法可以作為物理楔形板的常規(guī)質(zhì)量控制方法。

圖5 機架90°狀態(tài)下平野的相對劑量

圖6 不同狀態(tài)下的重復(fù)性指數(shù)

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（收稿：2014-05-20 修回：2014-09-15）

Study on quality control method of wedge filter for linear accelerator in radio therapy

DONG Xiao-qing1,HU Jie1,YUE Kun2,ZHANG Ying1,ZHANG Ying1,LU Chun-hua1,LIN Qing1
（1.Department of Radiation Oncology,the Tenth People's Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200072,China;2.Department of Radiation Oncology,No.3 People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine,Shanghai 201999,China）

ObjectiveTo investigate and design quality control method of the wedge filter in the radiotherapy.Methods The factors might result in dose errors were analyzed,and the absorbed doses in wedge field and open field were measured with different gantry angles and collimator angles of the linear accelerator in some hospital.The repeatability and positioning accuracy of wedge filter were calculated in wedge field and open field.ResultsExperiments showed the linear accelerator wedge filter had the repeatability and positioning accuracy meet the technical standards.Conclusion The repeatability and positioning accuracy of wedge filter are important parts of the quality assurance system in the radiotherapy.This method can be used as routine quality control method. [Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（4）：94-97]

linear accelerator;radiotherapy;quality control;wedge filter

R318.6；TH774

A

1003-8868（2015）04-0094-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.04.094

董曉慶（1984—），女，物理師，助理工程師，主要從事醫(yī)學(xué)物理方面的研究工作。

200072上海，同濟大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院腫瘤放射治療科（董曉慶，胡 杰，張 瑩，張 穎，陸春花，林 清）；201999上海，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第三人民醫(yī)院放療科（岳 堃）

林 清，E-mail：linqing.linda@163.com