低MU對(duì)不同加速器X射線劑量學(xué)影響的研究

王剛，王惠，張宗春

青島市中心醫(yī)院 放射物理科，山東青島 266042

低MU對(duì)不同加速器X射線劑量學(xué)影響的研究

王剛，王惠，張宗春

青島市中心醫(yī)院 放射物理科，山東青島 266042

目的通過(guò)研究低MU對(duì)醫(yī)科達(dá)Precise、醫(yī)科達(dá)Synergy、瓦里安21CX三臺(tái)加速器X射線劑量學(xué)的影響，設(shè)置計(jì)劃系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)。方法測(cè)量三臺(tái)加速器在不同MU下輸出劑量的線性、劑量分布均勻度和射線質(zhì)3種描述射線束基本特性的參數(shù)。結(jié)果在1≤MU＜5時(shí)，每個(gè)MU的劑量差別≤1.9%，當(dāng)MU≥5時(shí)，每個(gè)MU的劑量差別≤0.8%。MU≥3時(shí)三臺(tái)加速器的平坦度、對(duì)稱(chēng)性、射線質(zhì)誤差均在允許范圍內(nèi)。結(jié)論不同型號(hào)加速器參數(shù)不同，低MU對(duì)加速器的影響大小是不同的，因此要定期測(cè)量加速器的啟動(dòng)特性。

低MU；輸出劑量的線性；射野平坦度；射野對(duì)稱(chēng)性；射線質(zhì)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)和醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，放射治療技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)今三維放射治療已得到了廣泛應(yīng)用。三維適形放射治療（Three Dimensional Conformal Radiation Therapy，3D-CRT）可以在保證靶區(qū)高劑量的基礎(chǔ)上，有效地降低危及器官的受量。更為精確的調(diào)強(qiáng)放射治療（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）是針對(duì)靶區(qū)三維形狀和危及器官與靶區(qū)的具體解剖關(guān)系對(duì)束強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，整個(gè)靶區(qū)體積內(nèi)劑量分布比3D-CRT更為均勻。

動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)和靜態(tài)調(diào)強(qiáng)是現(xiàn)代調(diào)強(qiáng)的兩種主流方式，其中靜態(tài)調(diào)強(qiáng)利用多葉光柵（Multi-leaf Collimators，MLC）將每個(gè)照射野分成若干個(gè)子野，且賦予不同的權(quán)重以達(dá)到預(yù)期的治療效果。因此，靜態(tài)調(diào)強(qiáng)中可能存在MU值很低的子野，低MU成為靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療中影響X線劑量學(xué)的因素之一，現(xiàn)基于我院三臺(tái)加速器就低MU對(duì)X射線劑量學(xué)影響展開(kāi)研究[1-2]。

1 材料與方法

本文采用X射線劑量學(xué)中的輸出劑量線性、劑量分布均勻度和射線質(zhì)三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)描述低MU對(duì)不同加速器X射線劑量學(xué)的影響。研究測(cè)量了醫(yī)科達(dá)Precise、醫(yī)科達(dá)Synergy、瓦里安21CX三臺(tái)加速器，其劑量率分別為300 MU/min、600 MU/min、600 MU/min。

1.1 輸出劑量線性

在加速器輸出劑量校準(zhǔn)條件下測(cè)量：SSD=100 cm，射野10 cm×10 cm，水下1.5 cm，利用電離室劑量?jī)x（靈敏體積0.6 cm3）、IBA Dose靜電計(jì)和容積為30×30×30標(biāo)準(zhǔn)水箱測(cè)量并標(biāo)定上述三臺(tái)加速器。分別重復(fù)測(cè)量1、2、3、4、5、7、10、15、20、30、50、100 MU時(shí)的實(shí)際劑量，重復(fù)次數(shù)為5次，計(jì)算不同MU實(shí)際照射劑量的平均值，然后以照射100 MU時(shí)得到的實(shí)際照射劑量平均值進(jìn)行歸一化處理，繪制MU與歸一化劑量的關(guān)系曲線。

1.2 射野均勻性

射野的平坦度和對(duì)稱(chēng)性是用來(lái)評(píng)估射野均勻性的兩大常用參數(shù)，具體測(cè)量方法分為膠片測(cè)量和矩陣測(cè)量?jī)煞N。研究首先采用IBA電離室矩陣進(jìn)行定性分析，電離室矩陣測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為源軸距SAD=100 cm，測(cè)量水下5 cm，分別選擇射野大小為20 cm×20 cm。IEC規(guī)程建議當(dāng)射野尺寸≤30 cm時(shí)，在射野80%范圍內(nèi)計(jì)算平坦度和對(duì)稱(chēng)性。平坦度計(jì)算公式為（Dmax-Dmin）/（Dmax+Dmin），其中Dmax和Dmin分別為最大劑量值和最小劑量值。對(duì)稱(chēng)性計(jì)算公式為[|Dleft-Dright|/|Dleft+Dright|]max，其中Dleft和Dright分別表示基于射野中心軸相互對(duì)稱(chēng)的兩點(diǎn)的劑量值，IEC規(guī)程要求平坦度和對(duì)稱(chēng)性誤差均≤3%。

1.3 射線質(zhì)

各類(lèi)加速器產(chǎn)生的高能X射線能譜是連續(xù)譜，最大能量可認(rèn)為與加速電子打靶前的能量相同。由于高能X射線的穿透力較強(qiáng)，線性衰減系數(shù)隨射線質(zhì)變化值較小，因此高能X射線的射線質(zhì)通常采用電子的標(biāo)稱(chēng)加速電位表示。對(duì)于2～25 MV的X射線，推薦用標(biāo)準(zhǔn)照射條件源皮距SSD=100 cm，射野10 cm×10 cm下水模體中的80%中心軸脊梁深度d80，來(lái)確定其標(biāo)稱(chēng)加速電位。所選擇的X射線靶和均整器的材料、厚度等因素會(huì)影響X射線能譜，X射線質(zhì)只能用反映其穿透能力的因素來(lái)表示，如用d80來(lái)確定標(biāo)稱(chēng)加速電位的值。但此方法會(huì)因能量較高的反沖電子進(jìn)入表淺部位，增加最大百分深度劑量，以致影響d80的數(shù)值。射線質(zhì)的測(cè)量方法一般有兩種：一是保持靶到探測(cè)器距離不變，分別以水模體中20 cm處與10 cm處的組織模體比（Tissue Phantom Ratio，TPR）比值表示；二是保持靶到模體表面的距離不變，以水模體中20 cm和10 cm處的百分深度劑量（Percentage Depth Dose，PDD）比值表示[3]。IEC劑量規(guī)程推薦采用TPR20,10作為描述射線質(zhì)的參數(shù)。在加速器輸出劑量校準(zhǔn)條件下測(cè)量：SSD=100 cm，射野10 cm×10 cm，利用電離室劑量?jī)x（靈敏體積0.6 cm3）、IBA Dose靜電計(jì)和容積為30 cm×30 cm×30 cm標(biāo)準(zhǔn)水箱，分別測(cè)量10 cm深的劑量D10和20 cm深的劑量D20，通過(guò)公式TPR20,10=1.2661×D20/D10-0.0595可求得TPR20,10。

2 結(jié)果

2.1 輸出劑量線性

本研究所用醫(yī)科達(dá)Synergy、瓦里安21CX和醫(yī)科達(dá)Precise三臺(tái)加速器輸出劑量的線性曲線，見(jiàn)圖1。其中，三臺(tái)加速器在1≤MU＜5時(shí)，每個(gè)MU的劑量差別≤1.9%，當(dāng)MU≥5時(shí)，每個(gè)MU的劑量差別≤0.8%。

圖1 三臺(tái)加速器輸出劑量的線性曲線

2.2 射野均勻性

瓦里安21CX、醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy三臺(tái)加速器輸出劑量的平坦度曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 三臺(tái)加速器輸出劑量的平坦度曲線

瓦里安21CX、醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy三臺(tái)加速器輸出劑量的對(duì)稱(chēng)性曲線，見(jiàn)圖3。

瓦里安21CX在輸出跳數(shù)＞1 MU時(shí)平坦度和對(duì)稱(chēng)性誤差均在允許范圍內(nèi)，醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy在輸出跳數(shù)≥3 MU時(shí)平坦度和對(duì)稱(chēng)性誤差均在允許范圍內(nèi)，MU為1和2時(shí)誤差較大。

圖3 三臺(tái)加速器輸出劑量的對(duì)稱(chēng)性曲線

2.3 射線質(zhì)

三臺(tái)加速器在深度20 cm與10 cm的組織模體比TPR20,10體數(shù)值，見(jiàn)表1。

表1 三臺(tái)加速器的組織模體比TPR20,10數(shù)值

通過(guò)分析這三臺(tái)加速器的數(shù)據(jù)，可得出對(duì)于醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy兩臺(tái)加速器，以100 MU時(shí)的PDD（10）為參考。其中醫(yī)科達(dá)Precise、醫(yī)科達(dá)Synergy、瓦里安21CX三臺(tái)加速器的PDD（10）分別為67.5，66.9和68.2。醫(yī)科達(dá)Precise在MU為1時(shí)偏差為3.7%，MU≥3時(shí)，偏差均在2%范圍內(nèi)；醫(yī)科達(dá)Synergy在MU=1時(shí)偏差為2.9%，MU≥3時(shí)，偏差均在2%范圍內(nèi)；瓦里安21CX在MU=1時(shí)偏差為7.2%，MU≥3時(shí)，偏差均在2%范圍內(nèi)。按照《AAPM Report 13》、《ICRU Report No.24》和WHO相關(guān)文件以及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，輻射質(zhì)指數(shù)精度不能超過(guò)2%[4]，所以在MU≥3時(shí)能達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論

2003年AAPM調(diào)強(qiáng)報(bào)告中提到在使用調(diào)強(qiáng)放射治療的過(guò)程中需要檢查每一個(gè)MU劑量的恒定值[5]。加速器內(nèi)部的機(jī)械和電路問(wèn)題都會(huì)影響到加速器的射線束能譜分布，因此需要定期檢查不同廠家不同型號(hào)加速器低MU的劑量輸出特性。校準(zhǔn)三臺(tái)加速器的輸出劑量時(shí)，在二維水箱中使用IBA Dose劑量?jī)x和0.6 cc電離室對(duì)IMRT所用的加速器進(jìn)行檢測(cè)和刻度，瓦里安21CX通過(guò)調(diào)整劑量檢測(cè)系統(tǒng)得有關(guān)閾值電位器，醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy兩臺(tái)加速器在工作站上手動(dòng)輸入自動(dòng)控制進(jìn)行調(diào)整，在標(biāo)準(zhǔn)條件下得到1 MU=1 cGy，誤差＜0.1%[6-7]。

通過(guò)測(cè)量我科瓦里安21CX、醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy三臺(tái)加速器1～100 MU范圍內(nèi)輸出劑量線性。我科三臺(tái)加速器在1≤MU＜5時(shí)，每個(gè)MU的劑量差別≤1.9%，當(dāng)MU≥5時(shí)，每個(gè)MU的劑量差別≤0.8%。對(duì)于加速器的平坦度和對(duì)稱(chēng)性的測(cè)量，瓦里安21CX在輸出跳數(shù)＞1 MU時(shí)平坦度和對(duì)稱(chēng)性誤差均在允許范圍內(nèi)。醫(yī)科達(dá)Precise和醫(yī)科達(dá)Synergy在輸出跳數(shù)≥3 MU時(shí)平坦度和對(duì)稱(chēng)性誤差均在允許范圍內(nèi)。MU≥3 時(shí)，三臺(tái)加速器的射線質(zhì)偏差均在2%范圍內(nèi)，符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。從測(cè)量結(jié)果可以看出，治療計(jì)劃中設(shè)定子野最小劑量5 MU是可以達(dá)到要求的。

不同廠家的加速器設(shè)計(jì)不同、加速器射線啟動(dòng)方式不同、劑量率有差別，因此低MU對(duì)不同加速器的影響是不同的。必須針對(duì)所使用的具體機(jī)型進(jìn)行劑量學(xué)特性的測(cè)量、分析、研究，并采用合適的劑量修正方法，在使用放療技術(shù)時(shí)才能更安全可靠。

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Study on the Effect of X-ray Dosimetry of Different Accelerators at Low Monitor Units

Objective By studying the effect of X-ray dosimetry of three accelerators,including Elekta Precise,Elekta Synergy,and Varian 21CX,this paper aimed to set up optimized parameters for treatment plan system.Methods On different level monitoring unit (MU),the research measured three basic parameters to describer X-ray characteristics: linearity of output dose,feld uniformity,and hardness.Results When 1≤MU＜5,the dosage difference of each monitoring unit was less than 1.9%;when MU≥5,the dosage difference of each monitoring unit was less than 0.8%;when MU≥3,the errors of the uniformity,symmetry,and hardness were all within the allowable range.Conclusion Different types of occelerators had different parameters,the effects of low MU on accelerators varied.Thus it was necessary to measure basic characteristics of different accelerators at regular intervals.

low monitoring unit (MU);linearity of output dose;feld uniformity;feld symmetry;hardness

WANG Gang,WANG Hui,ZHANG Zong-chun
Department of Radiation Physics,Qingdao Central Hospital,Qingdao Shandong 266042,China

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.029

1674-1633(2016)04-0111-03

2015-07-08

作者郵箱：sunnydaily@126.com