螺旋斷層放射治療系統(tǒng)質(zhì)量控制檢測與評價

翟自坡翟賀爭馬永忠彭俊哲趙徵鑫（湖南省職業(yè)病防治院 長沙 40007）（北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院&中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所 天津009）（北京市疾病預(yù)防控制中心 北京 000）

螺旋斷層放射治療系統(tǒng)質(zhì)量控制檢測與評價

翟自坡1翟賀爭2馬永忠3彭俊哲1趙徵鑫21
（湖南省職業(yè)病防治院 長沙 410007）
2
（北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院&中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所 天津300192）3（北京市疾病預(yù)防控制中心 北京 100013）

對湖南省首臺螺旋斷層放射治療（Tomotherapy， TOMO）系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制驗收檢測，掌握設(shè)備的性能水平，為臨床放射治療提供保障。利用 PTW UNIDOS劑量儀及其配套的電離室（0.6 cm3和 0.125 cm3）、MatrixXX矩陣、EBT3膠片和模體，按照AAPM148報告，對TOMO的10個關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示：設(shè)備靜態(tài)輸出劑量偏差＜0.1%，旋轉(zhuǎn)輸出劑量和計劃劑量偏差-1.4%；射線質(zhì)與標(biāo)稱值偏差 0.3%；射野橫向劑量曲線的對稱性0.7%，射野縱向劑量曲線半高寬偏差0.5 mm；多葉準(zhǔn)直器偏移偏差0.6 mm；綠激光燈指示虛擬等中心在X軸、Y軸和Z軸上的偏差均＜1.0 mm；紅激光燈指示和治療床的移動偏差均＜1.0 mm；治療床和機(jī)架旋轉(zhuǎn)同步性偏差0.6 mm。本次檢測TOMO的10項關(guān)鍵指標(biāo)均符合設(shè)備出廠指標(biāo)要求，但仍需持續(xù)加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量控制檢測。

螺旋斷層放射治療，質(zhì)量控制，吸收劑量，百分深度劑量

CLC R145

放射治療從3個方面向精確放射治療的發(fā)展：①適形調(diào)強(qiáng)放射治療；②影像引導(dǎo)放射治療；③自適應(yīng)放射治療［1］。螺旋斷層放射治療系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地順應(yīng)了這種發(fā)展趨勢，倍受國內(nèi)外放療界的認(rèn)可和推崇。該系統(tǒng)采用一種類似于螺旋CT的獨(dú)特幾何設(shè)計，在機(jī)架滑環(huán)架徑向安裝一個直線加速器，可以產(chǎn)生6 MV的X射線。射線束經(jīng)初級準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后再由一個可調(diào)節(jié)頜（Y方向）進(jìn)一步準(zhǔn)直成扇形射束。為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步準(zhǔn)直（X方向），在實(shí)際應(yīng)用中采用了二元多葉準(zhǔn)直器（Multileaf collimator，MLC）。治療過程中，機(jī)架滑環(huán)連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)，病人連續(xù)穿過旋轉(zhuǎn)束面。因而，治療劑量以螺旋方式投射給病人。螺旋斷層放射治療（Tomotherapy，TOMO）采用動態(tài)投射方式，即在治療過程中，機(jī)架、治療床和 MLC葉片是動態(tài)變化的。滑環(huán)式機(jī)架的使用實(shí)現(xiàn)了360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而且旋轉(zhuǎn)速度可變。二元?dú)鈩?MLC也可以快速開啟及關(guān)閉。這些技術(shù)的應(yīng)用使得該治療技術(shù)不僅精度高而且對正常組織的損傷降到最?。?-7］。

國外已裝機(jī)數(shù)百臺，我國也裝機(jī)近 30臺。在TOMO成就的背后，該治療系統(tǒng)本身的質(zhì)量控制問題也擺在研究者和醫(yī)務(wù)工作者面前。目前美國醫(yī)學(xué)物理協(xié)會（AAPM）在2010年發(fā)布了TG-148號報告，對其質(zhì)量控制做了全面的闡述，由于其檢測步驟較為繁瑣，影響推廣應(yīng)用。為適應(yīng)新的治療模式，提高我國大型醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量控制檢測技術(shù)已經(jīng)勢在必行。目前我國質(zhì)量控制檢測規(guī)范已經(jīng)通過中國放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)委員會評審，正在報批過程中。本研究結(jié)合AAPM TG-148報告對我省首臺TOMO進(jìn)行質(zhì)量控制驗收檢測，以掌握其關(guān)鍵性能指標(biāo)，為臨床提供保障。

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

UNIDOS劑量儀（德國PTW公司），0.125 cm3和0.6 cm3的電離室；MatriXX矩陣及固體水（IBA公司），一維水箱 （測量PDD專用），EBT3免洗膠片及分析軟件，直尺和坐標(biāo)紙。所有的儀器都經(jīng)過中國計量院檢驗。

1.2方法

1.2.1 多葉準(zhǔn)直器橫向偏移

將膠片放在等中心平面上，設(shè)置源軸距85 cm。在機(jī)架角度為0°時，打開32～33和27～28葉片照射一次；在機(jī)架角度為180°時，打開27～28葉片再照射一次。對照射后的膠片進(jìn)行分析，測量兩側(cè)照射野中心點(diǎn)與中間照射野中心點(diǎn)的距離［3-5］。

1.2.2 綠激光燈指示虛擬等中心的準(zhǔn)確性

將模體中心與綠激光燈對齊，MVCT掃描后進(jìn)行配準(zhǔn)，通過軟件確定綠激光燈在Z軸和X軸方向上的偏移；在等中心平面上放置膠片，并標(biāo)記綠激光燈位置，然后進(jìn)床70 cm實(shí)施照射（照射時Y軸野寬為1 cm）。分析照射后的膠片，以確定綠激光燈在Y軸方向的偏移［3-5］。

1.2.3 紅激光燈指示準(zhǔn)確性

將紅激光燈置于初始位置，距離虛擬等中心處±20 cm范圍內(nèi)，用坐標(biāo)紙測量紅激光燈與綠激光燈的重合度［3-5］。

1.2.4 治療床移動的準(zhǔn)確性

在治療床上標(biāo)記虛擬等中心位置，治療床負(fù)重70 kg，通過控制面板使治療床進(jìn)出20 cm和升降20 cm。用直尺測量標(biāo)記點(diǎn)與綠激光燈的偏移距離［3-5］。1.2.5 床移動和機(jī)架旋轉(zhuǎn)同步性

治療床上平鋪一張膠片，在膠片上標(biāo)記激光燈位置。設(shè)置Y軸方向野寬為1 cm，對膠片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)照射（20 s/圈，共轉(zhuǎn)13圈，床速0.5 mm/s）。在第2、7和12圈中，分別在機(jī)架為270°～90°時打開所有葉片。分析測量照射后膠片上相鄰射野中心之間的距離［3-5］。

1.2.6 靜態(tài)輸出劑量

設(shè)置機(jī)架角0°，照射野40 cm×5 cm，源皮距為85 cm，模體劑量測量點(diǎn)與虛擬等中心對準(zhǔn)，劑量測量參考點(diǎn)位于模體表面下1.5 cm處，劑量儀充分預(yù)熱，并進(jìn)行氣壓溫度校準(zhǔn)，進(jìn)行測量，測量結(jié)果與預(yù)置劑量進(jìn)行比較［3-5］。

1.2.7 旋轉(zhuǎn)輸出劑量

將模體和電離室一起用CT模擬機(jī)進(jìn)行掃描，讓醫(yī)院醫(yī)學(xué)物理人員制定一個旋轉(zhuǎn)治療計劃，再將模體和電離室移到TOMO上，MVCT掃描后進(jìn)行配準(zhǔn)。劑量儀充分預(yù)熱，并進(jìn)行氣壓溫度校準(zhǔn)，根據(jù)治療計劃進(jìn)行劑量測量，測量結(jié)果與計劃劑量進(jìn)行比較［3-5］。

1.2.8 射線質(zhì)（PDD）：

設(shè)置機(jī)架角為0°，照射野為40 cm×5 cm，源皮距為85 cm，把一維水箱探頭放置在輻射野的幾何中心并進(jìn)行位置配準(zhǔn)，TOMO開始出束，待出束穩(wěn)定后，從水下25 cm（設(shè)置步進(jìn)為2 mm）自下而上開始掃描，掃描結(jié)束后，導(dǎo)出掃描數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸一化處理（歸一到1.5 cm），將歸一化結(jié)果與標(biāo)稱值進(jìn)行比較［3-5］。

1.2.9 射野橫向和縱向截面劑量分布

設(shè)置機(jī)架角為0°，照射野為40 cm×5 cm，源皮距為85 cm，在矩陣板上加1.5 cm建成層后掃描橫向和縱向劑量分布曲線［3-5］。

2　結(jié)果

按照1.2節(jié)條件及方法進(jìn)行照射測量和分析，結(jié)果表明，該TOMO 10項關(guān)鍵指標(biāo)均符合AAPM TG-148和設(shè)備出廠時限值要求：（1）多葉準(zhǔn)直器橫向偏移偏差為0.6 mm。治療床進(jìn)出和升降偏移均小于1.0 mm；（2）綠激光燈指示在虛擬等中心X軸、Y軸和Z軸上的偏移分別為0.2 mm、0.4 mm和0.2 mm。紅激光燈指示在虛擬等中心±20 cm范圍內(nèi)，與綠激光燈是重合的，其偏差小于1.0 mm；（3）相鄰照射野中心之間的距離分別為50.6 mm和49.9 mm；與5 cm的最大絕對偏差為0.6 mm，即床移動和機(jī)架旋轉(zhuǎn)同步性偏差為0.6 mm；（4）TOMO標(biāo)稱輸出劑量率為835.8 cGy/min，出束時間設(shè)為60 s，重復(fù)出束5次，其平均值為835.7 cGy。因此，本次測得靜態(tài)輸出劑量偏差小于0.1%。根據(jù)CT模擬機(jī)掃描結(jié)果，治療計劃輸出劑量202.7 cGy，劑量儀測量結(jié)果為200.0 cGy。因此，旋轉(zhuǎn)輸出劑量偏差為-1.4%；（5）根據(jù)測量結(jié)果算得 D10/D1.5=0.606、D20/D1.5= 0.319。D10/D1.5和 D20/D1.5標(biāo)稱范圍分別為 0.598～0.623和 0.315～0.328。廠家驗收時測量值分別為0.608和0.318。因此，PDD測量值與標(biāo)稱值的偏差為0.3%；（6）根據(jù)掃描劑量曲線：劑量曲線橫向?qū)ΨQ性為0.7%，縱向截面半高寬為5.05 cm，其偏差為0.5 mm。

3　討論

TOMO作為精確放療的代表，既要位置精確也要劑量準(zhǔn)確，本次實(shí)驗中，靜態(tài)輸出劑量偏差小于0.1%，旋轉(zhuǎn)輸出劑量偏差為-1.4%，能夠滿足臨床上5%的要求。在測量旋轉(zhuǎn)輸出劑量時，利用1 cm厚的固體水模板進(jìn)行多層疊加，在CT模擬機(jī)上掃描后按照同樣的順序移到TOMO上，因此，在水模板移動過程中和擺位時會帶來一定的偏差。在實(shí)際臨床治療中，不同患者的靶區(qū)體積是不一樣的，治療時會選用不同的計劃，并且有時候會選擇小劑量射野進(jìn)行照射，可見靶區(qū)實(shí)際吸收劑量的準(zhǔn)確度是放療質(zhì)控要求的重點(diǎn)。

多葉準(zhǔn)直器作為一項成熟的準(zhǔn)直器技術(shù)，它具有準(zhǔn)直器的一切性能指標(biāo)，包括MLC旋轉(zhuǎn)中心軸與射束中心軸的符合性；MLC形成的照射野與燈光野的符合性；TOMO裝置的MLC本身及相鄰葉片間、相對葉片合攏時的泄漏輻射等都應(yīng)符合要求，但是AAPM TG-148沒有給予過多的關(guān)注。馬永忠等［8-9］的研究表明，在TOMO治療床平面距等中心100 cm處泄漏輻射比的最高值僅為1.3×10-4，明顯低于常規(guī)6 MV電子加速器的泄漏輻射水平。

治療驗證是放射治療中的一個亟待解決的問題，特別是調(diào)強(qiáng)技術(shù)提出后，它會變得更加突出。近年發(fā)展起來的射野影像系統(tǒng)，現(xiàn)在主要用于射野形狀和位置的驗證，用于劑量的驗證，仍存在理論和實(shí)踐上的問題［10-11］。TOMO作為精確放療的代表，對TOMO的治療方法和技術(shù)，必須建立相應(yīng)的嚴(yán)格的質(zhì)保和質(zhì)控措施，并且對使用人員進(jìn)行再教育和強(qiáng)迫使用治療驗證系統(tǒng)。調(diào)強(qiáng)治療的關(guān)鍵技術(shù)是MLC到位精度。另外，建議醫(yī)院加強(qiáng)對MLC的質(zhì)控，一個季度檢測一次。AAPM TG-35已經(jīng)公布了有關(guān)醫(yī)用加速器質(zhì)保程序的細(xì)節(jié)，它已成為美國建立調(diào)強(qiáng)治療質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。結(jié)合臨床情況，建立我國的調(diào)強(qiáng)驗證程序具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［12-15］。

考慮到MVCT是作為TOMO的輔助設(shè)備，在TOMO的治療劑量學(xué)性能指標(biāo)能間接反映出其影像功能狀態(tài)，尤其是旋轉(zhuǎn)輸出劑量更能綜合反映出包括MVCT、治療床和機(jī)架等在內(nèi)的TOMO治療系統(tǒng)的整體水平。所以本次檢測將重點(diǎn)放在治療射線束的輸出、設(shè)備的定位和同步性等方面，而未對MVCT的性能指標(biāo)作出規(guī)定，但醫(yī)院應(yīng)根據(jù)臨床需要對MVCT進(jìn)行穩(wěn)定性檢測。

4　結(jié)論

AAPM TG-148質(zhì)量控制檢測分為治療系統(tǒng)和MVCT系統(tǒng)兩部分，其中治療系統(tǒng)規(guī)定的檢測內(nèi)容較為繁瑣，大部分可以合并或通過檢測其他指標(biāo)間接反應(yīng)其性能的優(yōu)劣；MVCT系統(tǒng)主要作用是圖像引導(dǎo)和靶區(qū)位置配準(zhǔn)，其性能可以參照我們現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《X射線計算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測規(guī)范》（GB17589-2011）執(zhí)行。因此，本次檢測根據(jù)AAPM TG-148的方法對TOMO的10項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測量。結(jié)果顯示雖然10項關(guān)鍵指標(biāo)均符合AAPM TG-148和設(shè)備出廠時限值要求。結(jié)合TOMO的運(yùn)行情況和臨床實(shí)際需要，制定我國的TOMO質(zhì)量控制檢測方法，并規(guī)定醫(yī)療機(jī)構(gòu)按期進(jìn)行穩(wěn)定性檢測（設(shè)備自帶質(zhì)控程序），完善放射診療的監(jiān)管，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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11 戴建榮， 胡逸民. 獨(dú)立準(zhǔn)直器在適形放療中的應(yīng)用［J］.發(fā)明專利公報， 1998， 14（15）: 15. DAI Jianrong， HU Yimin. The application of the multileaf collimator in conformal radiation therapy［J］. Invention Patent Gazette， 1998， 14（15）: 15.

12 Zacarias A， Balog J， Mills M. Radiation shielding design of a new tomotherapy facility［J］. Health Physics， 2006，91（4）: 289-295.

13 Woodford C， Yartsev S， Van Dyk J. Optimization of megavoltage CT scan registration settings for thoracic cases on helical tomotherapy［J］. Physics in Medical and Biology， 2007， 52（15）: 345-354.

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15 American Association of Physicists in Medical. Radiation treatment planning dosimetry therapy verification（R）. The American Association of Physicists in Medicine （AAPM ）Report 55，1995.

Quality control test and assessment of helical tomotherapy unit

ZHAI Zipo1ZHAI Hezheng2MA Yongzhong3PENG Junzhe1ZHAO Zhixin21
（Hunan Prevention and Treatment Institute for Occupational Disease, Changsha 410007, China ）2
（Institute of Radiation Medicine, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Tianjin 300192, China）
3（Beijing Centers for Diseases Control and Prevention （CDC）, Beijing 100013, China）

The investigation was conducted to evaluate the performance of the first tomotherapy （TOMO） in hunan to provide guarantee for clinical radiotherapy. PTW UNIDOS dosimeter and two ionization chambers （0.6 cm3and 0.125 cm3） were employed， together with MatrixXX， EBT3 films， and phantom， to test ten of the key indicators of TOMO， in accordance with the standards Specifications for Quality Control Test of Helical Tomotherapy Unit. The results showed that there were some deviations in the indicators: a deviation less than 0.1% for static output dose， a deviation of -1.4% between the rotary output dose and the planned dose； a deviation of 0.3% for ray quality from the nominal value； a discrepancy of 0.7% for the transverse beam profile； a discrepancy of 0.5 mm for the FWHM of the longitudinal beam profiles； a deviation of 0.6 mm for multi-leaf collimator； a deviation less than 1.0 mm for virtualindication of green laser lights on X-axis， Y-axis and Z-axis； a deviation lower than 1.0 mm between red laser light indication and movement of treatment couch； a 0.6 mm of synchronization deviation between couch and gantry rotation. So the 10 key indicators inspected are in line with the limits and indexes specified in Specifications for Quality Control Test of Helical Tomotherapy Unit. However， consistent inspection of the apparatus is needed.

ZHAI Zipo （male） was born in October 1980 and graduated from School of Nuclear Science and Technology of

14 April 2016； accepted 23 June 2016

Helical Tomotherapy， Quality control， Absorbed dose， Percent depth dose

R145

10.11889/j.1000-3436.2016.rrj.34.040201

協(xié)和青年基金（3332015101）資助

翟自坡，男，1980年10出生，2008年畢業(yè)于南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，目前于湖南省職業(yè)病防治院從事放射檢測與評價工作，工程師，E-mail: 40533194@qq.com

初稿2016-04-14；修回2016-06-23

Supported by Peking Union Medical College Peking Union Youth Fund （3332015101）

University of South China in 2008. Now he is working in Hunan Province Occupational Disease Prevention and Control Hospital as a engineer， engaging in the work of radiation detection and evaluation. E-mail: 40533194@qq.com