EBT3膠片照射劑量對新型頭部伽馬刀輻射場質(zhì)量控制的影響研究

王志斌，呂揚陽，張 洋，溫涵泳，刀鴻威，向 瑩，余冉冉

（南部戰(zhàn)區(qū)疾病預防控制中心，廣州 510507）

0 引言

頭部伽馬刀治療的原理是利用精確的三維立體定位系統(tǒng)，由相當數(shù)量鈷源發(fā)出γ射線幾何聚焦，對顱內(nèi)病變靶區(qū)進行多角度、單次、大劑量照射，達到靶區(qū)病灶損毀的不可逆生物效應，而周圍正常組織不受損傷。其治療照射范圍與正常組織界限非常明顯，邊緣如刀割一樣，故稱伽馬刀。

新型伽馬刀不斷涌現(xiàn)，比較引人注目的是瑞典醫(yī)科達最新一代Leksell Gamma Knife?PerfexionTM頭部伽馬刀。該伽馬刀對結(jié)構(gòu)和性能進行了創(chuàng)新設計：一是對準直器系統(tǒng)進行創(chuàng)新，摒棄了以往的頭盔式設計，新的準直器系統(tǒng)呈圓錐桶形，治療艙增大300%；治療單元由192個鈷源組成，分布在8個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應有規(guī)格分別為4、8、16 mm 3組孔徑各24個準直器，準直器由電動機控制，各扇區(qū)的準直器孔徑可獨立變換和自由設定，全自動變換時間少于3 s。二是對全自動患者擺位系統(tǒng)進行創(chuàng)新，治療床采用懸浮式設計，可根據(jù)治療計劃指令自動前后、左右、上下漂移，將病灶移至靶點位置，重復擺位精度達0.05 mm[1-3]。

伽馬刀的輻射場比較小，劑量分布曲線邊緣陡峭，形成焦點的射線束是從不同方向入射，因此對伽馬刀輻射場的半影和照射野等劑量學指標的測量尤為重要[4]。按照以往的EBT3膠片刻度方法和膠片照射劑量對醫(yī)科達Leksell Gamma Knife?PerfexionTM頭部伽馬刀進行輻射場質(zhì)量控制，對比廠家檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有較大區(qū)別，部分項目不符合國家標準要求，其中最大的區(qū)別是膠片刻度劑量和膠片焦點照射劑量不同。本文主要研究EBT3膠片不同刻度劑量和不同膠片焦點照射劑量對新型伽馬刀輻射場質(zhì)量控制的影響，為調(diào)整EBT3膠片刻度劑量和膠片焦點照射劑量提供參考依據(jù)，從而滿足各種型號伽馬刀輻射場質(zhì)量控制要求。

1 對象和方法

1.1 對象

1.1.1 伽馬刀

瑞典醫(yī)科達最新一代Leksell Gamma Knife?PerfexionTM頭部伽馬刀。

1.1.2 膠片和分析軟件

膠片選用Gafchromic公司EBT3膠片，該膠片照射劑量范圍寬，紅色通道達10 Gy，綠色通道大于40 Gy，線性較好；膠片掃描儀采用EPSON 11000XL A3和EPSON V700。分析軟件包括醫(yī)科達公司MATLAB分析軟件（以下簡稱“廠家軟件”）、IBA Omni-Pro-I'mRT分析軟件和國家疾控中心分析軟件。

1.1.3 檢測模體

采用Leksell Gamma Knife DosimetryPhantorn專用球形模體，形狀和尺寸模擬成年人的頭部，采用固體水材料，可通過2種方法使用不同的組件來組裝：連接電離室的DosimetryPhantorn可以測定吸收劑量率，連接膠片堆疊式存儲器的DosimetryPhantorn可以檢查劑量投照的準確性。

1.2 方法

1.2.1 刻度膠片的劑量照射方法

中國計量科學研究院刻度膠片照射劑量分別是0、0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、3.0、3.6、4.0、4.4、4.8 Gy；瑞典醫(yī)科達廠家刻度膠片照射劑量分別是0、0.5、1、2、3、4、5、6、8 Gy；醫(yī)院刻度膠片利用伽馬刀現(xiàn)場刻度，伽馬刀焦點劑量率是3.401 Gy/min，對應時間分別是 0、0.15、0.29、0.59、0.89、1.18、1.47、1.76、2.35 min，照射劑量分別是 0、0.5、1、2、3、4、5、6、8 Gy。

1.2.2 輻射場的照射

測量時，將EBT3膠片裁剪合適尺寸，裝入Leksell Gamma Knife DosimetryPhantorn專用球形模體膠片插板，沿水平方向或垂直方向?qū)⒛ｓw安裝在治療床上，使模體中膠片與治療床的X-Y或X-Z方向一致；將定位圖像導入治療計劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS），配準，建立坐標系，在膠片插板的中心定位孔斷層上，將中心定位孔處的膠片位置作為治療計劃的靶區(qū)中心，作某一準直器的單靶點放射治療計劃。用4、8、16 mm準直器分別進行照射，焦點照射劑量為3.5和5 Gy。

1.2.3 膠片掃描分析

照射完成后，從模體內(nèi)取出膠片，標記照射野方向，使用膠片掃描儀掃描膠片，保存圖像；使用膠片分析軟件導入圖像，利用膠片分析軟件建立灰度-劑量刻度曲線，根據(jù)劑量刻度曲線值對膠片劑量進行歸一。照射野尺寸偏差分析方法：在膠片分析軟件上，找出通過治療計劃靶區(qū)中心的X、Y、Z軸與50%等劑量曲線的交點，測量同一軸線上兩交點間的距離，將其與TPS中給出的相應距離進行比較，計算偏差。照射野半影寬度分析方法：在膠片分析軟件上，找出通過治療計劃靶區(qū)中心的X、Y、Z軸與80%等劑量曲線、20%等劑量曲線的交點，分別測量同一軸線上位于靶區(qū)中心同側(cè)的兩交點間的距離，取最大者作為該軸線上的照射野半影寬度。

1.2.4 輻射場的測量

由于廠家提供EBT3膠片采用5 Gy焦點照射劑量一種方式進行照射，為了比較不同焦點照射劑量和膠片分析軟件對結(jié)果的影響，本研究對醫(yī)院提供的EBT3膠片采取了焦點照射劑量分別為3.5和5 Gy 2種不同劑量方式進行照射，并用廠家軟件、IBA OmniPro-I'mRT分析軟件和國家疾控中心分析軟件等3種不同的軟件對膠片進行輻射場測量。

1.2.5 評價標準

評價依據(jù)為WS 582—2017《X、γ射線立體定向放射治療系統(tǒng)質(zhì)量控制檢測規(guī)范》，照射野尺寸每個射野最大偏差±1.0 mm；照射野半影寬度在照射野尺寸≤10 mm時要求≤6 mm，在10 mm<照射野尺寸≤20mm時要求≤8mm，在20mm<照射野尺寸≤30 mm時要求≤10 mm[5]。

2 結(jié)果

2.1 廠家軟件測量廠家提供EBT3膠片結(jié)果

廠家軟件測量廠家提供EBT3膠片結(jié)果見表1。瑞典醫(yī)科達廠家采用焦點照射劑量5 Gy條件下照射廠家提供EBT3膠片，灰度-劑量刻度曲線數(shù)據(jù)來自廠家0～8 Gy刻度膠片。廠家軟件測量的輻射場照射野尺寸和半影寬度與TPS比較，滿足標準要求。

表1 焦點照射劑量5 Gy條件下廠家軟件伽馬刀輻射場測量結(jié)果mm

2.2 國家疾控中心分析軟件和IBAOmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量3.5 Gy EBT3膠片結(jié)果

國家疾控中心分析軟件和IBA OmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量3.5 Gy EBT3膠片結(jié)果見表2?；叶?劑量刻度曲線數(shù)據(jù)來自中國計量科學研究院0～4.8 Gy刻度膠片，2種軟件測量結(jié)果與TPS比較，4和8 mm準直器照射野尺寸以及半影寬度滿足標準要求，16 mm準直器照射野尺寸不滿足標準要求。

表2 焦點照射劑量3.5 Gy條件下不同軟件伽馬刀輻射場測量結(jié)果mm

2.3 國家疾控中心分析軟件和IBAOmniPro-I'mRT分析軟件測量廠家提供EBT3膠片結(jié)果

廠家軟件、國家疾控中心分析軟件和IBA Omni-Pro-I'mRT分析軟件測量廠家提供EBT3膠片結(jié)果見表3?；叶?劑量刻度曲線數(shù)據(jù)來自瑞典醫(yī)科達廠家0～8 Gy刻度膠片，3種軟件測量的照射野尺寸沒有明顯差別，半影寬度都滿足標準要求。

2.4 國家疾控中心分析軟件和IBAOmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量5 Gy EBT3膠片結(jié)果

國家疾控中心分析軟件和IBA OmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量5 Gy EBT3膠片結(jié)果見表4?；叶?劑量刻度曲線數(shù)據(jù)來自現(xiàn)場伽馬刀0～8 Gy刻度膠片，2種軟件測量的照射野尺寸和半影寬度都滿足標準要求。

表4 焦點照射劑量5 Gy和刻度劑量8 Gy條件下不同軟件伽馬刀輻射場測量結(jié)果mm

3 討論

對比GBZ 168—2005《X、γ射線頭部立體定向外科放射治療放射衛(wèi)生防護標準》，新頒布的WS 582—2017標準對輻射場質(zhì)量提出了更高的要求，照射野尺寸每個射野最大偏差由原來的±1.5 mm降到±1.0 mm；照射野半影寬度調(diào)整為在照射野尺寸≤10 mm時要求≤6 mm，在10 mm＜照射野尺寸≤20mm時要求≤8mm，在20mm＜照射野尺寸≤30 mm時要求≤10 mm。

本研究中中國計量科學研究院刻度膠片照射劑量范圍是0～4.8 Gy，在焦點照射劑量3.5 Gy條件下照射膠片進行檢測，應用國家疾控中心分析軟件和IBA OmniPro-I'mRT分析軟件同時進行分析，結(jié)果見表2。2種軟件測量的照射野半影寬度雖然有不同，但都符合標準要求，照射野尺寸偏差在4和8 mm準直器條件下也符合標準要求，但在16 mm準直器條件下X軸和Y軸方向偏差都大于1 mm標準要求。與廠家軟件相比，在16 mm準直器條件下X軸和Y軸方向偏差檢測結(jié)果不一致（見表1）。

為了排除膠片分析軟件的問題，本研究調(diào)取了廠家現(xiàn)場檢測照射膠片圖像和刻度膠片圖像，廠家膠片圖像都是通過膠片掃描儀EPSON V700獲取，結(jié)果見表3。3種軟件的結(jié)果一致性非常好，說明膠片分析軟件對輻射場質(zhì)量控制沒有明顯影響。

本研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場檢測與廠家檢測設定膠片焦點照射劑量不同，現(xiàn)場檢測設定的焦點照射劑量為3.5 Gy，廠家設定的焦點照射劑量是5 Gy。為了比較膠片焦點照射劑量對檢測的影響，本文按照廠家標準用伽馬刀對膠片進行了重新刻度，刻度劑量范圍是0～8 Gy，檢測膠片焦點照射劑量也設置為5 Gy，結(jié)果見表4?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)結(jié)果跟廠家數(shù)據(jù)和TPS相符，在16 mm準直器條件下X軸和Y軸方向偏差小于1 mm，符合國家標準要求。說明了膠片焦點照射劑量對伽馬刀輻射場質(zhì)量控制是有影響的，特別是對大準直器結(jié)果有明顯影響。

ISP公司的Gafchromic EBT3膠片尺寸為8 in×10 in（1 in=25.4 mm），標稱劑量響應范圍為紅色通道最大到10 Gy，綠色通道大于40 Gy，免沖洗，對可見光不敏感，具有雙面不飽和烴的微晶粒涂層，在接受輻射后形成一種染料聚合體而顯影，曝光后膠片像素值的變化先增大而后趨于穩(wěn)定，在較短時間（0～2 h）內(nèi)變化較大，8～12 h后趨于穩(wěn)定，掃描時膠片方向及其正反之間都存在差異[6-7]。膠片劑量響應梯度較大，其非均勻性存在一定差異。劑量在0 Gy時其本底具有較大的非均勻性，隨著劑量增加其像素值急劇增加，導致隨劑量的增加其非均勻性逐步減小。在紅色通道掃描時有很強的像素劑量響應，由于劑量響應曲線為像素值與劑量響應的關系，高劑量和低劑量像素值相差較大，在擬合數(shù)據(jù)時可能導致低劑量區(qū)的劑量響應曲線誤差增大而影響分析結(jié)果[8]。

比較前后檢測數(shù)據(jù)結(jié)果和EBT3膠片像素劑量響應曲線，發(fā)現(xiàn)EBT3膠片在0～10 Gy響應擬合最好，軟件識別膠片焦點照射劑量5 Gy比3.5 Gy像素劑量響應更好。比較WS 582—2017和GBZ 168—2005[9]的標準要求，照射野尺寸每個射野最大偏差由原來的±1.5 mm降低到±1.0 mm，采用原來的0～4.8 Gy的EBT3膠片刻度、3.5 Gy焦點照射劑量只能滿足小準直器條件下檢測，而16 mm準直器偏差不符合標準要求。

頭部伽馬刀是單次、大劑量聚焦分割照射，特別是針對不規(guī)則野，更需要使用不同的準直器進行分割照射，只有保證照射野尺寸的精度，才能保證布野的準確性。另外，照射野周圍組織對劑量要求比較高，只有半影尺寸足夠小，才能達到減少周圍組織劑量的要求。人體頭部組織復雜且重要，國家新頒布的立體定向放射治療系統(tǒng)質(zhì)量控制標準對照射野尺寸偏差和半影寬度提出了更高要求，也是為了提高照射的精度，進一步保護周圍組織。針對目前不斷涌現(xiàn)的新型伽馬刀，如果繼續(xù)沿用以前的膠片刻度方法和照射方法，已不能滿足伽馬刀輻射場質(zhì)量控制要求。因此在進行新型伽馬刀輻射場質(zhì)量控制時需要了解廠家檢測規(guī)范，并參考廠家標準對膠片進行刻度和檢測比較科學。為了滿足不斷推出的新型伽馬刀輻射場質(zhì)量控制需求，建議狀態(tài)和穩(wěn)定性檢測中采用0～8 Gy較寬照射劑量對EBT3膠片進行刻度，采用EBT3膠片劑量響應最好的5 Gy劑量對膠片中心進行照射，減少膠片分析軟件測量時的誤差，滿足國家新標準和伽馬刀廠家檢測規(guī)范。