醫(yī)用電子直線加速器的性能測(cè)量及不同指形電離室對(duì)其劑量率的響應(yīng)特性分析

胡志綱 任 建 張 紅

醫(yī)用電子直線加速器是臨床醫(yī)用高能射線設(shè)備。加速器原本是一種物理研究工具，主要投入大型實(shí)驗(yàn)中[1]。隨著科技技術(shù)發(fā)展，加速器被逐漸應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，并在腫瘤疾病治療中取得顯著成績(jī)，進(jìn)而逐漸成為一些專科醫(yī)院及大型綜合醫(yī)院必備設(shè)備[2]。

近年來(lái)，隨著臨床腫瘤患者人數(shù)增加，需接受放射治療患者隨之增加，作為一種新型治療技術(shù)，實(shí)際治療中其劑量率發(fā)生變化，不同劑量率對(duì)治療效果會(huì)造成一定影響[3-4]。因此，為保證醫(yī)用加速器工作質(zhì)量，進(jìn)一步了解設(shè)備性能，以及不同指型電離室對(duì)劑量影響，本研究依照國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)《電子加速器放射治療放射防護(hù)要求》(GBZ126-2011)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《醫(yī)用電子加速器驗(yàn)收試驗(yàn)和周期檢驗(yàn)規(guī)程》(GB/T19046-2013)和《醫(yī)用電子加速器性能和試驗(yàn)方法》(GBI5213-94)等[5-7]提出的方法，對(duì)醫(yī)用加速器進(jìn)行劑量精度、機(jī)械性能抽樣檢查，并探究IBA0.01 cm3、PTW0.125 cm3和0.6 cm33種不同指形電離室對(duì)劑量率的影響，以期為臨床醫(yī)用加速器使用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取寶雞市及周邊的5家醫(yī)療機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的9臺(tái)(3臺(tái)國(guó)產(chǎn)、6臺(tái)進(jìn)口)醫(yī)用加速器，其中綜合性醫(yī)院4臺(tái)、二級(jí)醫(yī)院1臺(tái)、三級(jí)醫(yī)院3臺(tái)、腫瘤醫(yī)院1臺(tái)。

1.2 檢測(cè)儀器

采用EBT3 1417型免沖洗膠片、數(shù)字水平儀(美國(guó)VARIAN公司)；PTW計(jì)量?jī)x、PTW0.6cc配套電離室(德國(guó)PTW公司)。

1.3 性能測(cè)量項(xiàng)目與方法

共檢測(cè)9項(xiàng)醫(yī)用加速器指標(biāo)中X射線：包括吸收劑量指示值相對(duì)偏差、劑量指示重復(fù)性、吸收劑量短期穩(wěn)定性、劑量指示線性、穿透特性、照射野內(nèi)對(duì)稱性、照射野內(nèi)均整度、燈光野與照射野偏差以及等中心測(cè)定；5項(xiàng)電子線：包括劑量示值誤差、計(jì)量示值線型、劑量示值重復(fù)性、輻射野對(duì)稱性以及輻射質(zhì)。嚴(yán)格依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《醫(yī)用電子加速器性能和試驗(yàn)方法》(GBI5213-94)[7]執(zhí)行。

1.4 不同指形電離室劑量率影響

(1)指形電離室選擇。分別選用TW31010型號(hào)0.125 cm3和TW30013型0.6 cm3電離室(德國(guó)PTW公司)，CCO1型0.01 cm3電離室(德國(guó)IBA公司)，UNIDOS E型計(jì)量?jī)x(德國(guó)PTW公司)。測(cè)量分析不同指形電離室的醫(yī)用加速器劑量率響應(yīng)特性。

(2)測(cè)量條件。輻射源為醫(yī)用加速器(美國(guó)VARIAN公司)，分別為15 MV和6 MV能量的X射線；測(cè)量時(shí)設(shè)置0°準(zhǔn)直器角度、0°機(jī)架角度，10 cm×10 cm射野大小，采用等中心照射(SAD=100 cm)進(jìn)行測(cè)量，將電離室置入固體水中，減少背散射影響。

(3)測(cè)量劑量率影響特性。加速器測(cè)量出束為100 MU，使用UNIDOS E計(jì)量?jī)x進(jìn)行數(shù)據(jù)讀??；分別采用15 MV、6 MV能量的X射線，對(duì)計(jì)量?jī)x工作電壓調(diào)整范圍為50～400 V，間隔50 V，分別記錄不同工作電壓下，同一能量X射線指形電離室劑量率變化的響應(yīng)特性。對(duì)所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行2次測(cè)量，并計(jì)算平均值。

(4)數(shù)值歸一。在400 V額定工作電壓下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一：治療計(jì)劃系統(tǒng)(treatment planning system，TPS)、加速器標(biāo)定劑量率為300 cGy/min的讀數(shù)值。

2 結(jié)果

2.1 加速器性能測(cè)量結(jié)果

測(cè)試9臺(tái)醫(yī)用加速器，檢測(cè)率為100%。根據(jù)電子線檢測(cè)顯示，9臺(tái)醫(yī)用加速器穿透特性范圍為-6.54%～5.75%、吸收劑量指示值相對(duì)偏差為-9.96%～-2.80%，其合格率分別為66.67%和44.44%，相對(duì)較低。而根據(jù)X射線檢查顯示，其中1臺(tái)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的顯示燈光野與照射野偏差3.1 mm，1臺(tái)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的顯示吸收劑量指示值相對(duì)偏差4.05%，1臺(tái)進(jìn)口設(shè)備顯示穿透特性-9.11%。對(duì)這3臺(tái)儀器經(jīng)調(diào)試后，檢測(cè)合格率均為100%(見表1)。

2.2 加速器機(jī)房防護(hù)結(jié)果監(jiān)測(cè)

檢測(cè)9臺(tái)設(shè)備周圍區(qū)域輻射防護(hù)工作較為良好，均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可繼續(xù)使用10年；僅1臺(tái)設(shè)備南墻外5 cm輻射值較高，可能與加速器機(jī)房使用年限較長(zhǎng)相關(guān)(見表2)。

表1 9臺(tái)醫(yī)用電子直線加速器性能檢測(cè)結(jié)果

表2 9臺(tái)醫(yī)電子直線用加速器周圍輻射水平測(cè)量(μGy/h)

2.3 不同指型電離室劑量率響應(yīng)特性

在400 V額定工作電壓下，IBA 0.01 cm3的電離室、PTW 0.125 cm3和0.6 cm3電離室的3種不同指形電離室劑量率響應(yīng)在相同能量前提下，下降幅度最大的為IBA 0.01 cm3，6 MV時(shí)下降1.60%，而15 MV時(shí)下降1.40%；PTW 0.125 cm3的電離室在6 MV時(shí)下降0.50%，在15 MV時(shí)下降0.40%；PTW 0.6 cm3的電離室在6 MV時(shí)下降0.70%，在15 MV時(shí)下降0.30%。3種不同指形電離室劑量率響應(yīng)曲線如圖1所示。

圖1 三種不同指形電離室劑量率響應(yīng)曲線圖

3 討論

醫(yī)用加速器在臨床治療中具有重要地位，醫(yī)療機(jī)構(gòu)作為加速器使用單位，必須采取有效防護(hù)措施，在保證患者、相關(guān)工作人員使用安全前提下，提高設(shè)備使用效率。臨床中放射治療安全有效關(guān)鍵在于質(zhì)量保證與質(zhì)量控制，在醫(yī)療質(zhì)量控制中放射治療設(shè)備質(zhì)量控制檢測(cè)至關(guān)重要[8-9]。醫(yī)療機(jī)構(gòu)定期檢測(cè)醫(yī)用加速器使用狀態(tài)，了解加速器使用情況，對(duì)提高設(shè)備使用合格率意義重大。

本研究對(duì)9臺(tái)設(shè)備進(jìn)行性能檢測(cè)，其中3臺(tái)存在性能不合格情況，經(jīng)調(diào)試后均合格。經(jīng)分析提示：①我國(guó)屬于人口大國(guó)，寶雞市人口基數(shù)較多，醫(yī)療機(jī)構(gòu)接診放射治療患者人數(shù)眾多，導(dǎo)致醫(yī)用加速器處于長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)，相關(guān)工作人員與設(shè)備均處于高負(fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備損耗較重，對(duì)其性能造成影響；②設(shè)備使用安排不合理，造成醫(yī)用加速器無(wú)法得到休息，極大減少設(shè)備使用壽命，影響設(shè)備性能；③相關(guān)物理師專業(yè)知識(shí)不足，對(duì)醫(yī)用加速器維護(hù)、保養(yǎng)工作不到位，或?qū)I(yè)物理師未對(duì)醫(yī)用加速器進(jìn)行定期校準(zhǔn)，影響加速器檢驗(yàn)合格率[10]。

本研究認(rèn)為，影響醫(yī)用加速器性能的主要因素包括：①加速器類別，相比于國(guó)產(chǎn)加速器機(jī)械精度方面，進(jìn)口加速器普遍較好，此次研究中3臺(tái)不合格設(shè)備中，2臺(tái)為國(guó)產(chǎn)設(shè)備；②與物理師配備存在相關(guān)性，根據(jù)檢索文獻(xiàn)指出，未配備專業(yè)物理師醫(yī)療機(jī)構(gòu)，設(shè)備性能相對(duì)較差；③由醫(yī)院類別分析，腫瘤?？漆t(yī)院更注重放射治療，醫(yī)用加速器的維護(hù)、保養(yǎng)工作更到位，設(shè)備性能更佳[11-12]。因此，各大醫(yī)療機(jī)構(gòu)在做到定期設(shè)備性能檢測(cè)的同時(shí)，需加強(qiáng)物理師專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，規(guī)范完善設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)制度與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，確保相關(guān)工作人員切實(shí)做好日常工作，以提高設(shè)備性能，改善業(yè)務(wù)水平[13-14]。

臨床中質(zhì)量保證體系關(guān)鍵在于劑量驗(yàn)證和劑量校準(zhǔn)工作，醫(yī)用加速器輸出劑量受多種因素影響，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜[15-16]；本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在相同能量前提下，3種指形電離室中，下降幅度最大為IBA 0.01 cm3，PTW 0.125 cm3的電離室、PTW 0.6 cm3的電離室下降幅度相對(duì)較小；表明隨著劑量率的改變，設(shè)備的采集效率發(fā)生變化，且在劑量?jī)x工作電壓、輻射能量相同時(shí)，不同指形電離室采集率均逐漸降低。此外有研究指出，逐漸增加輻射能量，采集效率受到劑量率影響較小，此時(shí)工作電壓對(duì)劑量率的影響增加[17]。

醫(yī)用加速器在醫(yī)院腫瘤疾病放射治療中具有不可或缺的地位，臨床價(jià)值顯著，定期進(jìn)行性能檢測(cè)，對(duì)保證設(shè)備使用效果至關(guān)重要。日常工作中必要保證設(shè)備測(cè)量值≤±2%。本研究中劑量率變化總幅度均＜2%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；若設(shè)備測(cè)量值超過(guò)正常值后，在排除大氣壓、溫度等外界干擾因素后，判斷相關(guān)電離室、相關(guān)劑量?jī)x等是否工作正常；還需對(duì)測(cè)量條件進(jìn)行再次檢查，包括MU、準(zhǔn)直器角度、機(jī)架角度以及照射野等，確認(rèn)無(wú)誤后進(jìn)行校準(zhǔn)，并詳細(xì)記錄。