三維水箱測量系統(tǒng)在超長服役直線加速器質(zhì)控中的應(yīng)用*

谷珊珊，鞏漢順，王運來，戴相昆，宋圓源，吳青南，鞠忠建

100853北京，解放軍總醫(yī)院 放射治療科

醫(yī)用直線加速器超長服役是國內(nèi)普遍存在的問題[1]。限于經(jīng)濟因素等客觀條件，設(shè)備更新?lián)Q代慢，患者眾多且放療設(shè)備少，機器長時間超負(fù)荷運行，導(dǎo)致設(shè)備老化，故障頻發(fā)，一方面影響臨床工作流程，另一方面直接影響腫瘤的輻照劑量分布[2-3]。因而，對醫(yī)用直線加速器的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作非常重要，以保證機器性能良好，保障臨床治療[4]。

對于超長期運行加速器，質(zhì)控工作尤其重要。一是隨著時間推移，機器硬件老化嚴(yán)重，電器元件接觸失靈、線路橡膠外皮易發(fā)硬破損，造成機器各種故障頻發(fā)；二是超長期運行加速器維修頻繁，需保障維修后機器各項參數(shù)在正常范圍內(nèi)，方可投入臨床治療[5-6]。測量本身的質(zhì)控工作十分繁鎖，需要耗費工作人員大量的時間和精力。日常測量設(shè)備有劑量儀、二維電離室矩陣、EBT膠片、晨檢儀等設(shè)備[7-10]。三維水箱由于操作復(fù)雜，常用于年檢或加速器維修后的檢測，是保證醫(yī)用電子加速器正常運行不可或缺的測量設(shè)備。JJG589-2008《醫(yī)用電子加速器輻射源》檢定規(guī)程指出醫(yī)用電子加速器檢測時，測量輻射質(zhì)、輻射野的均整度、輻射野的對稱性等計量性能必須使用射線分析儀，即二維或三維水箱。但是其架設(shè)繁瑣，一般架設(shè)調(diào)試時間需1小時左右，限制了其臨床使用。

本單位Synergy直線加速器高負(fù)荷運行已達12年，故障高發(fā)，但仍然承擔(dān)著重要的臨床治療任務(wù)。為保證其精確運行，周密而細(xì)致的質(zhì)控尤為重要。本研究使用PTW公司生產(chǎn)的三維水箱，在月檢時測量加速器X線的射線平坦度、對稱性、射線質(zhì)，記錄分析各參數(shù)的測量結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 直線加速器 醫(yī)科達公司生產(chǎn)的Synergy直線加速器，如圖1所示。2007年裝機，常年治療負(fù)荷12小時/天。配有 6MV、10MV 能量的 X 線、電子線，多頁光柵為40對，葉片厚度為0.4 cm，因此參考射野定義為10.4 cm×9.6 cm，最大射野為21 cm×16 cm。并配置有3D 驗證的X 線旋轉(zhuǎn)容積成像，2D 驗證的電子射野驗證裝置。

圖1 醫(yī)科達 Synergy直線加速器Figure 1. Elekta Synergy Linear Accelerator

1.1.2 PTW三維水箱系統(tǒng) 采用德國PTW公司生產(chǎn)的MP3型三維掃描水箱(圖2)，主體部分包括MP3大型水箱，水箱相關(guān)的調(diào)整裝置，MP3蓄水柜和升降臺；電器裝置包括劑量探頭、標(biāo)準(zhǔn)電子附件、控制組件、懸掛式操縱臺和TANDEM雙通道靜電計。探頭行程為600 mm，掃描尺寸(L×W×H,mm)為500×500×400,掃描分辨率為0.1 mm。測量及參考電離室均為PTW 公司生產(chǎn)的0.125cc指型電離室，型號為31010，靈敏體積長度為6.5 mm，靈敏體積直徑為5.5 mm，中心極材料為鋁。水箱數(shù)據(jù)采集及分析軟件為MEPHYSTO mcc 3.0(圖3)。

圖2 PTW三維水箱Figure 2. PTW Three-Dimensional Water Tank

圖3 MEPHYSTO mcc 3.0軟件Figure 3. MEPHYSTO mcc 3.0

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 因2017年下半年開始，直線加速器機器故障頻發(fā)，故障總數(shù)71次，月均故障數(shù)2.54次，其中更換電子元器件、電路板等維修結(jié)束后，需水箱測量各項參數(shù)。故收集2017年7月至今的直線加速器月檢質(zhì)控數(shù)據(jù)，共26組有效數(shù)據(jù)。

按機器驗收標(biāo)準(zhǔn)，對稱性定義為源皮距為100 cm時,模體10 cm深度處，最大射野80%寬度范圍內(nèi)，偏離中心軸對稱的兩點之間劑量率的最大比值(公式1)。 6MV、10MV能量射線對稱性的標(biāo)準(zhǔn)參考值為100%±3%。

(1)

其中Dx、D-x表示射野中心軸外對稱的兩點的吸收劑量。

平坦度(flatness)定義為在X射線束軸水下10 cm處垂直于射線束軸的平面上，10 cm×10 cm照射野下最大、最小吸收劑量的比值(公式2)。 6MV、10MV能量射線平坦度標(biāo)準(zhǔn)參考值為100%±6%。

(2)

其中Dmax、Dmin分別表示最大、最小吸收劑量。

射線質(zhì)定義為在射野中心軸上水下10 cm處的吸收劑量D10與參考深度處的吸收劑量D0之比的百分?jǐn)?shù)(公式3)。6MV、10MV能量X射線質(zhì)參考值分別為67.5%、73.0%，誤差允許范圍為±2%。

(3)

1.2.2 月檢數(shù)據(jù)采集 測量條件設(shè)置如下：源皮距100 cm，射野10.4 cm×9.6 cm，指型電離室長軸垂直于射野中心軸，沿徑向掃描。

測量步驟如下：按檢測規(guī)范放置三維水箱,注入足夠的水，水深>40 cm。在無限出束模式下設(shè)置6MV、10MV光子線出束劑量率為200MU/min。百分深度劑量(percentage depth dose,PDD)最大測量深度為40 cm。Profile參考深度處設(shè)為水下10 cm。測量射線在X軸和Y軸兩個面上的Profile的劑量場分布。測量結(jié)果自動存入計算機進行處理分析，得到平坦度、對稱性、射線質(zhì)3個參數(shù)的測量分析結(jié)果，3個參數(shù)均測量3次求平均值作為測量最終值。

記錄每次水箱從架設(shè)到調(diào)試成功的時間。

2 結(jié) 果

2.1 6MV射線測量結(jié)果

26組有效測量數(shù)據(jù)中，6MV射線的測量分析數(shù)據(jù)如表1和圖4所示。6MV射線的測量射野平坦度在Y軸方向上，測量最大值為104.63%，最小值為102.76%，中位數(shù)為104.1%，誤差為4.01%±0.44%；X軸方向上，測量最大值為105. 67%，最小值為103.71%，中位數(shù)為105.04%，誤差為4.93%±0.44%。6MV射線的對稱性在Y軸方向上，測量最大值為101.24%，最小值為100.44%，中位數(shù)為100.57%，誤差均值為0.76%±0.35%；X軸方向上，測量最大值為101.53%，最小值為100.26%，中位數(shù)為100.63%，誤差為0.95%±0.43%。6MV射線的射線質(zhì)測量最大值為67.89%，最小值為66.75%，中位數(shù)為67.07，誤差均值為0.59%±0.26%。

表1 6MV射線測量數(shù)據(jù)Table 1. Data of 6MV X-Ray

圖4 6MV射線測量數(shù)據(jù)Figure 4. Data of 6MV X-Ray

6MV X射線測得的PDD和Profile曲線如圖5所示。

圖5 6MV X射線的PDD和Profile曲線Figure 5. PDD and Profile of 6MV X-RayPDD: Percentage depth dose.

2.2 10MV射線測量結(jié)果

26組有效測量數(shù)據(jù)中，10MV射線的測量分析數(shù)據(jù)如表2、圖6所示。10MV射線的射野平坦度在Y軸方向上，測量最大值為105.4%，最小值為102.45%，中位數(shù)為103.34%，誤差為3.53%±0.72%；X軸方向上，測量最大值為105. 7%，最小值為104.74%，中位數(shù)為105.16%，誤差為5.07%±0.59%。10MV射線的對稱性在Y軸方向上，測量最大值為101.42%，最小值為100.34%，中位數(shù)為100.72%，誤差為0.79%±0.32%；X軸方向上，測量最大值為103.00%，最小值為100.22%，中位數(shù)為101.08%，誤差為1.31%±0.66%。10MV射線的射線質(zhì)測量最大值為72.65%，最小值為71.93%，中位數(shù)為72.23%，誤差為1.36%±0.44%。

圖6 10MV射線測量數(shù)據(jù)Figure 6. Data of 10MV X-Ray

表2 10MV射線測量數(shù)據(jù)Table 2. Data of 10MV ray

10MV X射線測得的PDD和Profile曲線如圖7所示。

圖7 10MV X射線的PDD和Profile曲線Figure 7. PDD and Profile of 10MV X-RayPDD: Percentage depth dose.

2.3 水箱架設(shè)調(diào)試時間

水箱從架設(shè)到調(diào)試成功的平均時間為(37.19±6.89)min，其中架設(shè)所需最長時間為65 min，最短時間為30 min。26次架設(shè)調(diào)試時間記錄如表3所示，其中，2017年9月月檢時，水箱調(diào)試時間較長，原因為機器故障，多次重啟服務(wù)器。2018年4月月檢時，水箱調(diào)試時間較長，排除原因為指型電離室連接線故障。

表3 26次三維水箱架設(shè)調(diào)試時間Table 3. Erection and Debugging Time of the Three-Dimensional Water Tank

DateofmonthlyinspectionTimeoferectionanddebugging(min)DateofmonthlyinspectionTimeoferectionanddebugging(min)2018.05352019.07412018.06312019.08352018.07352019.09342018.08312019.1033

3 討 論

測量結(jié)果表明，在嚴(yán)密的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制下，加速器運行狀況良好，機器性能穩(wěn)定。水箱從架設(shè)到調(diào)試成功的平均時間約為半個小時，時間短，效率高。

放射治療是腫瘤治療的重要手段[11]。直線加速器劑量性能的穩(wěn)定情況直接影響腫瘤放射治療的療效，運用恰當(dāng)?shù)馁|(zhì)控工具監(jiān)測加速器的各項性能指標(biāo)非常重要[12-13]。醫(yī)用電子直線加速器是腫瘤放射治療中最主要的設(shè)備之一[14]。在大型醫(yī)院中,患者數(shù)量多、工作負(fù)荷大，直線加速器往往故障頻繁，加速器更換關(guān)鍵部位配件或調(diào)整機器等重大維修后，必須使用三維水箱采集加速器數(shù)據(jù)，分析機器性能是否達到臨床治療標(biāo)準(zhǔn)[15]。三維水箱是開展腫瘤放射治療的必備儀器，水箱精密的設(shè)計結(jié)構(gòu)和測量原理能確保測量結(jié)果準(zhǔn)確[16]。國家藥品食品衛(wèi)生監(jiān)督局將三維水箱歸類為 II 類醫(yī)療器械管理。國內(nèi)大部分大型腫瘤放療中心、省級以上醫(yī)院放療科、各省計量院、職業(yè)病防治院、各省疾控中心等單位都有配置。但中小型醫(yī)院放療科，尤其是偏遠地區(qū)、地市級以下醫(yī)院很少購置。目前國家衛(wèi)生行政部門雖然并沒有強制執(zhí)行醫(yī)院放療科配置三維水箱，但衛(wèi)生部 46 號令做出明確規(guī)定：“放射治療場所配備放療劑量儀、劑量掃描裝置和個人劑量報警儀”。同時，國家腫瘤診療質(zhì)控中心發(fā)布的《放射治療質(zhì)量控制基本指南》指出，水箱為開展常規(guī)放射治療基本的質(zhì)控儀器，自動掃描水箱為開展精確放射治療的質(zhì)控儀器。

長期服役的醫(yī)用直線加速器，因使用頻率高，待機時間長，各部件存在老化或更換的問題，如何精確地保障加速器正常運行非常重要。使用三維水箱測量直線加速器各項參數(shù)，所測數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地反映出機器運行狀態(tài)，是各種測量設(shè)備比較的基準(zhǔn)參考，其測量的準(zhǔn)確性是其他質(zhì)控工具無法達到的[17]。三維水箱功能強大，除常用測量指標(biāo)如對稱性、平坦度、射線質(zhì)等，其掃描數(shù)據(jù)還可分析射線半影、半高寬、最大劑量點深度等參數(shù)[18]。能保證臨床放射治療的順利實施。

我科Elekta Synergy醫(yī)用電子直線加速器2007年投入使用，迄今已服役11年，加速器各項參數(shù)測量結(jié)果穩(wěn)定，機器運行狀態(tài)良好，仍能承擔(dān)繁重的臨床治療任務(wù)，與平時細(xì)致的質(zhì)控工作密不可分，尤其三維水箱測量精確，保證加速器性能穩(wěn)定，從而保障腫瘤劑量分布準(zhǔn)確，保證臨床治療效果。水箱測量能驗證周檢日檢的準(zhǔn)確性，及時發(fā)現(xiàn)問題，如因機架偏沉導(dǎo)致的對稱性改變、靶擊穿導(dǎo)致的輸出劑量改變等重大機械參數(shù)的變化。超長服役的醫(yī)用加速器，為保證機器各項參數(shù)穩(wěn)定，使用三維水箱作為月檢工具，可為臨床工作提供翔實的基礎(chǔ)測量質(zhì)控數(shù)據(jù)。

PTW三維水箱操作復(fù)雜，架設(shè)時間長短主要取決于測量人員的操作熟練程度，與水箱連接部件也有一定關(guān)系。以下原因會導(dǎo)致水箱調(diào)試失?。哼B接線多，測量人員誤操作；設(shè)備老舊后易出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象；指型電離室連接線對折磨損嚴(yán)重；直線加速器操作失誤。盡管水箱操作繁瑣，但對于超長服役且沒有強制報廢的加速器，三維水箱是最重要的質(zhì)控設(shè)備，對保障臨床治療必不可少。通過加速器重大維修后和月檢水箱測量，加速器在日常質(zhì)控時表現(xiàn)穩(wěn)定。

綜上所述，PTW三維水箱對我科加速器的測量結(jié)果表明，超長服役的加速器仍能保持穩(wěn)定的性能，可以滿足臨床治療需要。

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