Luna-260型伽馬刀輸出因子的測(cè)量和分析

林鴻宇，王軍良，高文超，張征召，曹井麗

中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心（南院區(qū)） 放療科，北京 100071

引言

伽馬刀作為立體定向放射治療的主要手段之一[1-4]，其原理是將球冠狀或呈扇形排列的幾十顆鈷源發(fā)出的伽馬射線旋轉(zhuǎn)聚焦于靶區(qū)病灶內(nèi)，使得高劑量集中在腫瘤上而周圍正常組織可得到保護(hù)，一般給予單次大劑量的放射治療。

Luna-260全身伽馬刀是由深圳一體醫(yī)療設(shè)備有限公司研發(fā)，目前全國(guó)有四十多臺(tái)Luna伽馬刀在用，這是中國(guó)首創(chuàng)的C型臂全身伽馬刀，由于設(shè)備C軸是個(gè)半圓，形似一枚月牙，又被稱為“月亮神”伽馬刀。Luna-260型全身伽馬刀就是典型的扇形旋轉(zhuǎn)聚焦的代表機(jī)型[5-6]，該設(shè)備有42顆放射性鈷源排布在治療頭的緯度上，治療頭可沿弧形軌道做180°拉弧旋轉(zhuǎn)，治療床可垂直于月牙處于±90°位置，同時(shí)治療床可沿X（左右）、Y（前后）和Z（頭腳）軸運(yùn)動(dòng)，該結(jié)構(gòu)保證了射線幾乎可以從任意方向照射瘤體，配有6組準(zhǔn)直器，可滿足立體定向放射治療的需求。

輸出因子主要是用來定量描述模體內(nèi)射束中心軸上某點(diǎn)吸收劑量與照射野大小的關(guān)系，定義為相同測(cè)量條件下給定點(diǎn)處任意照射野吸收劑量與參考射野吸收劑量的比值[7-8]。Luna-260全身伽馬刀的射野為矩形準(zhǔn)直器在等中心位置處形成的聚焦野，以6號(hào)準(zhǔn)直器作為標(biāo)準(zhǔn)野。準(zhǔn)直器輸出因子的準(zhǔn)確度直接影響劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性[9-12]，而各個(gè)準(zhǔn)直器的輸出因子差別較大，因此本研究采用不同方法對(duì)準(zhǔn)直器輸出因子進(jìn)行測(cè)量并與廠家提供的輸出因子進(jìn)行比較，期望該研究結(jié)果能為L(zhǎng)una-260型全身伽馬刀準(zhǔn)直器輸出因子的測(cè)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

Luna-260全身型伽馬刀和6種型號(hào)準(zhǔn)直器（1號(hào)6 mm×6 mm，2號(hào)8 mm×8 mm，3號(hào)14 mm×14 mm，4號(hào)14 mm×20 mm，5號(hào)14 mm×40 mm，6號(hào)14 mm×60 mm）；專用φ160 mm有機(jī)玻璃球模及電離室適配器；具有PTW-UNIDOSE靜電計(jì)、PTW 31010指形電離室、PTW 60019寶石探測(cè)器、IBA cc04指形電離室、EBT3劑量膠片；采用PTW VerisoftFilmca軟件和PTW Verisoft 3.2膠片劑量分析軟件以及Epson V850 pro掃描儀。

1.2 方法

1.2.1 基準(zhǔn)選擇條件

在相同溫度、大氣壓下測(cè)取各個(gè)尺寸準(zhǔn)直器在焦點(diǎn)的吸收劑量，以6號(hào)準(zhǔn)直器（14 mm×60 mm）的焦點(diǎn)吸收劑量歸一化，計(jì)算各個(gè)準(zhǔn)直器的輸出因子。

1.2.2 探測(cè)器輸出因子測(cè)量方法

將射野中心檢具安裝在治療床L上并鎖好，將PTW-31010指形電離室、PTW60019寶石探測(cè)器、IBA cc04指形電離室分別與相應(yīng)的適配器組裝完畢；將裝好適配器的探測(cè)器插入φ160 mm的Luna-260伽馬刀專用球模中心位置，并將球模與測(cè)量支架固定，在操作臺(tái)調(diào)用檢測(cè)程序?qū)⑻綔y(cè)器送至焦點(diǎn)中心位置。對(duì)每組準(zhǔn)直器出束相同時(shí)間測(cè)量3組，取平均值。

1.2.3 EBT3膠片輸出因子測(cè)量方法

在60Co治療機(jī)上對(duì)EBT3膠片進(jìn)行刻度，設(shè)置條件：射野尺寸10 mm×10 mm，源皮距80 cm，固體水厚5 cm。選擇0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和 5.0 Gy共12個(gè)劑量點(diǎn)進(jìn)行刻度；將刻度膠片放置24 h后，使用Epson V850膠片掃描儀掃描，再利用PTW VerisoftFilmcal軟件擬合刻度曲線。

將同一批次的EBT3膠片剪裁合適后，裝入φ160 mm的Luna-260伽馬刀專用球模的膠片盒中，將球模和測(cè)量支架一起固定到治療床上，進(jìn)行照射，對(duì)每組準(zhǔn)直器出束相同時(shí)間測(cè)量3組，利用PTW Verisoft 3.2膠片分析軟件獲取膠片中心劑量并取平均值。

1.2.4 計(jì)劃系統(tǒng)輸出因子計(jì)算

根據(jù)計(jì)劃系統(tǒng)內(nèi)所查取的各個(gè)準(zhǔn)直器焦點(diǎn)劑量率參數(shù)，通過公式(1)計(jì)算出計(jì)劃系統(tǒng)中各個(gè)準(zhǔn)直器的輸出因子。輸出因子（Output Factor，OUF）定義為輸出劑量率與參考射野輸出劑量率的比值，計(jì)算伽馬刀輸出因子時(shí)，以最大射野尺寸的6號(hào)準(zhǔn)直器的射野為參考射野。

式中OUF為伽馬刀射野輸出因子，x為準(zhǔn)直器型號(hào)，D為劑量率，即單位時(shí)間內(nèi)的輸出劑量。

2 結(jié)果

通過四種測(cè)量方式來測(cè)量Luna-260伽馬刀的輸出因子，均以6號(hào)準(zhǔn)直器為基準(zhǔn)歸一，分別與計(jì)劃系統(tǒng)內(nèi)輸出因子比較，如圖1所示，準(zhǔn)直器的尺寸大于14 mm×14 mm（3號(hào)準(zhǔn)直器）時(shí)，各種方式測(cè)得的輸出因子差別不大，趨于一致，最大的誤差為-0.9%（表1）；準(zhǔn)直器的尺寸小于14 mm×14 mm（3號(hào)準(zhǔn)直器）時(shí)，各種方式測(cè)得的輸出因子的差別較大；特別是最小射野的1號(hào)準(zhǔn)直器（6 mm×6 mm）的測(cè)量結(jié)果，使用PTW 31010指形電離室測(cè)得的誤差為-72%，PTW 60019寶石探測(cè)器測(cè)量和EBT3膠片測(cè)量的結(jié)果誤差為-15%～-13%（表1）。三種探頭的基本參數(shù)，見表2。

圖1 各種測(cè)量方式得到的輸出因子

表1 各種測(cè)量方式得到的輸出因子

表2 三種探頭的基本參數(shù)

3 討論

射野輸出因子是放射治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算模型建立的重要數(shù)據(jù)之一，這與實(shí)際的治療效果息息相關(guān)，以往因輸出因子測(cè)量不準(zhǔn)確造成的放療事故屢見不鮮，究其原因多為物理師采用了不恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量方式。伽馬刀的劑量學(xué)特點(diǎn)（射野小、焦皮比高、劑量梯度大、射野半影?。?duì)于放射治療來說有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其中，伽馬刀的劑量學(xué)測(cè)量屬于小野測(cè)量，測(cè)量工具的選擇直接關(guān)系著測(cè)量結(jié)果的正確與否。使用目前常用的指型電離室和半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量小野時(shí)，由于尺寸不合適往往會(huì)造成結(jié)果偏差，造成這種偏差的原因主要有三個(gè)主要因素：① 平均容積效應(yīng)[13-15]；② 靈敏體積內(nèi)介質(zhì)與測(cè)量介質(zhì)不等效造成的通量和能譜的擾動(dòng)；③ 中心收集極和壁室材料與測(cè)量介質(zhì)不等效造成的擾動(dòng)。當(dāng)照射野很小時(shí)，部分源被準(zhǔn)直器遮擋，從而改變了射線能譜，使得射束平均能量變高[16]，使得次級(jí)電子的射程變大。當(dāng)次級(jí)電子的射程接近或者超過照射野的尺寸時(shí)，將打破側(cè)向電子平衡。由于側(cè)向電子不平衡，過大體積的探頭會(huì)測(cè)量周圍低劑量從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果小于有效測(cè)量點(diǎn)的劑量，這就是平均容積效應(yīng)。探頭靈敏體積內(nèi)的介質(zhì)為空氣時(shí)，其密度遠(yuǎn)小于測(cè)量介質(zhì)，次級(jí)電子進(jìn)入到靈敏體積內(nèi)時(shí)，由于沉積于靈敏體積內(nèi)的次級(jí)電子數(shù)量較少，會(huì)形成注量擾動(dòng)，造成測(cè)量結(jié)果偏低。Luna-260全身伽馬刀的射野為矩形野，呈正方形或長(zhǎng)方形，見圖2。用電離室測(cè)量時(shí)，應(yīng)保證測(cè)量精度放置方向與射野長(zhǎng)邊方向一致。

圖2 準(zhǔn)直器照射野

對(duì)于4～5號(hào)準(zhǔn)直器，幾種測(cè)量工具的測(cè)量結(jié)果是一致的，隨著射野變小測(cè)量結(jié)果相差越來越大。分析原因?yàn)闇?zhǔn)直器尺寸越小，其劑量分布曲線坪區(qū)越窄，圖3～5給出了1～3號(hào)準(zhǔn)直器的離軸比曲線。

圖3 1號(hào)準(zhǔn)直器X-Z平面中X方向劑量曲線

圖4 2號(hào)準(zhǔn)直器X-Z平面中X方向劑量曲線

圖5 3號(hào)準(zhǔn)直器X-Z平面中X方向劑量曲線

袁繼龍等[17]利用伽馬刀廠商技術(shù)文檔的相關(guān)參數(shù)，建立Luna全身伽馬刀蒙特卡羅模型，模擬計(jì)算得到輸出因子，其結(jié)果在3%的偏差范圍內(nèi)，蒙特卡羅模型計(jì)算出的輸出因子與廠商提供的輸出因子有很好的一致性。所以測(cè)量Luna-260伽馬刀各個(gè)射野輸出因子結(jié)果存在的偏差是由于各種實(shí)際測(cè)量方法的缺陷導(dǎo)致的。PTW 31010和IBA cc04探頭的有效測(cè)量體積分別為0.125和0.04 cm3（表2）。用1～3號(hào)準(zhǔn)直器測(cè)量時(shí)，電離室在射野中心軸時(shí)，靈敏體積不能完全被覆蓋，側(cè)面電子不平衡，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確[18-19]。射野越小，測(cè)量結(jié)果相差越大，PTW 30010和IBA cc04探測(cè)器測(cè)量8 mm×8 mm的射野時(shí)，得到的輸出因子與計(jì)劃系統(tǒng)的偏差為-48%和-13%；測(cè)量6 mm×6 mm的射野時(shí)，偏差增長(zhǎng)到-72%和-34%；電離室靈敏體積越大測(cè)量結(jié)果相差越大。PTW60019寶石探測(cè)器的靈敏體積為0.004 cm3，靈敏體積很小，所以這類探測(cè)器體積效應(yīng)產(chǎn)生的影響很小，但靈敏體積介質(zhì)的密度與測(cè)量介質(zhì)（有機(jī)玻璃）不一致，也使得測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生偏差[20]，在測(cè)量過程中探測(cè)器靈敏體積與射野中心的微小機(jī)械偏差也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有著巨大的影響[21]，從而導(dǎo)致PTW 60019在測(cè)量最小的6 mm×6 mm射野時(shí)，結(jié)果偏差為-13%。EBT3膠片劑量計(jì)分辨率高，不受溫度、氣壓等外界環(huán)境影響，EBT3膠片劑量計(jì)是常用的劑量測(cè)量工具，因應(yīng)用煩瑣，測(cè)量結(jié)果受膠片刻度、掃描條件、膠片分析等多種因素的影響，雖不適用小野的絕對(duì)劑量測(cè)量，但用于小野的相對(duì)測(cè)量結(jié)果較為理想。

綜上所述，小野輸出因子測(cè)量時(shí)，測(cè)量介質(zhì)與探測(cè)器收集極密度不一致及側(cè)向電子不平衡等因素，均會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不佳。常規(guī)探測(cè)器測(cè)量Luna-260全身型伽馬刀時(shí)，不僅需要根據(jù)射野大小選擇合適尺寸的探測(cè)器[22]還需要高精度的質(zhì)量控制和相關(guān)的射野修正因子修正[23]，利用PTW寶石探測(cè)器60019和EBT3膠片劑量計(jì)測(cè)量可得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。