NMSR600醫(yī)用直線加速器輸出劑量穩(wěn)定性的測量分析

傅洪杰

NMSR600醫(yī)用直線加速器輸出劑量穩(wěn)定性的測量分析

傅洪杰①

目的：分析NMSR600醫(yī)用直線加速器輸出劑量穩(wěn)定性。方法：使用9606B電離室劑量儀，按IAEA規(guī)程確定測量參數(shù)值，將吸收劑量計算公式化簡成儀表讀數(shù)乘以總校正因子的形式。結(jié)果：對東軟NMSR600醫(yī)用直線加速器51周的輸出劑量測量結(jié)果統(tǒng)計，偏差為2%以內(nèi)的達90%以上，偏差為3%以內(nèi)達到98%以上。結(jié)論：東軟NMSR600醫(yī)用直線加速器可以滿足臨床對輸出劑量穩(wěn)定性的要求。

直線加速器；劑量；測量；穩(wěn)定性

傅洪杰,男,(1971- ),本科學歷，主治醫(yī)師。新鄉(xiāng)市第一人民醫(yī)院放療科，從事腫瘤放射治療工作。

[First-author’s address]Department of Radiotherapy 1stHospital of Xinxiang, Henan 453000,China.

近年來，隨著人們對疾病認識的逐漸深入，以及先進放射治療設(shè)備的發(fā)展，使三維適形放射治療(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)，調(diào)強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)，影像引導放射治療(image guided radiotherapy，IGRT)，容積弧形調(diào)強放射治療(volumetric Intensity modulated arc therapy，VMAT)等新的放射治療技術(shù)被先后應(yīng)用到放射治療領(lǐng)域，使現(xiàn)代放射治療技術(shù)進入到精確診斷、精確定位、精確計劃、精確驗證和精確治療的“五精”時代。現(xiàn)代新技術(shù)為放射治療提供了毫米級甚至是亞毫米級的靶區(qū)定位、計劃設(shè)計及劑量分布計算。因而在放射治療過程中必須制定嚴格的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制標準，規(guī)范操作，保證放射治療的穩(wěn)定性，提高治療實施的準確性和精度，以便使腫瘤區(qū)域達到足夠的精確的治療劑量，而使周圍正常組織和器官受照量最少，提高腫瘤的局部控制率，減少正常組織的放射并發(fā)癥，最終提高患者生存率和生存質(zhì)量[1-2]。

在放射治療的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制中，加速器輸出劑量的穩(wěn)定是進行放射治療最基本的物理學因素，而治療過程中醫(yī)療人員稍有疏忽就有可能造成劑量偏差，直接影響到靶區(qū)劑量的準確性，從而影響放療質(zhì)量。因此，直線加速器輸出劑量的穩(wěn)定性是腫瘤放射治療質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)。本研究對國產(chǎn)NMS600型醫(yī)用直線加速器的輸出劑量穩(wěn)定性進行測量分析。

1 材料與方法

1.1 被測設(shè)備

東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的6 MV單光子NMSR600型醫(yī)用電子直線加速器，其最大輸出劑量率為400 cGy/min，多檔可調(diào)。同時配置了劑量率伺服系統(tǒng)、獨立光闌系統(tǒng)以及windows操作界面軟件控制系統(tǒng)等。

1.2 測量環(huán)境與儀器

現(xiàn)場環(huán)境溫度為15～25 ℃，大氣壓強為80～110 kPa，相對濕度為20%～70%。劑量儀為中國測試技術(shù)研究院9606B電離室劑量儀，其技術(shù)特點：具有溫度、氣壓、校準因子修正功能；極化電壓可調(diào)、極性可反轉(zhuǎn)；寬的量程為0.0001～1999.9 Gy；優(yōu)良的線性為0.2%(20 cGy/min)；重復性為0.1%(20 cGy/min)；年穩(wěn)定性為0.5%(典型值)。劑量儀的電離室性能應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定的要求，經(jīng)計量檢定機構(gòu)檢定合格。所用模體為標準水模體，容積為30 cm×30 cm×30 cm。劑量儀器氣壓計為空盒氣壓表，其測量范圍為80～110 kPa，最小分度值分別為0.1 kPa，經(jīng)過溫度、示度和補充訂正后的測量誤差≤0.2 kPa，注意空盒氣壓表的補充訂正值隨時間而改變，因此補充訂正值不得超過6個月使用期限，超過時必須重新進行檢定。

1.3 測量6 MV光子射束的輻射質(zhì)(D20/D10)

檢定時放射源到模體表面距離SSD=100 cm，模體表面的照射野為10 cm×10 cm，射束中心軸與光野中心重合，且與模體表面垂直。若用圓柱形電離室，電離室軸線與射束中心軸垂直；若用平行板電離室，射束中心軸垂直于平行板電離室的入射面。電離室有效測量點沿射束中心軸移動，分別測出在10 cm和20 cm處的吸收劑量為D10和D20，求出輻射質(zhì)劑量比D20/ D10。實測結(jié)果 D20/D10=0.59。

1.4 測量方法

(1)校正現(xiàn)場溫度、氣壓和濕度。用開放式電離室(電離室空腔內(nèi)的氣體和外界空氣相通)在測量空氣中或水模體的吸收劑量時，對劑量儀的初始讀數(shù)要進行溫度和氣壓的校正(電離室空腔的空氣密度效應(yīng)校正)。在測量時溫度相差3 ℃，或大氣壓相差1 kPa時，測量結(jié)果偏差達1%[3]。因此，對溫度、氣壓變化引起的測量誤差必須予以修正，其修正因子為公式1：

式中標準溫度為20 ℃，標準氣壓為101.3 kPa，KTP為電離室的溫度和壓力校正因子；t為現(xiàn)場測量時機房的溫度，單位℃；p為現(xiàn)場測量時的大氣壓(kPa)。

對于相對濕度的校正，是源于水蒸氣和空氣的電子密度不同以及產(chǎn)生一對離子所需的能量(電離功)不同造成的。電離室工作環(huán)境中空氣的相對濕度的影響一般相對較小，如電離室校準時的相對濕度為50%，而現(xiàn)場測量時的相對濕度在20%～70%，則相對濕度的校正通常＜1%，故在大多數(shù)情況下可忽略不計。

(2)測量有效測量點的吸收劑量。在水模體中，束流中心軸上某特定深度處有效測量點的吸收劑量(公式2)：

式中M是經(jīng)過校準的劑量儀讀數(shù)；Nx為照射量校準因子；W/e為在空氣中形成每對離子(其電荷量為1個電子的電荷)所消耗的平均能量，W/e=33.97(J/C)；Katt為校準電離室時，電離室室壁及平衡帽對校準輻射(通常為60Co的γ射線)的吸收和散射的修正；Km為電離室室壁及平衡帽的材料對校準輻射空氣等效不充分而引起的修正；Sw,air為校準深度水對空氣的平均阻止本領(lǐng)比，其與射線能量和測量深度有關(guān)；Pu為電離室室壁和空腔對水體模中電子通量影響的擾動因子，其與射線能量、電離室室壁材料及體積相關(guān)；Pcel為電離室中心電極材料與空氣不完全等效的校正因子，其與射線種類、能量以及電離室半徑有關(guān)[4]。

根據(jù)吸收劑量公式(2)并計算總校準因子K的值。其中照射量校準因子單位為C·kg-1·div-1，當用倫琴R做照射量單位時，其中Nx=2.58×10-4C·kg-1·div-1；W/e=33.97(J/C)；Katt和Km由電離室廠家給出；Sw,air和水中校準深度，根據(jù)已測量6 MV光子的輻射質(zhì)查表1來確定。Pu查圖1；Pcel(當光子能量＜25 Mev，電離室室壁材料是石墨，中心電極材料為鋁)一般數(shù)值為1。根據(jù)上述結(jié)果可將吸收劑量計算公式簡化為公式3：w

在水下校準深度的吸收劑量[7]。輻射質(zhì)同校準深度和Sw,air的關(guān)系見表1。圓柱形電離室的擾動修正因子Pu如圖1所示。

表1 輻射質(zhì)同校準深度和Sw,air的關(guān)系

圖1 圓柱形電離室的擾動修正因子Pu曲線圖

(3)有效測量點的確定和調(diào)整。在標準測量條件下，將電離室有效測量點置于水中校準深度5 cm處。按IAEA第277號報告[1]電離室的有效測量點不在其幾何中心，對于高能光子束由幾何中心向射線入射方向移動0.6 r，r為電離室的內(nèi)徑，電離室半徑為3.1 mm，0.6 r≈2 mm，即應(yīng)在保持源皮距不變的情況下，使模體的水位分別增加2 mm，將電離室的幾何中心置于水下5.2 cm處，其高度應(yīng)放在水模體的0刻度線處。水面距電離室有效測量點的實際深度是水面與有機玻璃壁產(chǎn)生的亮線的下沿處[5]。

(4)測量。加速器開機預熱30 min，檢查所有連鎖電路、機械運動、參數(shù)設(shè)置、水氣系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)等處于正常狀態(tài)準備就緒后。打開劑量儀，測量前預熱15 min，電離室及水模體提前放置機房，使測量時水溫與室溫溫差≤2 ℃，將現(xiàn)場氣壓值和水溫值輸入9606B劑量儀。加速器每次出束100 MU，每個數(shù)據(jù)測量3次，每次間隔1 min，取3次測量的平均值，計算劑量偏差；劑量偏差公式4：

式中DoseM0為實測值，DoseCal為標稱值。標稱值為86cGy，每周測量1次，共測量51周。

2 結(jié)果

2013年1月至2013年12月經(jīng)過每周一次共51次的測量，其結(jié)果見表2和如圖2所示。

圖2 對NMS 600型醫(yī)用直線加速器51周輸出劑量穩(wěn)定性的測量結(jié)果示意圖

結(jié)果表明，6 MV、X射線的數(shù)據(jù)劑量偏差在3%以內(nèi)，其中46次劑量偏差在2%以內(nèi)(占90.19%)，4次劑量偏差在2%～3%之間，1次劑量偏差＞3%(占98.03%)，設(shè)備通過工程師和物理師的檢修和校正后劑量偏差降至1%范圍之內(nèi)。美國AAPM Report 142以及國家《醫(yī)用電子加速器輻射源》計量檢定規(guī)程JJG589-2008規(guī)定，醫(yī)用加速器輸出穩(wěn)定性偏差應(yīng)該在3%以內(nèi)，測量結(jié)果均符合標準，表明NMSR600加速器輸出劑量穩(wěn)定性指標能滿足臨床要求，符合國家標準[6-7]。

3 討論

放療物理師需要每周至少一次進行加速器輸出劑量的校正，而有條件的科室應(yīng)作為日常檢查進行加速器輸出劑量的校正。在日常質(zhì)量保證工作中，如果發(fā)現(xiàn)加速器劑量出現(xiàn)偏差時，物理師應(yīng)及時調(diào)整加速器相關(guān)參數(shù)，確保加速器的系統(tǒng)誤差在符合國家要求的同時盡可能的小，以保證患者治療劑量的準確性，防止患者接受照射的劑量過高或不足。如果發(fā)現(xiàn)加速器劑量偏差＞3%或輸出劑量連續(xù)不斷漂移上升時，物理師應(yīng)該仔細檢查設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)問題。及時關(guān)注設(shè)備運行狀態(tài)，分析出現(xiàn)問題的原因，以助于指導機器的日常維護和對故障現(xiàn)象的分析[8-11]。

當加速器長時間的連續(xù)工作狀態(tài)，能夠?qū)е录铀倨鞯哪承╇娮釉^熱，出現(xiàn)工作參量的飄移現(xiàn)象，最終影響醫(yī)用直線加速器輸出劑量的穩(wěn)定性。因此，放療物理師要定期對醫(yī)用直線加速器輸出劑量進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)其是否出現(xiàn)劑量偏差。

表2 對NMS 600型醫(yī)用直線加速器51周輸出劑量穩(wěn)定性測量結(jié)果

靜電計及電離室需每年定期送國家標準實驗室進行標定，空盒氣壓表每半年要重新檢定，以確保儀器的精密度和測量的準確性，盡可能地減少測量的系統(tǒng)誤差，提高測量的精度。

綜上所述，在臨床上放射治療的根本目的在于通過最大限度地提高靶區(qū)劑量準確性和減少靶區(qū)周圍正常組織放射損傷，從而不斷提高治療的局部控制率，減少正常組織和器官的放射副作用。因此，提升直線加速器輸出劑量的穩(wěn)定性，是放療物理師的首要任務(wù)，也是腫瘤放射治療質(zhì)量保證的重要措施。

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Measurement analysis of the dose output stability of NMSR600 medical linear accelerator/

FU Hong-jie// China Medical Equipment,2014,11(12):62-65.

Objective:To measure and analyse the Dose Output Stability of NMSR600 Medical Linear Accelerator.Methods:Use of measuring instrument is 9606B dosimeterThe parameter values of measurement are determined according to IAEA regulations, and absorbed dose calculation formula is briefed to the form that the reading of instrument multiplies cumulative correction factor.Results:Statistics of output dose measurement have been done on NMSR600 accelerator in 51 weeks. Over 90% of the measurement error is less then 2%, and over 98% (degree of confidence) of the measurement error is less then 3%.Conclusion:NMSR600 medical Linear Accelerator is able to totally satisfy the clinical requirement of dose output stability.

Linear accelerator; Dose; Measurement; Stability

1672-8270(2014)12-0062-04

R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.12.022

2014-08-26

①新鄉(xiāng)市第一人民醫(yī)院放療科 河南 新鄉(xiāng) 453000