醫(yī)用加速器TrueBeam劑量輸出長期穩(wěn)定性研究*

吳麗麗 林 浩 陳 泓 謝良喜

①汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療科 廣東 汕頭 515031

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)，而醫(yī)用直線加速器輸出劑量的日常安全監(jiān)測(cè)是放射治療質(zhì)量保證工作的重要方面[1-3]。QA BeamChecker Plus(QABC+，Standard Imaging公司，美國)是一種加速器的日檢質(zhì)量控制設(shè)備，用于檢測(cè)中心軸劑量、平坦度及對(duì)稱性等參數(shù)，具有操作簡單、檢測(cè)快捷等特點(diǎn)[4]。本研究利用QA BeamChecker Plus對(duì)TureBeam系統(tǒng)進(jìn)行為期18個(gè)月的劑量輸出特性日常質(zhì)量保證檢測(cè)，通過分析各項(xiàng)參數(shù)的長期變化趨勢(shì)來評(píng)估TrueBeam 6 MV光子束劑量輸出的長期穩(wěn)定性[5-6]。

1 設(shè)備與方法

1.1 儀器設(shè)備

采用美國Standard Imaging 公司的QABC+，測(cè)量TrueBeam直線加速器6 MV光子線的中心軸輸出劑量、平坦度、軸向?qū)ΨQ性和橫向?qū)ΨQ性。

QABC+內(nèi)置8個(gè)平行板電離室，其中包括5個(gè)電離室信號(hào)探測(cè)器(1個(gè)中心電離室及4個(gè)周圍電離室)。中心電離室探測(cè)器位于中心軸上，其余4個(gè)電離室位于中心軸上、下、左、右各7.5 cm處。另外3個(gè)電離室作為射線質(zhì)識(shí)別電離室，測(cè)量時(shí)，內(nèi)置的傳感器自動(dòng)完成溫度和氣壓的補(bǔ)償修正。該儀器可檢測(cè)直線加速器6～25 MeV電子線和60Co-25 MV光子線的中心軸劑量輸出、平坦度及對(duì)稱性。電子線測(cè)量面具有1.5 cm厚的水等效材料，光子線測(cè)量面具有3.5 cm厚的水等效材料[7]。

1.2 測(cè)量方法

1.2.1 TrueBeam劑量輸出特性校準(zhǔn)

建立QABC+基準(zhǔn)值(Baseline)前，根據(jù)美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)第142號(hào)工作組報(bào)告(TG-142)的規(guī)范對(duì)TrueBeam機(jī)械參數(shù)和劑量輸出特性進(jìn)行調(diào)整。

1.2.2 建立6 MV光子束QABC+的基準(zhǔn)值(Baseline)

首先將QABC+水平放置于治療床，X射線測(cè)量面向上，上方電離室朝向機(jī)架。機(jī)架、多葉準(zhǔn)直器和治療床角度均設(shè)置在0o，開野為20 cm×20 cm，源皮距SSD=100 cm；然后將射野中心十字線對(duì)準(zhǔn)QABC+的十字線；接著以400 MU/min的劑量率出束200 MU；最后讀取數(shù)據(jù)，建立中心軸劑量輸出、平坦度及對(duì)稱性的基準(zhǔn)值。

1.2.3 QABC+日檢測(cè)量

采用QABC+每日重復(fù)上述擺位條件測(cè)量6 MV光子束，測(cè)量其中心軸劑量輸出、平坦度、軸向?qū)ΨQ性和橫向?qū)ΨQ性數(shù)值，以基準(zhǔn)值為參考，將后續(xù)測(cè)量的結(jié)果與其進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)加速器各項(xiàng)參數(shù)的變化。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)及其定義

評(píng)價(jià)指標(biāo)包括4個(gè)主要參數(shù)，參考QBAC+使用說明書，其計(jì)算公式如下。

(1)中心軸劑量偏差(公式1)：

式中，M(t)為經(jīng)溫度氣壓校準(zhǔn)的中心電離室日檢讀數(shù)，M(t0)為中心電離室基準(zhǔn)值讀數(shù)。

(2)平坦度偏差(公式2)：

式中，F(xiàn)(t)為平坦度日檢讀數(shù)，F(xiàn)(t0)為平坦度基準(zhǔn)值。

(3)1.3.5 軸向?qū)ΨQ性偏差(公式3)：

式中，SA(t)為軸向?qū)ΨQ性日檢讀數(shù)，SA(t0)為軸向?qū)ΨQ性基準(zhǔn)值。

(4)橫向平坦度偏差(公式4)：

式中，ST(t)為橫向?qū)ΨQ性日檢讀數(shù)，ST(t0)為橫向?qū)ΨQ性基準(zhǔn)值。

根據(jù)AAPM TG-142號(hào)報(bào)告中給出的加速器質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)參數(shù)相對(duì)基準(zhǔn)值的變化幅度要求：劑量輸出≤±2%，平坦度≤1%，對(duì)稱性≤±1%[2]。將檢測(cè)結(jié)果與質(zhì)量保證要求進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估TrueBeam加速器6 MV光子束射野各項(xiàng)參數(shù)的穩(wěn)定性。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用Excel2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和處理，所測(cè)數(shù)據(jù)采用平均值加標(biāo)準(zhǔn)差()表示。

2 結(jié)果

2012年9月至2014年2月，對(duì)TrueBeam系統(tǒng)的6 MV光子束進(jìn)行306次日檢測(cè)量(2013年2月17日至6月8日期間，由于QABC+故障維修，未進(jìn)行日檢)。

2.1 中心軸劑量

306次測(cè)量結(jié)果中僅有18次測(cè)量誤差＞(±2%)，其中13次為加速器出現(xiàn)劑量聯(lián)鎖，清除聯(lián)鎖之后重新測(cè)量，結(jié)果合格。2013年2月17-22日期間共4次測(cè)量誤差＞±2%，經(jīng)檢測(cè)為QABC+溫度氣壓傳感器故障。剔除17次檢測(cè)設(shè)備故障和加速器故障的測(cè)量結(jié)果，有效日檢測(cè)量289次，僅1次測(cè)量誤差＞±2%，6 MV中心軸劑量穩(wěn)定性合格率為99.7%，中心軸劑量偏差為(0.0%±0.7%)，如圖1A所示。

2.2 平坦度

測(cè)量結(jié)果顯示6 MV光子線平坦度穩(wěn)定性非常好，平坦度偏差為(0.1%±0.1%)，如圖1B所示。

2.3 軸向?qū)ΨQ性

軸向?qū)ΨQ性為(-1.4%±0.6%)，289次測(cè)量結(jié)果均為≤±3%；軸向?qū)ΨQ性偏差為(-0.3%±0.2%)，最大偏差為-1.1%，如圖1C所示。

2.4 橫向?qū)ΨQ性

橫向?qū)ΨQ性為(0.4%±0.4%)；橫向?qū)ΨQ性偏差為(0.3%±0.3%)，最大偏差為0.8%，均在誤差范圍內(nèi)，總體上橫向?qū)ΨQ性偏差呈微弱上升趨勢(shì)，如圖1D所示。

圖1 TrueBeam加速器6 MV光子線射野劑量輸出特性參數(shù)偏差值

3 討論

隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療(Intensity modulated radiation therapy，IMRT)和旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)(Volumetric modulated arc therapy，VMAT)逐漸成為主要放射治療方式，而TrueBeam是一臺(tái)全新設(shè)計(jì)，用于進(jìn)行圖像引導(dǎo)放射治療和放射外科的系統(tǒng)，在此系統(tǒng)上可完成調(diào)強(qiáng)放射治療、容積調(diào)強(qiáng)弧形放射治療和立體定向體部放射治療[6]。TrueBeam是一個(gè)完全集成的系統(tǒng)，擁有眾多的技術(shù)創(chuàng)新，包括動(dòng)態(tài)同步成像，患者擺位管理，靶區(qū)移動(dòng)管理，以及用于放射治療和放射外科的全新投照技術(shù)[7-8]。精確放射治療對(duì)加速器的質(zhì)量保證提出了更高的要求，需對(duì)加速器的各項(xiàng)性能進(jìn)行常規(guī)日檢，以確保治療的安全性和精確性。

由于目前關(guān)于TureBeam加速器劑量輸出長期穩(wěn)定性尚未報(bào)道，本研究采用QABC+對(duì)該加速器的6 MV光子線進(jìn)行為期18個(gè)月的日常質(zhì)量保證檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段要用到多種測(cè)量儀器，如：靜電計(jì)與電離室、二維矩陣探測(cè)器，膠片等，檢測(cè)過程比較繁瑣，且耗時(shí)、耗力同時(shí)缺乏系統(tǒng)性，很難實(shí)現(xiàn)加速器性能的日檢質(zhì)量控制和質(zhì)量保證[9-10]。而QABC+、QuickCherck和Daily QA3等日檢質(zhì)量控制設(shè)備，操作方便，一次測(cè)量可快速得到多個(gè)測(cè)量結(jié)果，方便日常質(zhì)量控制和質(zhì)量保證，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)用直線加速器和tomotherapy等大型放療設(shè)備的日常質(zhì)量控制中。研究結(jié)果表明，日檢質(zhì)量控制設(shè)備具有快速，便捷的特點(diǎn)，可以保證加速器每日的安全性及精確治療[11-14]。

QABC+可用于每日快速測(cè)量加速器射束的多項(xiàng)參數(shù)，是一種重要、便捷的日檢質(zhì)量控制設(shè)備。李承軍等[4]對(duì)QABC+性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，所使用平行板電離室重復(fù)性達(dá)到臨床使用標(biāo)準(zhǔn)，可以用于直線加速器射野日常檢測(cè)。加速器經(jīng)過驗(yàn)收或校準(zhǔn)合格后，利用日檢質(zhì)量控制設(shè)備QABC+對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)并建立基準(zhǔn)值，將后續(xù)檢測(cè)結(jié)果與基準(zhǔn)值對(duì)比進(jìn)行評(píng)估，檢測(cè)的結(jié)果反映出與基準(zhǔn)值之間的相對(duì)偏差，也反映出加速器射野參數(shù)的變化情況。超過設(shè)定的閾值，QABC+會(huì)以紅燈警示，若超出設(shè)定值，需要對(duì)加速器進(jìn)行檢查。QABC+無法檢測(cè)基準(zhǔn)值的對(duì)與錯(cuò)，因此如果基準(zhǔn)值錯(cuò)誤，后續(xù)的檢測(cè)結(jié)果就會(huì)與錯(cuò)誤值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)加速器重新進(jìn)行維修、參數(shù)調(diào)整或日檢質(zhì)量控制設(shè)備進(jìn)行維修后，需要重新獲取基準(zhǔn)值。

6 MV光子線射野劑量輸出特性是評(píng)價(jià)加速器射束的重要參數(shù)，本研究TrueBeam加速器的測(cè)量結(jié)果中，18次中心軸劑量偏差＞2%，提示需要利用電離室對(duì)加速器劑量輸出的一致性進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢查其中4次是QABC+出現(xiàn)氣壓溫度探測(cè)器故障，返修之后對(duì)QABC+進(jìn)行重新標(biāo)定；13次是由于加速器劑量聯(lián)鎖，導(dǎo)致輸出劑量低于預(yù)設(shè)劑量。中心軸劑量、平坦度，軸向?qū)ΨQ性和橫向?qū)ΨQ性數(shù)值反映出射線的穩(wěn)定性。本研究4個(gè)參數(shù)的合格率分別為99.7%、100%、100%和100%，由此可見TrueBeam的6 MV光子射線束具有很好的穩(wěn)定性，其中橫向?qū)ΨQ性具有正向偏移的上升趨勢(shì)，需要在日常質(zhì)量控制工作中加以重視。

本研究的日檢質(zhì)量控制設(shè)備QABC+系統(tǒng)對(duì)稱性的定義與TrueBeam系統(tǒng)有區(qū)別，在計(jì)算對(duì)稱性時(shí)未考慮中心軸劑量，可能是考慮到3.5 cm深度處射野離軸曲線呈“horn形分布”，故QABC+系統(tǒng)測(cè)量的對(duì)稱性偏差參數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)比對(duì)稱性參數(shù)更能反映射野的穩(wěn)定性[15]。

經(jīng)過18個(gè)月的日檢質(zhì)量控制設(shè)備QABC+的日檢研究結(jié)果顯示，TrueBeam的6 MV光子線劑量輸出特性具有很好的長期穩(wěn)定性，能夠滿足臨床要求。

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