基于Perfexion型γ刀的劑量學指標測試*

胡傳朋 翟賀爭 崔 明 程曉軍 魏坤杰 李永興

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0024-04 [中圖分類號] R144 [文獻標識碼] A

基于Perfexion型γ刀的劑量學指標測試*

胡傳朋①翟賀爭②*崔 明②程曉軍①魏坤杰①李永興①

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0024-04 [中圖分類號] R144 [文獻標識碼] A

目的：建立新型Perfexion型γ刀劑量學指標測試方法，評價其應用于質量控制的可行性。方法：依據國家衛生和行業標準的推薦方法，對Perfexion型γ刀的焦斑偏差、中心劑量率、照射野輸出因子、射野尺寸、射野半影及劑量偏差等劑量學指標進行檢測，并將檢測結果與廠商工程師驗收測試的結果進行比較。結果：該γ刀的焦斑偏差為0.42 mm，3種準直器的中心劑量率均＞2.5 Gy/min，照射野輸出因子均＞0.8，射野尺寸或射野半影與廠商標稱值最大偏差分別為1.3 mm和1.5 mm，實際劑量與計劃劑量相對偏差為2.6%。結論：建立起的Perfexion型γ刀劑量學檢測方法具有良好的適用性，為γ刀的質量控制檢測奠定了基礎。

γ刀；劑量學指標；膠片刻度；質量控制

[First-author’s address] Henan Institute of Occupational Medicine, Zhengzhou 450052, China.

γ射線立體定向外科治療系統(γ刀)是由多枚60Co放射源產生的γ射線進行一次性大劑量地聚焦照射腫瘤靶區，周圍組織不受影響，從而達到治療腫瘤的目的[1]。γ刀應用于臨床放射治療以來，在肺癌、肝癌及頭部腫瘤中取得了良好的效果[2-7]。隨著γ刀技術的改進，國內安裝的醫科達Perfexion型γ刀應用逐漸增多，因此對其質量控制顯得尤為重要。為了提高治愈率，切實保證腫瘤患者的生命質量，對γ刀質量控制及劑量學指標的檢測提出了更高的要求。

γ刀劑量學指標在國內衛生標準和行業標準中已有明確要求，主要包括焦斑偏差、中心劑量率、準直器輸出因子、輻射野尺寸、輻射野半影及劑量偏差等[8-9]。目前，國內具有衛生計生委放射衛生技術服務甲級資質的機構具備γ刀的檢測資質，但不同類型的設備檢測方法存在一定的差異，對測試的技術水平要求較高。為此，本研究應用目前醫療機構、科研單位容易獲得的材料，結合Perfexion型γ刀的結構特點，對其劑量學指標進行測試，旨在為技術服務機構的檢測提供方法，為國家相關標準的更新打下基礎。

1 材料與方法

1.1 測試對象

瑞典醫科達Perfexion型γ刀，主要由內置鈷源的中央體、內置直徑分別為4mm、8mm和16mm的3種準直器、治療床、控制臺以及治療計劃系統組成。196個60Co源分布于中央體內，呈半截球形，每個源體長20mm，直徑為1mm。2014年8月初裝源活度為1.92×1014Bq(5188 Ci)，16mm直徑準直器中心劑量率為3.3Gy/min。

1.2 實驗器材

實驗器材采用：①醫科達的焦斑測量架、球形模體及支架；②美國生產的免沖洗膠片EBT3；③Epson V750掃描儀；④國產Fastviewing膠片分析軟件；⑤PTW放射治療劑量儀及TW31014 0.015cm3電離室；⑥溫度計及氣壓表。所有計量器具均在中國計量科學研究院及中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所進行檢定或校準，且均在使用期限內。

1.3 實驗檢測指標

根據國家相關標準[8-9]及研究方法[10]，主要檢測指標和步驟如下。

(1)膠片刻度。在中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所國家二級標準劑量學實驗室60Co遠距離治療機下進行膠片刻度，經過現場標準劑量儀的測量和計算，確定吸收劑量。將EBT3膠片裁剪為6個3.0cm×3.0cm規格大小，置于0.5cm固體水下分別照射0cGy、65.08cGy、114.99cGy、164.90cGy、214.81cGy、264.72cGy及314.62cGy，經過掃描儀和膠片分析軟件的黑度值讀取，得到劑量與膠片黑度值的響應曲線(如圖1所示)。

(2)焦斑偏差。γ射線聚焦的斑點中心與γ刀幾何中心的距離即為焦斑偏差，將1.5cm×2.0cm規格的膠片裝入焦斑測量架的暗盒中，并記錄坐標方向，借助暗盒上的頂針將膠片上扎出標志點，即為幾何中心。將測量架固定在γ刀治療床質量控制立體定向位置，旋轉固定旋鈕，分別將膠片平面置于X-Z和Y-Z測量平面。開啟治療計劃系統，將焦斑測量架送入治療位置，并選用直徑4mm準直器進行照射(300cGy)。照射結束后使用膠片掃描儀對2個膠片采用專業模式采集圖像(如圖2所示)。

(3)中心劑量率及輻射野輸出因子。采用治療床上的定位架固定球型模體，將0.015cm3的電離室置于球模的電離室專用插板中心，保證在照射時電離室有效測量中心與焦斑中心處于同一位置，然后連接放射治療劑量儀，經溫度氣壓修正后選擇劑量測量模式，并定時測量60 s。開啟治療計劃系統，將治療床送至計劃照射位置，分別選擇3種直徑的準直器進行照射，測量3次求平均值。3種輻射野的輸出因子均采用直徑16mm準直器測量結果歸一。

(4)輻射野尺寸及輻射野半影。將10.0cm×9.0cm規格的膠片裝入球模暗盒內，然后將暗盒插入專用球型模體中，分別使膠片處于Y-Z和X-Z面。將球模送入預定照射位置，開啟治療計劃系統，分別選用3種直徑的準直器進行照射，并設定吸收劑量均為300cGy。照射結束后，使用膠片掃描儀對2個膠片采用專業模式采集圖像，不同尺寸射野的掃描圖像如圖3所示。

圖3 不同直徑準直器的輻射野示圖

(5)劑量偏差。經過治療計劃系統對球型模體質能吸收系數修正后，在幾何中心處建立直徑為16mm準直器的治療計劃，選擇治療計劃劑量為10Gy，計算出照射時間。將0.015cm3的電離室置于球模中心插板中，保證在照射時電離室有效測量中心與焦斑中心處于同一位置，開啟治療計劃系統進行照射，溫度氣壓修正后得到測量結果，重復測量3次。

2 結果

2.1 焦斑偏差

本研究使用掃描儀在專業模式下對膠片統一掃描，并設定統一的參數。首先采用軟件分析系統對直徑4mm準直器的2個圖像進行分析，經過幾何中心處拉出一條劑量曲線。處理過針孔點的劑量分布曲線，得到X軸、Y軸及Z軸(2個)焦斑的偏差分別為0.21mm、0.24mm、0.30mm及0.26mm，對Z軸的偏差求平均值后三者的幾何均數為0.42mm(如圖4所示)。

2.2 中心劑量率及輻射野輸出因子

開啟照射系統后3種直徑的準直器的中心劑量率和照射野輸出因子測量結果顯示，3種直徑準直器處的中心劑量率均＞2.5Gy/min，4mm準直器的照射野輸出因子最小且＞0.8(見表1)。

圖4 焦斑偏差分析圖

表1 γ刀的中心劑量率及輸出因子

2.3 輻射野尺寸及輻射野半影

根據輻射劑量學的要求，輻射野邊界由50%等劑量曲線確定，而輻射野半影是貫穿射野中心的劑量曲線中80%Dmax劑量點至20%Dmax劑量點對應的寬度。采用分析軟件對3種準直器的X軸、Y軸及Z軸3個坐標軸平面的輻射野半寬度和半影進行分析，并與廠家給出的標稱值進行比較，結果顯示，4mm、8mm和16mm的準直器的輻射野尺寸與標稱值最大偏差分別為0.4mm、1.1mm和1.3mm，半影寬與標稱值最大偏差分別為0.6mm、0.8mm和1.5mm，見表2、表3。

2.4 劑量偏差

直徑16mm準直器的治療模式下的計劃劑量為10Gy，采用0.015cm3的電離室和劑量儀測量3次，結果分別為10.26Gy、10.25Gy和10.27Gy，則劑量偏差為2.6%。

3 討論

放射治療是腫瘤三大治療手段之一，γ刀中心劑量最大，劑量向邊緣延伸逐漸減少，對腫瘤具有良好的治療效果，應用前景廣闊。近年發展起來的體部伽瑪刀、陀螺刀及超級伽瑪刀等，擴大了全國腫瘤放射治療的應用范圍[11-14]。未來國產60Co源的研發成功，將會是一場伽瑪刀的革命。然而，γ刀結構復雜，正常運行受到各方面因素的影響，更關系到患者和放射工作人員的生命健康。因此，完善γ刀的質量控制劑量學指標的檢測內容和步驟具有非常重要的意義。

檢測γ刀劑量學指標均需要使用劑量計，而選擇合適的劑量計(如膠片)，并熟悉劑量計的工作原理和自身特性，不僅需要大量的實踐經驗和知識積累，還需要進一步的數據分析。在測試之前在標準劑量學實驗室刻度膠片是一項特別重要的工作，直接影響到膠片劑量計的定量和定性測量。此次測試的焦斑偏差結果為0.42mm，而廠家工程師標定的結果則是0.32mm，分析產生差異的可能原因與治療床的到位精度、焦斑測量架擺位重復性、幾何坐標中心定位及膠片分析軟件分辨率等因素有關，國內已有學者專門對等中心精度進行了研究[15]。早期應用于腫瘤治療的是頭部γ刀，對焦斑中心的定位要求精度更高，而目前γ刀逐漸發展到全身，提示設備廠商、工程師及技術人員仍應側重射線聚焦位置的準確定位。

表2 輻射野尺寸的測量結果(mm)

表3 輻射野半影測量結果

放射治療物理師根據腫瘤靶區做治療計劃時，選擇不同直徑準直器來確定靶區劑量，對應準直器的射野尺寸和半影是否符合給定的標稱值，關系到實際給予患者腫瘤的劑量。而目前的國家衛生標準中并未體現對直徑16mm的準直器進行邊界約束值，在此需要用差值的方法并結合射野50%等劑量曲線擬合出射野尺寸的大小。因此，國家質量控制檢測規范中應全面的反映出γ刀的射野尺寸要求，以便滿足國家診療管理規定的要求。

γ刀作為精確放射治療的代表，既要位置精確也要劑量準確。本研究實驗中對其計劃劑量和實際測量劑量的偏差為2.6%，能夠滿足臨床5%的要求。但是，不同患者的靶區體積不一致，治療時有時會選用不同的準直器，且有時也選擇小劑量進行照射，可見靶區實際吸收劑量的準確度同樣是放射治療質量控制要求的重點。

4 結語

針對Perfexion新型γ刀的劑量學指標測試方法具有操作性和實用性，能夠滿足目前醫療設備質量控制的要求。此外，建立我國γ刀質量控制檢測方法，醫療機構做好日常劑量學指標測試、完善診療設備監管均具有重要的現實意義。

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Tests on the dosimetry indicators of Perfexion gamma knife/HU Chuan-peng, ZHAI Hezheng, CUI Ming, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶24-27.

Objective∶ To establish a new type of Perfexion gamma knife dosimetry indicators testing methods, and evaluate the feasibility of its application in quality control. Methods∶According to recommendations of national health standards, including irradiation focal spot deviation, central dose rate deviation, the radiation field output factor, the field size of the beam, beam penumbra and dose deviation dosimetry indicators of same tests were implemented. The test results were compared with the results of manufacturer engineer test. Results∶ The focal spot deviation is 0.42 mm, the center dose rate of the three kinds of collimator is＞2.5 Gy/min, the radiation field output factor is＞0.8, the maximum deviations between beam size or beam penumbra and factory nominal value were 1.3 mm and 1.5 mm respectively, and the deviation between the actual dose and planning dose is 2.6%. Conclusion∶ The established methods were efficient applied in gamma knife tests and lay down solid foundation experiment for quality control.

Gamma knife; Quality control; Dosimetric indicator; Film calibration

胡傳朋,男,(1979- ),本科學歷，主管醫師。河南省職業病防治研究院，從事放射診療設備的質量控制檢測與診療建設項目的放射防護評價工作。

2015-04-22

衛生行業科研專項(201002009)“輻射危害控制與核輻射衛生應急處置關鍵技術研究及其應用”；中國醫學科學院放射醫學研究所基金(所開1540)“螺旋斷層放射治療劑量驗證方法及配套模體研究”；協和青年科研基金(3332015101)“調強放療在臨床精確放療質量控制應用中的關鍵技術研究”

①河南省職業病防治研究院 河南 鄭州 450052

②中國醫學科學院放射醫學研究所 天津 300192

*通訊作者：hongluobozhai@126.com

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.008