EBT3膠片照射劑量對新型頭部伽馬刀輻射場質量控制的影響研究

王志斌，呂揚陽，張 洋，溫涵泳，刀鴻威，向 瑩，余冉冉

（南部戰區疾病預防控制中心，廣州 510507）

0 引言

頭部伽馬刀治療的原理是利用精確的三維立體定位系統，由相當數量鈷源發出γ射線幾何聚焦，對顱內病變靶區進行多角度、單次、大劑量照射，達到靶區病灶損毀的不可逆生物效應，而周圍正常組織不受損傷。其治療照射范圍與正常組織界限非常明顯，邊緣如刀割一樣，故稱伽馬刀。

新型伽馬刀不斷涌現，比較引人注目的是瑞典醫科達最新一代Leksell Gamma Knife?PerfexionTM頭部伽馬刀。該伽馬刀對結構和性能進行了創新設計：一是對準直器系統進行創新，摒棄了以往的頭盔式設計，新的準直器系統呈圓錐桶形，治療艙增大300%；治療單元由192個鈷源組成，分布在8個扇區，每個扇區對應有規格分別為4、8、16 mm 3組孔徑各24個準直器，準直器由電動機控制，各扇區的準直器孔徑可獨立變換和自由設定，全自動變換時間少于3 s。二是對全自動患者擺位系統進行創新，治療床采用懸浮式設計，可根據治療計劃指令自動前后、左右、上下漂移，將病灶移至靶點位置，重復擺位精度達0.05 mm[1-3]。

伽馬刀的輻射場比較小，劑量分布曲線邊緣陡峭，形成焦點的射線束是從不同方向入射，因此對伽馬刀輻射場的半影和照射野等劑量學指標的測量尤為重要[4]。按照以往的EBT3膠片刻度方法和膠片照射劑量對醫科達Leksell Gamma Knife?PerfexionTM頭部伽馬刀進行輻射場質量控制，對比廠家檢測結果，發現有較大區別，部分項目不符合國家標準要求，其中最大的區別是膠片刻度劑量和膠片焦點照射劑量不同。本文主要研究EBT3膠片不同刻度劑量和不同膠片焦點照射劑量對新型伽馬刀輻射場質量控制的影響，為調整EBT3膠片刻度劑量和膠片焦點照射劑量提供參考依據，從而滿足各種型號伽馬刀輻射場質量控制要求。

1 對象和方法

1.1 對象

1.1.1 伽馬刀

瑞典醫科達最新一代Leksell Gamma Knife?PerfexionTM頭部伽馬刀。

1.1.2 膠片和分析軟件

膠片選用Gafchromic公司EBT3膠片，該膠片照射劑量范圍寬，紅色通道達10 Gy，綠色通道大于40 Gy，線性較好；膠片掃描儀采用EPSON 11000XL A3和EPSON V700。分析軟件包括醫科達公司MATLAB分析軟件（以下簡稱“廠家軟件”）、IBA Omni-Pro-I'mRT分析軟件和國家疾控中心分析軟件。

1.1.3 檢測模體

采用Leksell Gamma Knife DosimetryPhantorn專用球形模體，形狀和尺寸模擬成年人的頭部，采用固體水材料，可通過2種方法使用不同的組件來組裝：連接電離室的DosimetryPhantorn可以測定吸收劑量率，連接膠片堆疊式存儲器的DosimetryPhantorn可以檢查劑量投照的準確性。

1.2 方法

1.2.1 刻度膠片的劑量照射方法

中國計量科學研究院刻度膠片照射劑量分別是0、0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、3.0、3.6、4.0、4.4、4.8 Gy；瑞典醫科達廠家刻度膠片照射劑量分別是0、0.5、1、2、3、4、5、6、8 Gy；醫院刻度膠片利用伽馬刀現場刻度，伽馬刀焦點劑量率是3.401 Gy/min，對應時間分別是 0、0.15、0.29、0.59、0.89、1.18、1.47、1.76、2.35 min，照射劑量分別是 0、0.5、1、2、3、4、5、6、8 Gy。

1.2.2 輻射場的照射

測量時，將EBT3膠片裁剪合適尺寸，裝入Leksell Gamma Knife DosimetryPhantorn專用球形模體膠片插板，沿水平方向或垂直方向將模體安裝在治療床上，使模體中膠片與治療床的X-Y或X-Z方向一致；將定位圖像導入治療計劃系統（treatment planning system，TPS），配準，建立坐標系，在膠片插板的中心定位孔斷層上，將中心定位孔處的膠片位置作為治療計劃的靶區中心，作某一準直器的單靶點放射治療計劃。用4、8、16 mm準直器分別進行照射，焦點照射劑量為3.5和5 Gy。

1.2.3 膠片掃描分析

照射完成后，從模體內取出膠片，標記照射野方向，使用膠片掃描儀掃描膠片，保存圖像；使用膠片分析軟件導入圖像，利用膠片分析軟件建立灰度-劑量刻度曲線，根據劑量刻度曲線值對膠片劑量進行歸一。照射野尺寸偏差分析方法：在膠片分析軟件上，找出通過治療計劃靶區中心的X、Y、Z軸與50%等劑量曲線的交點，測量同一軸線上兩交點間的距離，將其與TPS中給出的相應距離進行比較，計算偏差。照射野半影寬度分析方法：在膠片分析軟件上，找出通過治療計劃靶區中心的X、Y、Z軸與80%等劑量曲線、20%等劑量曲線的交點，分別測量同一軸線上位于靶區中心同側的兩交點間的距離，取最大者作為該軸線上的照射野半影寬度。

1.2.4 輻射場的測量

由于廠家提供EBT3膠片采用5 Gy焦點照射劑量一種方式進行照射，為了比較不同焦點照射劑量和膠片分析軟件對結果的影響，本研究對醫院提供的EBT3膠片采取了焦點照射劑量分別為3.5和5 Gy 2種不同劑量方式進行照射，并用廠家軟件、IBA OmniPro-I'mRT分析軟件和國家疾控中心分析軟件等3種不同的軟件對膠片進行輻射場測量。

1.2.5 評價標準

評價依據為WS 582—2017《X、γ射線立體定向放射治療系統質量控制檢測規范》，照射野尺寸每個射野最大偏差±1.0 mm；照射野半影寬度在照射野尺寸≤10 mm時要求≤6 mm，在10 mm<照射野尺寸≤20mm時要求≤8mm，在20mm<照射野尺寸≤30 mm時要求≤10 mm[5]。

2 結果

2.1 廠家軟件測量廠家提供EBT3膠片結果

廠家軟件測量廠家提供EBT3膠片結果見表1。瑞典醫科達廠家采用焦點照射劑量5 Gy條件下照射廠家提供EBT3膠片，灰度-劑量刻度曲線數據來自廠家0～8 Gy刻度膠片。廠家軟件測量的輻射場照射野尺寸和半影寬度與TPS比較，滿足標準要求。

表1 焦點照射劑量5 Gy條件下廠家軟件伽馬刀輻射場測量結果mm

2.2 國家疾控中心分析軟件和IBAOmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量3.5 Gy EBT3膠片結果

國家疾控中心分析軟件和IBA OmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量3.5 Gy EBT3膠片結果見表2。灰度-劑量刻度曲線數據來自中國計量科學研究院0～4.8 Gy刻度膠片，2種軟件測量結果與TPS比較，4和8 mm準直器照射野尺寸以及半影寬度滿足標準要求，16 mm準直器照射野尺寸不滿足標準要求。

表2 焦點照射劑量3.5 Gy條件下不同軟件伽馬刀輻射場測量結果mm

2.3 國家疾控中心分析軟件和IBAOmniPro-I'mRT分析軟件測量廠家提供EBT3膠片結果

廠家軟件、國家疾控中心分析軟件和IBA Omni-Pro-I'mRT分析軟件測量廠家提供EBT3膠片結果見表3。灰度-劑量刻度曲線數據來自瑞典醫科達廠家0～8 Gy刻度膠片，3種軟件測量的照射野尺寸沒有明顯差別，半影寬度都滿足標準要求。

2.4 國家疾控中心分析軟件和IBAOmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量5 Gy EBT3膠片結果

國家疾控中心分析軟件和IBA OmniPro-I'mRT分析軟件測量焦點照射劑量5 Gy EBT3膠片結果見表4。灰度-劑量刻度曲線數據來自現場伽馬刀0～8 Gy刻度膠片，2種軟件測量的照射野尺寸和半影寬度都滿足標準要求。

表4 焦點照射劑量5 Gy和刻度劑量8 Gy條件下不同軟件伽馬刀輻射場測量結果mm

3 討論

對比GBZ 168—2005《X、γ射線頭部立體定向外科放射治療放射衛生防護標準》，新頒布的WS 582—2017標準對輻射場質量提出了更高的要求，照射野尺寸每個射野最大偏差由原來的±1.5 mm降到±1.0 mm；照射野半影寬度調整為在照射野尺寸≤10 mm時要求≤6 mm，在10 mm＜照射野尺寸≤20mm時要求≤8mm，在20mm＜照射野尺寸≤30 mm時要求≤10 mm。

本研究中中國計量科學研究院刻度膠片照射劑量范圍是0～4.8 Gy，在焦點照射劑量3.5 Gy條件下照射膠片進行檢測，應用國家疾控中心分析軟件和IBA OmniPro-I'mRT分析軟件同時進行分析，結果見表2。2種軟件測量的照射野半影寬度雖然有不同，但都符合標準要求，照射野尺寸偏差在4和8 mm準直器條件下也符合標準要求，但在16 mm準直器條件下X軸和Y軸方向偏差都大于1 mm標準要求。與廠家軟件相比，在16 mm準直器條件下X軸和Y軸方向偏差檢測結果不一致（見表1）。

為了排除膠片分析軟件的問題，本研究調取了廠家現場檢測照射膠片圖像和刻度膠片圖像，廠家膠片圖像都是通過膠片掃描儀EPSON V700獲取，結果見表3。3種軟件的結果一致性非常好，說明膠片分析軟件對輻射場質量控制沒有明顯影響。

本研究發現現場檢測與廠家檢測設定膠片焦點照射劑量不同，現場檢測設定的焦點照射劑量為3.5 Gy，廠家設定的焦點照射劑量是5 Gy。為了比較膠片焦點照射劑量對檢測的影響，本文按照廠家標準用伽馬刀對膠片進行了重新刻度，刻度劑量范圍是0～8 Gy，檢測膠片焦點照射劑量也設置為5 Gy，結果見表4。現場檢測數據結果跟廠家數據和TPS相符，在16 mm準直器條件下X軸和Y軸方向偏差小于1 mm，符合國家標準要求。說明了膠片焦點照射劑量對伽馬刀輻射場質量控制是有影響的，特別是對大準直器結果有明顯影響。

ISP公司的Gafchromic EBT3膠片尺寸為8 in×10 in（1 in=25.4 mm），標稱劑量響應范圍為紅色通道最大到10 Gy，綠色通道大于40 Gy，免沖洗，對可見光不敏感，具有雙面不飽和烴的微晶粒涂層，在接受輻射后形成一種染料聚合體而顯影，曝光后膠片像素值的變化先增大而后趨于穩定，在較短時間（0～2 h）內變化較大，8～12 h后趨于穩定，掃描時膠片方向及其正反之間都存在差異[6-7]。膠片劑量響應梯度較大，其非均勻性存在一定差異。劑量在0 Gy時其本底具有較大的非均勻性，隨著劑量增加其像素值急劇增加，導致隨劑量的增加其非均勻性逐步減小。在紅色通道掃描時有很強的像素劑量響應，由于劑量響應曲線為像素值與劑量響應的關系，高劑量和低劑量像素值相差較大，在擬合數據時可能導致低劑量區的劑量響應曲線誤差增大而影響分析結果[8]。

比較前后檢測數據結果和EBT3膠片像素劑量響應曲線，發現EBT3膠片在0～10 Gy響應擬合最好，軟件識別膠片焦點照射劑量5 Gy比3.5 Gy像素劑量響應更好。比較WS 582—2017和GBZ 168—2005[9]的標準要求，照射野尺寸每個射野最大偏差由原來的±1.5 mm降低到±1.0 mm，采用原來的0～4.8 Gy的EBT3膠片刻度、3.5 Gy焦點照射劑量只能滿足小準直器條件下檢測，而16 mm準直器偏差不符合標準要求。

頭部伽馬刀是單次、大劑量聚焦分割照射，特別是針對不規則野，更需要使用不同的準直器進行分割照射，只有保證照射野尺寸的精度，才能保證布野的準確性。另外，照射野周圍組織對劑量要求比較高，只有半影尺寸足夠小，才能達到減少周圍組織劑量的要求。人體頭部組織復雜且重要，國家新頒布的立體定向放射治療系統質量控制標準對照射野尺寸偏差和半影寬度提出了更高要求，也是為了提高照射的精度，進一步保護周圍組織。針對目前不斷涌現的新型伽馬刀，如果繼續沿用以前的膠片刻度方法和照射方法，已不能滿足伽馬刀輻射場質量控制要求。因此在進行新型伽馬刀輻射場質量控制時需要了解廠家檢測規范，并參考廠家標準對膠片進行刻度和檢測比較科學。為了滿足不斷推出的新型伽馬刀輻射場質量控制需求，建議狀態和穩定性檢測中采用0～8 Gy較寬照射劑量對EBT3膠片進行刻度，采用EBT3膠片劑量響應最好的5 Gy劑量對膠片中心進行照射，減少膠片分析軟件測量時的誤差，滿足國家新標準和伽馬刀廠家檢測規范。