立體定向放射治療設備安全性檢測評價方案及案例分析*

屠 波 夏慧琳 高關心* 夏 婷 李 庚 楊 濤 張 虹 許靖宇

立體定向放射治療是指運用擺位技術和立體定位技術，在三維空間內將多個放射野、放射源和多線束的高能射線聚焦于目標靶區之內，其優勢是腫瘤病灶組織接受到足夠劑量的射線照射，同時周圍正常組織受到的照射量較少。因此，在獲得較好的臨床療效時需要有效減少輻射不良反應。目前，立體定向放射治療是基于直線加速器的放射治療技術，利用三維立體定向放射治療計劃系統，獲取患者影像學資料，制定治療計劃，完成治療過程，驗證治療結果，對于患者術后跟蹤和隨訪同樣發揮著積極作用。立體定向放射治療設備的精確治療還體現在放射治療過程中圖像引導系統可以實時監控和調整影響實際照射劑量分布的不確定因素，真正意義上實現了照射野對靶區的緊緊“追隨”[1-2]。

立體定向放射治療設備安全性檢測評價方案對醫療設備的使用安全至關重要，其主要關注在診療過程中所產生的生物危害、能量危害、環境危害、設備操作導致的危害等。為此，本研究通過安全性評價分析各種危害產生的原因，并提出對應的防護措施。同時，依據國家標準建立安全性檢測評價方案，利用案例分析展現安全性檢測評價方案的評價方式，并通過對比不同廠家設備在安全性方面的優劣，明確立體定向放射治療設備安全性相關的關鍵指標。

1 材料與設備

采用RITG142軟件(美國RIT公司)，Starcheck maxi矩陣(德國PTW公司)，RW3固體水(德國PTW公司)，RTQA10×10和EBT3-0810膠片(美國ISP公司)，IBA DOSE 1計量儀；其他設備為水平儀、鋼直尺、坐標紙、溫度計、氣壓計等。

2 放射治療設備安全性檢測

2.1 機械精度安全性檢測

2.1.1 等中心精度安全性

將2 cm固體水放置于膠片上，設備能量設定為6 MV，機器跳數設定為300 MU，三維表面遮蓋顯示(shaded surface display，SSD)設定為100 cm，分別設置治療頭、機架和治療床的角度為0°、45°、90°和135°拍攝“米”形野，利用RITG142軟件分析等中心精度[3-8]。

2.1.2 光射野一致性安全性

先將膠片按照激光射野指示，將四角用針孔標記，再將2 cm固體水放置于膠片上，設備能量設定為6 MV，機器跳數設定為300 MU，SSD設定為100 cm，顯示射野形狀設定為10 cm×10 cm，設置治療頭的角度為0°、180°拍攝，利用RITG142軟件分析光射野一致性。

2.1.3 治療床走位精度

將坐標紙固定在治療床上，按照激光射野指示將等中心與坐標紙中心重合，按照左、右、前、后順序，分別移動10 cm和20 cm，對比坐標紙顯示坐標和設備電子坐標之間的差異。將卷尺固定在治療頭上，分別將治療床上和下移動，對比卷尺顯示升降高度和設備電子高度之間的差異。

2.1.4 實際角度與顯示角度分析

將水平儀固定在治療頭上，將機架角度恢復到0°，將機架轉動到90°、180°和270°，對比水平儀的顯示讀數；將治療床的角度恢復到0°，并分別轉動到90°、180°和270°，對比地板上的刻度；將坐標紙固定在治療床上，將機頭角度恢復到0°，按照激光射野指示將等中心與坐標紙中心重合，并分別轉動到90°、180°和270°，對比坐標紙顯示角度和設備電子角度之間的差異。

2.2 輸出劑量安全性檢測

設備能量設定為6 MV，劑量率設定為最大值，機器跳數設定為100 MU，SSD設定為100 cm，將機架角度和機頭角度恢復到0°，利用IBA DOSE 1計量儀分別檢測深度為5.2 cm劑量。分別檢測設備跳數為5 MU、10 MU、50 MU、100 MU、200 MU和300 MU時的輸出劑量。并與電離室通道1顯示結果、電離室通道2顯示結果與外置劑量顯示器顯示結果進行對比。

2.3 射野輸出均勻性檢測

2.3.1 不同射野形狀X射線輸出劑量安全性

設備能量設定為6 MV，劑量率設定為最大值，SSD設定為100 cm，將機架角度和機頭角度恢復到0°，機器跳數設定為100 MU，利用劑量儀分別檢測射野形狀20 cm×20 cm、30 cm×30 cm、20 cm×10 cm及10 cm×20 cm條件下的劑量。

2.3.2 不同劑量率下X射線輸出劑量安全性

設備能量設定為6 MV，SSD設定為100 cm，電離室深度設定為5.2 cm，設定射野形狀10 cm×10 cm，將機架角度和機頭角度恢復到0°，分別設定機器跳數為5 MU、10 MU、50 MU、100 MU和200 MU在最大、最小和平均劑量率條件下的輸出劑量。

2.3.3 機架角度改變時X射線或電子線輸出劑量安全性

設備能量設定為6 MV，SSD設定為100 cm，機器跳數設定為100 MU，設定射野形狀10 cm×10 cm，將機頭角度恢復到0°，分別設定機架角度為-135°、-90°、-45°、0°、45°、90°、135°和180°條件下的劑量。

3 安全性檢測結果及分析

3.1 機械等中心精度安全性檢測

立體定向放射治療設備等中心精度的情況會直接決定危險器官和靶區的定位，盲目的使用將會引發放射治療的失敗并產生極大的安全隱患。依據美國精英大學聯盟(International Education Consortium，IEC)標準以及國家標準，等中心的定義為在放射學設備中，各種運動的基準軸線圍繞一個公共中心點運動，輻射軸從以此點為中心的最小球體內通過，此點即為等中心[9]。對立體定向放射治療設備而言，等中心包括機械等中心、輻射等中心以及治療床在公轉軸線在球體范圍內3個部分。立體定向放射治療設備等中心精度的大小是腫瘤放射治療的關鍵性因素，同時立體定向放射治療設備的等中心測量和調整，對于質量保證和質量控制是首要因素，這將直接影響放射治療是否能實現[10]。

利用提到的方法進行立體定向放射治療設備等中心精度檢測，可以直觀的發現立體定向放射治療設備精度差異。不同品牌立體定向放射治療設備的等中心精度檢測，可為臨床工程師提供維護保養及維修時參考依據，從而提高設備安全性，確保設備的正常使用， 其結果如圖1所示。

圖1 等中心精度安全性檢測結果示圖

3.2 光射野一致性安全性檢測

根據美國Marks統計的結果顯示，約有50%的立體定向放射治療設備射野擺位誤差超過將近5 mm，類似的統計在國內醫院的結果與之相近甚至更差[11]。同時，光射野一致性對于立體定向放射治療設備的質量控制也至關重要，是立體定向放射治療設備質量控制的重要檢測項目[12]。此外，光射野一致性是立體定向放射治療設備驗收的重要指標，美國醫學物理學家協會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)和國家標準對在臨床使用過程中的立體定向放射治療設備的光射野一致性誤差要求均＜±2 mm。因此，光攝野一致性的相關參數的驗證檢測和校準，對于保證精確治療的安全性和有效性意義重大[13]。

表1 治療床、治療頭和機架走位精度

利用膠片拍照的方式進行光射野一致性的檢測，當光野與射野具有較好的一致性時，紅色框(光野)與藍色框(視野)會較好的重合，某進口設備與某國產設備相比較而言，紅藍框重合程度較差，表明該國產設備的光攝野一致性較差，需要進行及時的調整(如圖2所示)。

圖2 光射野一致性安全性檢測結果示圖

3.3 治療床、治療頭及機架機械精度檢測

由于立體定向放射治療設備的機械精度同樣也是在質量保證與質量控制中的重要內容，機械精度的改變也會直接影響患者治療計劃中危險器官和靶區的定位準確性[14]。同時，機械精度對于射野和射野特定基本點的確定具有直接的影響，所以在日常工作中對于立體定向放射治療設備的機械精度要求較高。在檢測中未發現檢測的某品牌立體定向放射治療設備治療床機械精度誤差＞±0.2 cm，治療頭和機架旋轉精度誤差＞±0.1°，表明所檢測的某品牌立體定向放射治療設備機械精度保持良好(見表1)。

3.4 輸出劑量安全性檢測

立體定向放射治療設備的輸出劑量檢測對于腫瘤放射治療的質量具有重要意義。此外，靶區劑量的準確對患者的治療以及預后有著至關重要價值[15]。由于立體定向放射治療設備中的某些元器件的老化或故障，將會引起直線加速器輸出劑量的改變，而這種改變可能是突然發生或者緩慢出現。因此，對立體定向放射治療設備的輸出劑量進行定期檢測和校準劑量讀數具有重大意義。

利用不同的預設輸出劑量確定設備跳數為5～300 MU之間輸出劑量的準確性，并與電離室通道1、電離室通道2和外置劑量顯示器的顯示結果進行對比。對應數值進行相關修正后，可以發現兩種不同品牌的立體定向放射治療設備的輸出劑量均具有較好的線性關系。不同品牌立體定向放射治療設備輸出劑量檢測數據見表2。

表2 輸出劑量安全性檢測(cGy)

設備跳數預設值從50～300 MU之間的劑量儀檢測結果如圖3所示。

圖3 輸出劑量安全性檢測結果曲線圖

3.5 射野輸出均勻性檢測

立體定向放射治療設備是一種治療精度高、集成化程度高以及結構復雜的大型放射治療設備，任何環節的出錯都會造成不可逆的損失。因此，立體定向放射治療設備的安全性尤為重要。除了上述的機械精度和輸出劑量精度外，射野輸出均勻性也需要進行檢測，其中包括不同射野形狀X射線輸出劑量安全性檢測、不同劑量率下X射線輸出劑量安全性檢測，以及機架角度改變情況下X射線輸出劑量安全性檢測。

3.5.1 不同射野形狀X射線輸出劑量安全性

兩種不同品牌的立體定向放射治療設備在不同射野形狀條件下，輸出劑量的穩定性具有明顯差異。相比較某進口設備，某國產設備的輸出劑量均勻性較差，在不同射野形狀之間差值較大，證明該設備需要做進一步的檢測和校準，如圖4所示。

圖4 不同射野形狀X射線輸出劑量安全性檢測結果曲線圖

3.5.2 不同劑量率下X射線輸出劑量安全性

兩種品牌的立體定向放射治療設備跳數在5 MU、10 MU和50 MU預設輸出劑量均有較好的穩定性，不會因為劑量率的改變產生較大的差異。當設備跳數預設輸出劑量＞100 MU時，兩種品牌的立體定向放射治療設備均出現穩定性下降的現象，且國產設備跳數在200 MU時穩定性較差，表明兩種設備根據現有檢測結果需要做進一步的檢測和校準，以確保輸出劑量的均勻性。兩種不同品牌的立體定向放射治療設備在不同劑量率條件下，輸出劑量的穩定性結果如圖5所示。

圖5 不同劑量率下X射線輸出劑量安全性檢測結果散點圖

3.5.3 機架角度改變下X射線輸出劑量安全性

兩種不同品牌的立體定向放射治療設備在不同機架角度條件下，輸出劑量的穩定性結果如圖6所示。其中，某進口設備在不同機架角度條件下可以保證輸出劑量的穩定性，而某國產設備的輸出劑量穩定性在機架角度＞90°時開始出現差異性，并且這種差異性在不斷的變化，表明該設備的機械精度，以及輸出劑量穩定性需要做進一步的檢測和校準，以確保設備的使用安全性。

圖6 機架角度改變情況下X射線輸出劑量安全性檢測曲線圖

4 結論

針對立體定向放射治療設備安全性需求，本研究梳理并建立立體定向放射治療設備安全性檢測評價方案，并利用兩種不同品牌的立體定向放射治療設備作為案例介紹該評價方案的分析方法，檢測結果表明，某國產立體定向放射治療設備與某進口設備在等中心精度、光射野一致性、射野輸出均勻性以及機架角度改變情況下X射線輸出劑量等方面存在明顯差異。在治療床、治療頭及機架機械精度、輸出劑量，以及不同劑量率下X射線輸出劑量等方面差異不明顯。利用舉例的方式展現了該評價方案的具體實施過程和評價的指標，為臨床操作者以及臨床工程師提供日常設備維護保養的參考。