運用PTW QUICKCHECK webline晨檢儀分析醫用加速器輸出穩定性

蔣大振，王驍踴，張俊，謝叢華，王大獎，陳誠，陳飛，江舟，肖智志，張慶玲，劉海洋，王中豪，王衎，周明劍，劉暉

武漢大學中南醫院放化療科/湖北省腫瘤生物學行為重點實驗室和湖北省腫瘤醫學臨床研究中心，湖北武漢430071

前言

調強放射治療和容積調強放射治療現已基本取代正常適形放療，因為調強放射治療和容積調強放射治療能提供更適合靶區形狀的劑量分布，并且可以有效提高靶區劑量均勻性，還可以降低周圍正常組織接受照劑量，從而達到提高臨床治療增益比的目的［1-4］，這也標志著腫瘤放射治療已由傳統放療進入精確放療時代［5-6］。系統設備及其應用的不斷復雜化要求直線加速器必須在穩定性和準確性方面得到保證。放射治療中醫用直線加速器是最為主要的設備，在質量保證中，其輸出劑量的穩定性是非常重要的環節。然而對這一種高精度而且結構極為復雜的大型醫療設備，任何器件的老化和故障均可能對輸出劑量產生重要的影響，因此直線加速器的每日晨檢是質量保證的重要項目［7-9］。相比于歐美等發達國家，我國物理師人員配置明顯偏低，此外，我國還存在每臺機器平均治療時間和治療人數偏高等客觀條件的限制。國內多數放療單位對于直線加速器的每日質量保證不能做到細致詳盡，亟需一晨檢設備對加速器進行快速全面的檢測。本研究擬通過PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀分析武漢大學中南醫院腫瘤放化療科Varian IX 6324加速器更換電離室前后每日晨檢數據，以此分析此臺加速器的輸出穩定性和評價PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀在加速器質量保證的應用價值。

1 材料和方法

1.1 儀器設備和使用方法

采用PTW 公司QUICKCHECK webline（PTW,Freiburg, Germany）晨檢儀作為測量儀，分析機器穩定性。PTW QUICKCHECK webline晨檢儀測量射野大小為10 cm×10 cm和20 cm×20 cm，且有13個探測器，主要用于測量中心吸收劑量、劑量率、出束時間、溫度和氣壓。

采用PTW 31010型0.125 cm3指形電離室測量加速器輸出。當輸出為標準絕對劑量時，對晨檢儀劑量進行校準，使其輸出數值為100。

常規晨檢是在每天治療前對直線加速器X 射線和電子線中心軸輸出劑量（Central-Axis Dose,CAX）的測量。開機預熱后，通過激光引導PTW 晨檢儀進行準確擺位（圖1）。本研究對X 射線和電子線進行測量，其中，6、9、12 MeV 電子射線由電子線進行測量，10、6 MV X 射線由X 射線進行測量。X 射線CAX 測量方法為Fs=10 cm×10 cm，SAD=100 cm，MU=100，劑量率為400 MU/min；電子線CAX測量方法為插入20 cm×20 cm的電子限光筒，Fs=20 cm×20 cm，SAD=100 cm，MU=100，劑量率為400 MU/min。在直線加速器標準輸出時，刻度晨檢儀輸出數值為100。當絕對劑量輸出范圍大于3%時，晨檢儀顯示屏相應參數處顯示叉號，自動報警。由于電子線測量稍微復雜，因此本研究每周利用晨檢儀測量一次，同時搭配周檢時用電離室對電子線進行測量，本研究實現每周兩次電子線的測量。

電離室測量方法如下：對于光子能量的測量，使用PTW 31010型0.125 cm3指形電離室插入長×寬×高=30 cm×30 cm×10 cm 的3 層疊放的標準固體水模，SSD=100，射野大小10 cm×10 cm，MU=100；對于電子能量的測量，插入15 cm×15 cm 的限光筒，6、9 和12 MeV電子射線的測量點位于水下2 cm。

圖1 晨檢儀擺位和測量示意圖Fig.1 Setup schematic diagram of PTW QUICKCHECK webline

1.2 CAX的計算

1.2.1 劑量值測量 PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀對劑量的測量如圖2所示。

圖2 晨檢儀測量設計圖Fig.2 Plan of PTW QUICKCHECK webline

首先，根據式（1）進行劑量值的測量。

其中，Mi是測量電離室I的測量電荷；Ni是電離室i的60CO 校準因子；KTP是空氣密度校正的校正因子，PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀根據式（2）進行自動校準。

其中，T 是PTW QUICKCHECK webline 測量的溫度值，單位是oC；P是QUICKCHECK測量的氣壓值，單位是hPa；T0是校準溫度，為20 oC；P0是校準氣壓值，為1 013.25 hPa。

1.2.2 歸一化因子KnormPTW QUICKCHECK webline

晨檢儀允許用戶使用歸一化因子Knorm來評估測量值，評估值是測量值和歸一化因子相乘的結果。同時，PTW QUICKCHECK webline晨檢儀也會進行自動計算。

1.2.3 CAX的計算 根據式（3）計算CAX。

其中，(knorm)CAX是CAX 的歸一化因子；DCAX是根據式（1）計算得出的中心電離室的劑量值。

1.3 數據的測量與獲取

采用0.125 cc 電離室（PTW TM31010）測量加速器輸出絕對劑量并校準晨檢儀。隨后根據2017年11月至2018年7月每天早上在腫瘤病人治療前對加速器的輸出情況，運用PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀進行劑量測量。 通過激光線對PTW QUICKCHECK webline 晨檢儀進行擺位，使用QUICKCHECK webline晨檢儀監測加速器6、10 MV X射線以及6、9、12 MeV 電子線中心軸推薦深度輸出劑量。晨檢時每個單位的能量連續測量兩次。

1.4 統計學分析

對得到的數據進行SPSS 23.0的統計學分析。在2017年11月至2018年7月，分別采集加速器5個擋的晨檢輸出劑量數據，然后利用SPSS 23.0統計學軟件繪制各自能量擋下的散點圖，分析其能量偏差波動情況。由于直線加速器經過一段時間的使用后，機器輸出劑量可能會發生一定的偏移。在兩次周檢之間，筆者根據晨檢儀的輸出情況有效地對直線加速器輸出穩定性進行檢測。當電離室輸出劑量誤差小于2%時，則不對機器進行調整。最后，采用SPSS 23.0（SPSS Inc.,Chicago,IL,USA）對以上各參數進行方差分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

每日機器輸出數值為100，機器絕對穩定時晨檢儀輸出數值也為100。從更換電離室前晨檢儀輸出數據可以看出，晨檢儀輸出結果基本在2%上下波動，但有幾個時間點輸出超過2%，物理師及時通過電離室測量并對加速器進行校準，使其回到標準值附近。回顧性分析晨檢儀一段時間內輸出劑量（圖3），筆者發現光子能量數據顯示每周加速器輸出劑量出現不斷增大，當物理師調低后依舊不斷增大，雖然偏差均滿足臨床要求，但筆者懷疑該加速器存在一定的安全隱患。經過物理師和廠家工程師嚴格檢測之后確定為電離室功能故障。

更換電離室后，晨檢儀連續一段時間內的測量數據如圖4所示。由圖4可以看出，加速器輸出在標準值附近極小（＜±1%）的范圍內波動，具有較高的穩定性能。

3 討論

放射治療的根本目的在于對腫瘤區域給與盡可能高的放射劑量，同時最大限度保護正常器官，使其受到盡可能低的劑量，從而提高腫瘤的局部控制率，減少正常組織和器官的并發癥［10-11］。實現這一目標的前提是要確保證機器具有較高的穩定性。AAPM Report 142 及《外照射治療輻射源》計量檢定規程JJG589 規定醫用加速器輸出穩定性誤差應在3%以內［12-15］。研究者認為Varian 加速器良好的穩定性（98%～99%）為各放療單位根據自身業務特點及工作負荷情況適當降低監測頻率提供了可能，也有學者認為可以在兩次基于電離室的標準測量之間采用晨檢儀監測直線加速器輸出參數的穩定性，并在可能出現問題時及時利用電離室進行確認并調試［16-17］。

本研究采用PTW 公司QUICKCHECK webline晨檢儀在每日治療前監測直線加速器輸出劑量，結果表明6、10 MV X 射線以及6、9、12 MeV 電子束射線每日晨檢的數據與要求值的偏差均在3%以內。當晨檢儀輸出大于2.5%時，物理師應及時用電離室對加速器輸出絕對劑量進行校準，然而從圖3可以看出，每周測量數據均出現不斷增大的現象。更換電離室后一段時間，物理師需嚴格檢測加速器輸出狀態。從圖4可以看出，加速器輸出在標準值附近極小的范圍內波動，保持較高的穩定性能。雖然筆者不能確定更換檢測電離室前劑量增加的現象和電離室故障是否存在必然聯系，但是此現象對筆者具有一定的啟示：即使機器輸出偏差均在3%以內，也不能肯定機器性能良好。如果機器在一段時間內在標準值上下出現較大值的波動或者輸出劑量連續朝著一個方向增加，物理師需要特別注意，此時加速器存在故障隱患的概率很大，需要及時對機器進行維護和故障分析。有研究發現，對加速器某一能量輸出劑量的穩定性進行分析時，如果輸出量周測量數據波動＞±1%，表明加速器存在故障隱患；當輸出量每周測量數據波動＞±2%時，加速器故障隱患的發生率很大，需要及時對機器進行維護和故障分析［18］。

圖3 更換電離室之前連續監測的加速器各能量絕對劑量輸出變化情況Fig.3 Variation of absolute dose output of different energies from the same accelerator before replacing the ionization chamber

武漢大學中南醫院腫瘤放化療科采用每日用PTW QUICKCHECK webline晨檢儀對Varian ix6324加速器進行每日質量保證，取得了令人滿意的成果。醫用直線加速器是腫瘤放射治療的主要設備，其穩定性是保證患者治療效果的關鍵［19］。物理師不但需要定期進行加速器輸出劑量的校對校正，而且還需要監測每次劑量校正間期輸出劑量的穩定性。在日常質量保證工作中，發現加速器出現劑量偏差時，物理師應及時調整相關參數，使加速器恢復到正常狀態并保證患者得到較為準確的放射劑量。此外，每日進行醫用直線加速器能量輸出劑量的穩定性分析和校對能夠及時提醒故障隱患，避免出現嚴重失誤。

圖4 更換電離室之后連續監測的加速器各能量絕對劑量輸出變化情況Fig.4 Variation of absolute dose output of different energies from the same accelerator after replacing the ionization chamber