Luna-260型伽馬刀輸出因子的測量和分析

林鴻宇，王軍良，高文超，張征召，曹井麗

中國人民解放軍總醫院第五醫學中心（南院區） 放療科，北京 100071

引言

伽馬刀作為立體定向放射治療的主要手段之一[1-4]，其原理是將球冠狀或呈扇形排列的幾十顆鈷源發出的伽馬射線旋轉聚焦于靶區病灶內，使得高劑量集中在腫瘤上而周圍正常組織可得到保護，一般給予單次大劑量的放射治療。

Luna-260全身伽馬刀是由深圳一體醫療設備有限公司研發，目前全國有四十多臺Luna伽馬刀在用，這是中國首創的C型臂全身伽馬刀，由于設備C軸是個半圓，形似一枚月牙，又被稱為“月亮神”伽馬刀。Luna-260型全身伽馬刀就是典型的扇形旋轉聚焦的代表機型[5-6]，該設備有42顆放射性鈷源排布在治療頭的緯度上，治療頭可沿弧形軌道做180°拉弧旋轉，治療床可垂直于月牙處于±90°位置，同時治療床可沿X（左右）、Y（前后）和Z（頭腳）軸運動，該結構保證了射線幾乎可以從任意方向照射瘤體，配有6組準直器，可滿足立體定向放射治療的需求。

輸出因子主要是用來定量描述模體內射束中心軸上某點吸收劑量與照射野大小的關系，定義為相同測量條件下給定點處任意照射野吸收劑量與參考射野吸收劑量的比值[7-8]。Luna-260全身伽馬刀的射野為矩形準直器在等中心位置處形成的聚焦野，以6號準直器作為標準野。準直器輸出因子的準確度直接影響劑量計算的準確性[9-12]，而各個準直器的輸出因子差別較大，因此本研究采用不同方法對準直器輸出因子進行測量并與廠家提供的輸出因子進行比較，期望該研究結果能為Luna-260型全身伽馬刀準直器輸出因子的測量提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

Luna-260全身型伽馬刀和6種型號準直器（1號6 mm×6 mm，2號8 mm×8 mm，3號14 mm×14 mm，4號14 mm×20 mm，5號14 mm×40 mm，6號14 mm×60 mm）；專用φ160 mm有機玻璃球模及電離室適配器；具有PTW-UNIDOSE靜電計、PTW 31010指形電離室、PTW 60019寶石探測器、IBA cc04指形電離室、EBT3劑量膠片；采用PTW VerisoftFilmca軟件和PTW Verisoft 3.2膠片劑量分析軟件以及Epson V850 pro掃描儀。

1.2 方法

1.2.1 基準選擇條件

在相同溫度、大氣壓下測取各個尺寸準直器在焦點的吸收劑量，以6號準直器（14 mm×60 mm）的焦點吸收劑量歸一化，計算各個準直器的輸出因子。

1.2.2 探測器輸出因子測量方法

將射野中心檢具安裝在治療床L上并鎖好，將PTW-31010指形電離室、PTW60019寶石探測器、IBA cc04指形電離室分別與相應的適配器組裝完畢；將裝好適配器的探測器插入φ160 mm的Luna-260伽馬刀專用球模中心位置，并將球模與測量支架固定，在操作臺調用檢測程序將探測器送至焦點中心位置。對每組準直器出束相同時間測量3組，取平均值。

1.2.3 EBT3膠片輸出因子測量方法

在60Co治療機上對EBT3膠片進行刻度，設置條件：射野尺寸10 mm×10 mm，源皮距80 cm，固體水厚5 cm。選擇0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和 5.0 Gy共12個劑量點進行刻度；將刻度膠片放置24 h后，使用Epson V850膠片掃描儀掃描，再利用PTW VerisoftFilmcal軟件擬合刻度曲線。

將同一批次的EBT3膠片剪裁合適后，裝入φ160 mm的Luna-260伽馬刀專用球模的膠片盒中，將球模和測量支架一起固定到治療床上，進行照射，對每組準直器出束相同時間測量3組，利用PTW Verisoft 3.2膠片分析軟件獲取膠片中心劑量并取平均值。

1.2.4 計劃系統輸出因子計算

根據計劃系統內所查取的各個準直器焦點劑量率參數，通過公式(1)計算出計劃系統中各個準直器的輸出因子。輸出因子（Output Factor，OUF）定義為輸出劑量率與參考射野輸出劑量率的比值，計算伽馬刀輸出因子時，以最大射野尺寸的6號準直器的射野為參考射野。

式中OUF為伽馬刀射野輸出因子，x為準直器型號，D為劑量率，即單位時間內的輸出劑量。

2 結果

通過四種測量方式來測量Luna-260伽馬刀的輸出因子，均以6號準直器為基準歸一，分別與計劃系統內輸出因子比較，如圖1所示，準直器的尺寸大于14 mm×14 mm（3號準直器）時，各種方式測得的輸出因子差別不大，趨于一致，最大的誤差為-0.9%（表1）；準直器的尺寸小于14 mm×14 mm（3號準直器）時，各種方式測得的輸出因子的差別較大；特別是最小射野的1號準直器（6 mm×6 mm）的測量結果，使用PTW 31010指形電離室測得的誤差為-72%，PTW 60019寶石探測器測量和EBT3膠片測量的結果誤差為-15%～-13%（表1）。三種探頭的基本參數，見表2。

圖1 各種測量方式得到的輸出因子

表1 各種測量方式得到的輸出因子

表2 三種探頭的基本參數

3 討論

射野輸出因子是放射治療計劃系統計算模型建立的重要數據之一，這與實際的治療效果息息相關，以往因輸出因子測量不準確造成的放療事故屢見不鮮，究其原因多為物理師采用了不恰當的測量方式。伽馬刀的劑量學特點（射野小、焦皮比高、劑量梯度大、射野半影小）對于放射治療來說有著獨特的優勢。其中，伽馬刀的劑量學測量屬于小野測量，測量工具的選擇直接關系著測量結果的正確與否。使用目前常用的指型電離室和半導體探測器測量小野時，由于尺寸不合適往往會造成結果偏差，造成這種偏差的原因主要有三個主要因素：① 平均容積效應[13-15]；② 靈敏體積內介質與測量介質不等效造成的通量和能譜的擾動；③ 中心收集極和壁室材料與測量介質不等效造成的擾動。當照射野很小時，部分源被準直器遮擋，從而改變了射線能譜，使得射束平均能量變高[16]，使得次級電子的射程變大。當次級電子的射程接近或者超過照射野的尺寸時，將打破側向電子平衡。由于側向電子不平衡，過大體積的探頭會測量周圍低劑量從而導致測量結果小于有效測量點的劑量，這就是平均容積效應。探頭靈敏體積內的介質為空氣時，其密度遠小于測量介質，次級電子進入到靈敏體積內時，由于沉積于靈敏體積內的次級電子數量較少，會形成注量擾動，造成測量結果偏低。Luna-260全身伽馬刀的射野為矩形野，呈正方形或長方形，見圖2。用電離室測量時，應保證測量精度放置方向與射野長邊方向一致。

圖2 準直器照射野

對于4～5號準直器，幾種測量工具的測量結果是一致的，隨著射野變小測量結果相差越來越大。分析原因為準直器尺寸越小，其劑量分布曲線坪區越窄，圖3～5給出了1～3號準直器的離軸比曲線。

圖3 1號準直器X-Z平面中X方向劑量曲線

圖4 2號準直器X-Z平面中X方向劑量曲線

圖5 3號準直器X-Z平面中X方向劑量曲線

袁繼龍等[17]利用伽馬刀廠商技術文檔的相關參數，建立Luna全身伽馬刀蒙特卡羅模型，模擬計算得到輸出因子，其結果在3%的偏差范圍內，蒙特卡羅模型計算出的輸出因子與廠商提供的輸出因子有很好的一致性。所以測量Luna-260伽馬刀各個射野輸出因子結果存在的偏差是由于各種實際測量方法的缺陷導致的。PTW 31010和IBA cc04探頭的有效測量體積分別為0.125和0.04 cm3（表2）。用1～3號準直器測量時，電離室在射野中心軸時，靈敏體積不能完全被覆蓋，側面電子不平衡，導致測量結果不準確[18-19]。射野越小，測量結果相差越大，PTW 30010和IBA cc04探測器測量8 mm×8 mm的射野時，得到的輸出因子與計劃系統的偏差為-48%和-13%；測量6 mm×6 mm的射野時，偏差增長到-72%和-34%；電離室靈敏體積越大測量結果相差越大。PTW60019寶石探測器的靈敏體積為0.004 cm3，靈敏體積很小，所以這類探測器體積效應產生的影響很小，但靈敏體積介質的密度與測量介質（有機玻璃）不一致，也使得測量結果產生偏差[20]，在測量過程中探測器靈敏體積與射野中心的微小機械偏差也會對測量結果有著巨大的影響[21]，從而導致PTW 60019在測量最小的6 mm×6 mm射野時，結果偏差為-13%。EBT3膠片劑量計分辨率高，不受溫度、氣壓等外界環境影響，EBT3膠片劑量計是常用的劑量測量工具，因應用煩瑣，測量結果受膠片刻度、掃描條件、膠片分析等多種因素的影響，雖不適用小野的絕對劑量測量，但用于小野的相對測量結果較為理想。

綜上所述，小野輸出因子測量時，測量介質與探測器收集極密度不一致及側向電子不平衡等因素，均會導致測量結果不佳。常規探測器測量Luna-260全身型伽馬刀時，不僅需要根據射野大小選擇合適尺寸的探測器[22]還需要高精度的質量控制和相關的射野修正因子修正[23]，利用PTW寶石探測器60019和EBT3膠片劑量計測量可得到較準確的結果。