Synergy醫用加速器3年輸出劑量測量及其穩定性回顧分析

羅斌，李賢富，曹璐，郭飛，謝力，許鵬，陽華東

1.川北醫學院附屬醫院 腫瘤科，四川 南充 637000；2.醫學影像四川省重點實驗室，四川 南充 637000

引言

國家癌癥中心2019年發布的全國惡性腫瘤流行報告顯示，近年來惡性腫瘤的發病率、死亡率呈逐年上升趨勢，其致死率已占居民全部死因的29.31%[1]。作為惡性腫瘤放射治療的主要設備，醫用電子直線加速器的內部元器件眾多、影響因素繁雜，任何細微的誤差都可能導致患者的靶區在治療過程中沒有得到準確的劑量或者臨近的危及器官超量，從而影響整個療程的效果。而保證良好的加速器輸出劑量校準與長期穩定性則能夠在很大程度上規避上述問題的出現，這也是關乎精準放療能否順利實現的重要前提[2-3]。所以，為了提高患者的生存率、達到較好的生活質量，質控物理師必須嚴格遵守相關質量保證規程，執行標準的規范化操作。

本研究以川北醫學院附屬醫院放療中心使用的Synergy加速器為主要研究對象，按照AAPM TG-142、IAEA TRS-277和WS 674-2020等國內外標準的要求進行測量和評價。前后共采集了從2017年8月至2020年8月為期3年的141例周檢數據，對其中的異常點進行分析并提出改進方法，確保精準放療能夠行之有效。

1 材料與方法

1.1 理論基礎

國內較為常見的劑量校準單位如中國計量科學研究院和上海計量測試技術研究院雖然都隸屬于IAEA/WHO所組建的二級標準劑量學實驗室網，但是由于國內尚未建立水中吸收劑量標準，在醫用直線加速器的輸出劑量標定上一直沿用的是空氣比釋動能或照射量校準的方法[4]。參照IAEA TRS-277號報告的描述及要求，參考測量點處的吸收劑量Dw計算，見公式(1)。

式中，Mu—劑量儀儀表讀數；ND—電離室空氣吸收劑量校準因子；(SW/Sa)u—水與空氣阻止本領比；Pu—擾動因子；Pcel—電離室中心收集極空氣等效不完全校準因子；KT,P—溫度氣壓校正系數。其中，(SW/Sa)u、Pu和Pcel為無量綱數值，其具體取值可根據電離室類型和射線質的不同查表求得[5]。KT,P則需要采集測量現場的溫度、氣壓值進行計算，可表述為公式(2)[6]。

式中，P0—電離室在二級標準劑量學實驗室（Secondary Standard Dosimetry Laboratory，SSDL）校準時的氣壓，默認值為101.325 kPa；T0—電離室在SSDL校準時的溫度，默認值為20 ℃；P—測量現場的大氣壓；T—測量現場電離室空腔內的氣體溫度。

而式(1)中的關鍵因素ND可通過有資質單位所出具的劑量計校準證書進行設置，本研究參考的是中國測試技術研究院于2021年所給出的空氣比釋動能校準因子NK。具體的換算關系如公式(3)所示[7]。

式中，g—次級電子以韌致輻射所損失的能量份額，對60Co衰變產生的γ射線而言，g的取值為0.003；Katt—電離室材料對射線吸收、散射的校正因子；Km—電離室材料空氣不完全等效校準因子。Katt、Km為無量綱數值，其取值也與所用電離室的類型和平衡帽材料相關，可在IAEA的277號報告中查表求得[8]。

當然，如果SSDL給出的是照射量校準因子NX，則需要按公式(4)進行和ND的換算[9]。

式中，W/e—空氣平均電離能，33.97 J/C；Katt、Km的取值同上。但需要注意的是，在使用R即倫琴為照射量X的單位時，公式(4)還需乘以轉換系數2.58×10-4。

所以，對于型號確定的劑量儀，除了KT,P需要現場采集數值外，其余參數的乘積都可以提前計算，也就是我們經常輸入的User Factor或者K值。

1.2 實驗設備及測量儀器

院內放療中心現使用的加速器為醫科達公司生產的Synergy，配備有先進的IGRT圖像引導功能。每次周檢所用的劑量儀為德國PTW公司出產的PTW-UNIDOSE，配合使用的水箱尺寸為30 cm×30 cm×30 cm。配套使用的為TW30013 Farmer指型電離室，其靈敏體積為0.6 cm3。在國家實驗室校準時的T、P條件分別為20℃、101.325 kPa。

1.3 測量方法及參數設置

參考1.1節中的理論基礎，周檢時首先將測量水箱按照激光燈的指引放置在治療床上，保證水箱底部的十字線與之重合。連接好電離室和劑量儀，通過升降床操作調整水箱內的凹液面使SSD為100 cm。插入電離室探頭，啟動劑量儀。在CORRECTION界面輸入測量現場的T、P和K值，量程調至Med，使用Null功能測量本底并進行清零處理。待整機預熱完畢后，按下STA鍵即可開始測量。

在操作室旋轉機架和準直器至0°，調用10×10的射野，預設100 MU。加速器出束3次，通過監控攝像頭查看劑量儀顯示數值并求出平均劑量[10-11]。若其歸一值超出誤差標準，則調用SERVICE模式下的Calibration和Calculate Reference Dose模塊進行標定修改。劑量儀具體的參數設置界面示意圖，見圖1。

圖1 參數設置示意圖

1.4 統計學分析

采用統計學軟件SPSS 20.0對測量結果進行統計分析：標定前、后2組數據應首先進行單樣本K-S檢驗，若P＞0.05則服從正態分布，可采用配對樣本t檢驗；否則采用配對樣本秩和檢驗。上述兩種配對檢驗方法均以P＜0.05為標準對統計學差異進行判斷，結果采用±s表示。

2 測量結果

通過3年的測量，除去劑量儀送檢等不可抗力因素外，按時間先后共獲得141例周檢數據。將常用標稱能量為6 MV的測量值進行歸一化處理，標定修改前、后的結果記為第1、2組，所得結果隨時間變化的趨勢如圖2所示。

圖2 6 MV測量值的歸一值變化趨勢圖

對上述2組數據分別進行單樣本K-S檢驗，標定修改前、后均為正態分布（P＞0.05），其結果如表1所示。

表1 6 MV歸一值單樣本K-S檢驗結果

由于2組數據均符合正態分布，故采用配對樣本t檢驗進行配對分析，修改前、后無統計學差異（t=0.480，P=0.632）。再以6 MV為例，第1～2組數據的箱圖、Q-Q圖和直方圖可參見圖3～5。

圖3 6 MV標定的箱圖

圖4 6 MV標定的Q-Q圖

圖5 6 MV標定的直方圖

3 討論

在為期3年的測量時間里，6 MV的測量歸一值在標定修改前、后均圍繞標準值100%的紅色基線上下波動，標定前的數據有較明顯的異常點出現，但標定后的波動范圍明顯小于修改前，且更貼近基線值。

歸納整理表1中的周檢數據統計分析結果可知，6 MV標定修改前、后的歸一值離散度分別為94.17%～103.6%和98.93%～100.95%。按照國家標準GB/T 19046-2003、NCC/T-RT 001-2019、WS 674-2020及AAPM TG-142中關于劑量偏差及穩定性的描述規定，標定修改后的歸一值符合周檢≤±3%的標準[12-16]，與IAEA劑量偏差＜±2%的要求較為貼近[17-19]。同時，第2組數據的標準差為0.42528，也大幅小于標定修改前的1.02571。這表明6 MV標定修改后的歸一值差異程度更小，數據之間的均勻性更好，離散度優異性有了較大的提升。而且第2組數據的單樣本K-S檢驗P值為0.250，較修改前的0.052也有較大改善。

參考6 MV測量歸一值標定修改前的箱圖3a，圖中以星號標記的主要異常點20和圖3b形成了鮮明對比。對圖4中的Q-Q圖進行比較也可以看出，由小圓點組成的實際累積分布線大部分圍繞在正態累積概率分布線即對角線周圍。但圖4a還是提示有異常點出現，且不如圖4b緊密，這和圖5中的概率直方圖的分布趨勢基本一致。

檢閱Synergy加速器3年來的維修保養記錄，發現各異常點發生的主要原因歸納起來有以下幾點：① 對于20號異常點，其5.83%的偏差為3年來的最大值，這主要是12區的劑量輸出控制Dose電路板故障和更換儲能元件脈沖形成網絡后反復調試所致；這導致了加速器SERVICE模式下模塊Calibration參數反復調整或調整無效，嚴重影響了劑量輸出的穩定性，這和前人就Synergy加速器劑量故障常見原因中的劑量控制板問題和檢測頻率重要性的統計說明[20-21]一致；② 對于19、20、33、44、85號偏差范圍為2%～3%的異常點，由于維修記錄上并沒有相關聯的記載，故應該是受到隨機誤差、模體擺位及T、P等參數的影響。其中，劑量儀校準前后T、P條件不一致或測量現場T、P改變較大所導致的電離室空腔空氣質量改變，值得引起大家的注意，還有研究者基于此充分分析了KT,P的相關變化規律及其1%左右的劑量波動[22-23]；③ 其他一些沒有出現在圖3箱圖上偏差較小的異常點，大部分則是元器件的損耗所致。例如偏差值為1.26%的113號，這主要是加速器磁控管故障無法出束，重新更換備件后調教槍伺服器改變模塊381、327參數的結果。前期有研究者專門報道了相關元器件故障損壞所帶來的影響，嚴重時其劑量變化范圍可達4.7%[24]。此外，還有一些不易察覺的因素，如參數(Sw/Sa)u、Pu等是否正確使用線性插值方法求得、電離室有效測量點是否按照種類不同分別上移0.6 r或0.5 r（r為所用測量電離室半徑）以及標稱能量校準深度是否位于指數衰減區等[25]。

綜上所述，本院Synergy加速器常用標稱能量6 MV的劑量監測方法、頻率及校準結果皆符合當前國內外的各項標準和規范。對于劑量監測過程中所涉及的眾多影響因素如電路板故障，外部T、P條件改變，磁控管元器件更換等，無論故障大小均需謹慎對待并及時調整劑量，這樣才能確保現階段基于空氣比釋動能或照射量校準的方法與結果有效可靠，盡量減少由于劑量誤差所帶來的不確定度，做好有的放矢的精準放療。