体部伽玛刀的治疗原理及质量保证探讨

朱 奇 康静波 李建国 刘 伟

1951年，瑞典神经外科专家Leksell教授首先提出立体定向放射外科的治疗设想；1967年，瑞典医科达公司研制成功世界第一台头部伽玛刀，采用立体定向空间聚焦技术将放射线聚焦于颅内局灶性病变组织，使之发生放射坏死而病变周围正常组织损伤很小[1]。在聚焦照射的理论基础上，我国深圳奥沃公司于1997年研制出全球首台体部伽玛刀(OUR-QGD型)，采用60Co旋转聚焦照射技术，在治疗胸腔、腹腔及盆腔恶性肿瘤治疗中取得了显著的疗效[2]。

1 体部伽玛刀的治疗原理

1.1 体部伽玛刀的构成

体部伽玛刀由主机、立体定位系统、治疗计划系统和电气控制系统等四部分组成。

(1)主机。组件包括放射准直系统、60Co密封放射源、屏蔽门、γ机架、治疗床、外罩、Y轴测量以及限位装置8个部分。

(2)立体定位系统。是一种无创定位系统，由负压床、定位框架、重复定位框架和真空袋等基本部分组成。定位时将患者与立体定位系统的定位部件相对固定后，经CT或MRI扫描成像和治疗计划系统的计算处理，采集图像信息，为治疗提供依据；治疗时，通过重复摆位框架将病灶重新恢复到定位位置，实现高精度、多疗程的立体定向治疗[3]。

(3)治疗计划系统。是体部伽玛刀的重要组成部分之一，是一套图像处理、剂量规划的计算机系统。硬件配备包括CT图形输入装置、三维图像处理工作站和文件的输出装置。主要功能为图像采集、图像处理、剂量规划和治疗方案的输出。

(4)电气控制系统。主要由控制计算机、运动控制器、驱动器、电机、编码器、逻辑控制电路、接近开关、零位开关、限位开关、监视系统和对讲系统等组成，用以控制治疗床X轴、Y轴和Z轴的运动和定位、源体、准直器的定位和旋转以及屏蔽门开、关等动作，治疗数据输入、治疗过程设备状态的显示和对设备及患者的监视。

1.2 体部伽玛刀的工作原理

(1)治疗原理。采用旋转聚焦原理，装在旋转式源体上的30个60Co放射源绕病灶中心做锥面旋转聚焦运动，通过精确的立体定向将大剂量γ射线旋转聚焦于体部病灶，经多次照射，使接受照射的病灶组织细胞的DNA或RNA链断裂，直接破坏某些生物酶或辅酶，使线粒体能量系统发生障碍导致病灶组织坏死、液化、吸收，达到治疗目的[4]。

(2)工作流程。体部伽玛刀治疗过程包括定位、制定治疗计划和实施治疗等主要步骤。治疗前，先通过CT/MRI对病灶进行定位扫描，显示出病灶和坐标各点的相对位置；将获得的有关病灶和坐标参数输入治疗规划系统，重建体表、病灶和周围敏感组织的三维形态；医生按给予的处方剂量制定治疗计划；接收到治疗计划系统的有关数据后，电气控制系统通过治疗床将患者送到预定位置，打开预选的相应准直器进行定量照射治疗；全部靶点治疗完成后，关闭屏蔽系统，放射准直系统自动回到安全状态；最后治疗床将患者退出治疗区。

2 体部伽玛刀的质量保证

放射治疗的质量保证，就是确保在正确的靶体积给予准确的治疗剂量。立体定向放疗的突出特点是“三精一高”，即精确定位、精确计划、精确治疗和单次高剂量。体部伽玛刀的治疗优势在于：对靶区定位和摆位精确度要求很高，剂量在靶区内高度集中，靶区外剂量曲线陡降。所以治疗过程中要实现单次高剂量以达到治疗效果，必须保证“三精”的实施，即必须把质量保证和质量控制作为保证治疗效果的首要问题和关键举措[5-6]。

2.1 影响靶区剂量准确性的因素

体部伽玛刀治疗过程中，影响剂量不准确性的因素包括：①物理剂量的不准确性，包括一级剂量标准的建立，一级剂量标准到次级剂量标准的传递，以及放疗部门剂量仪的比对等产生的不准确性；②处方剂量测定时的不确定性，包括治疗机输出剂量和其他物理参数测定的不确定性；③照射部位解剖结构的差异，包括肿瘤的位置、大小和形状以及身体外轮廓和组织不均匀性等方面的不准确性；④剂量计算方法的不精确，包括对组织剂量进行校准和补偿过程中产生的不准确性；⑤照射时患者摆位和给予处方剂量时的不准确性；⑥上述步骤中工作人员的操作失误[7-8]。

2.2 物理技术方面的质量保证

包括γ刀治疗机安装验收标准及其机械、几何和剂量学参数的检测与调整；CT和MRI参数的检测与调整。

2.2.1 机械、几何和剂量学参数的检测与调整

(1)焦点剂量率。γ刀在焦点处形成一高剂量区，该区中心的剂量率称焦点剂量率，是体部伽玛刀焦点品质的重要参数之一。评价标准：测量不确定度应＜5%；焦点剂量率必须＞250 cGy/min。装源和换源后或每月进行。

(2)γ刀机械中心与辐射野中心之间的距离。采用胶片法，选择直径为10 mm的准直器进行照射，要求距离≤0.5 mm，每2个月进行1次。

(3)准直器选择。检测选用胶片法，在专用模体内用不同的准直器照射，测量射野的大小是否与相应准直器相符，每月进行1次。

(4)焦点计划剂量与实测剂量的相对偏差。将电离室插入模体中，使其有效测量部位的几何中心与模体中心重合。模体随治疗床送入照射预定位置，使用直径为50 mm的准直器，调用治疗计划精心模拟治疗照射并测量照射剂量，相对偏差应＜5%，每月检测1次[9]。

(5)辐射野半影宽度。对每种直径的准直器分别测量辐射野半影宽度，要求直径为10 mm、30 mm辐射半影＜10 mm，直径为50 mm辐射半影＜13 mm。

(6)辐射野尺寸与标称值的最大偏差。由胶片测量所得的剂量分布，测量出辐射野的尺寸，与标称值比较得出最大偏差，所有准直器的该值均应＜1.5 mm。

(7)透过准直器的泄漏剂量率。采用电离室型剂量仪测量，应＜2%，每半年检测1次。

(8)非治疗状态下设备周围的杂散辐射水平。使用防护级剂量仪测量，要求距离设备外表面60 cm处≤20 μGy/h，距离设备外表面5 cm处，≤200 μGy/h，每半年检测1次[8-9]。

(9)计时器线性和计时精度。要求线性回归相关系数为1，偏差≤1%，计时器精度为0.01 min。

(10)定位、重复摆位框架。定位框架每季度校验1次，摆位框架每周校验1次。

(11)治疗床。要求对治疗床的自动控制的可靠性和精度进行定期检测，要求精度＜0.5 mm，每月检查1次。

(12)剂量测量系统。对各种剂量测量仪表，定期送到法定标准计量单位校准刻度和比对，重要仪器应保证半年校准刻度1次。

(13)电气元件。对设备中所有电机和编码器及开关等主要电气元件，每2年检查1次。

2.2.2 定位影像的质量保证

(1)CT值校正。检查CT值，校正CT值的偏差，确保治疗计划系统剂量计算的准确性，CT值校正应每月进行1次。

(2)CT扫描床相对扫描机架的准确性。要求CT床的长轴与CT值机架中心轴线平行，确保扫描床与机架垂直。

(3)扫描定位及图像传输。扫描后注意核对定位和重复摆位框架在负压床的刻度读数，图像传输应首选网络传输和CD-R直接拷贝。

2.2.3 治疗计划系统的质量保证

(1)常规质量保证。定期重复主要的验收测试项目，将每次测试结果与验收时结果进行比较。测试项目包括：输入输出设备空间位置精确度，CT/MRI图像输入，剂量计算精度等。定期对硬件进行维护，检查软件和数据文件的大小、日期和其他特性是否有变化。

(2)治疗计划的检查。对已完成的治疗计划进行检查，以确保不会因为设备或人为因素造成患者治疗计划的错误。首先由设计计划的物理师直观判断剂量分布是否正确，然后由其他资深物理师核对全部计划资料。

3 结语

质量保证在体部伽玛刀治疗实施中应置于首要地位，需要通过放疗医生、物理师、放疗技术员多个环节责任分工实现，是保证治疗效果的关键。治疗过程中，放疗医师负有制定治疗方针、评定治疗计划和监督治疗计划执行等责任，在质量保证组织中起主导作用。物理师的主要任务是进行治疗机和其他辅助设备的特性确定及定期检查，射线剂量的定期校对，参与治疗计划的设计，保证工作人员和患者的安全防护等。放疗技术员是放疗计划的主要执行者。因此，质量保证要求在部门负责人领导下，协调成员间的责任分工，及时发现纠正其执行过程中的差错，总结经验，提高本单位的质量保证内涵，为伽玛刀临床治疗提供安全有效的保证。

[1]孙守祁,李宏斌.体部伽玛刀治疗原理与临床应用[M].成都:四川大学出版社,2001:1-15.

[2]胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社,1999:408-486.

[3]王迎选,王所亭.现代立体放射治疗学[M].北京:人民军医出版社,1999:53-58.

[4]郑立高.放射神经外科学进展[J].中华神经外科疾病研究杂志,2004,3(1):87-89.

[5]Yu C,Petrovich Z.Quality assurance of beam accuracy for Leksell gamma unit[J].J Appl Clin Med Phys,2000,1(1):28-31.

[6]Lu HM,Chin L.virtual light field projection for CT-Simulation[J].Med Phys,1999,26(7):1222-1229.

[7]ICRU.Clinical proton dosimetry partⅠ.-beam production，beam delivery and measurement of absorbed dose[R].ICRU 59 Report,1998.

[8]ICRU.Determination of absorbed dose in a patient irradiated by beams of X or gamma rays in radiotherapy procedures[R].ICRU 24 Report,1976.

[9]Stuecklschweiger GF,Feichtinger K.A quality assurance program in stereotactic radiosurgery using the gamma knife unit[J].Strahlenther Onkl,1998,174(Suppl 2):43-46.