术中放疗加速器Mobetron的临床运用测量及质量保证方法

沈文同　陈　毅　张毅斌　赵胜光

上海交通大学医学院附属瑞金医院肿瘤放化疗科，上海市　200025

术中放疗加速器Mobetron的临床运用测量及质量保证方法

沈文同陈毅张毅斌赵胜光

上海交通大学医学院附属瑞金医院肿瘤放化疗科，上海市200025

术中放疗技术最早可追溯至20世纪50年代，当时因技术限制未能推广。它治疗的时间很短，剂量率很高，有较高的表面剂量，而瘤床后的正常组织所受的剂量很低。最近20年以来由于移动式术中放疗加速器的出现使得术中放疗又成为放疗中的一个热点，欧美已将该技术应用于多种肿瘤的治疗并且疗效可观[1]。笔者所在医院于2010年引进了美国IntraOp公司的移动式术中放疗加速器Mobetron，现介绍一下它临床运用特性和每日质量保证的测量结果，为其临床使用提供必要的数据和质量保证。

1资料与方法

1.1术中放疗加速器Mobetron的介绍该加速器由美国IntraOp公司生产，它由三部分组成：控制部分(加速器远程控制系统及BEV监控系统)、调制部分(加速器本地控制系统和电源系统)和治疗头(射线发生装置)。它使用了较高频率的X波段高频磁控管(10GHz)[2]，使得加速管的尺寸和重量较常规直线加速器的大大降低。整个治疗头集成到了机头里，其重量仅为1 250kg，并且在机身下面安装了电动的三轮托架，在手术室里操作者通过控制驾驶盘就可以实现治疗头移来移去，方便手术中的摆位治疗。加速器配置有4、6、9、12MeV电子线，有高低两种剂量率模式，常用高剂量率1 000MU/min，标称源皮距为50cm。射束正下方装有射线阻挡装置(Beam Stopper)使射线的防护降低到一个很低的水平，Mobetron不需特别屏蔽就可在常规手术室使用[3]。加速器配有3～10cm(间隔0.5cm)直径，端面倾角分别为0°、15°、30°的圆形限光筒，一套专用的QA限光筒及适配器，另还配有厚度为0.5cm和1.0cm的组织补偿器，消毒隔离帽等附件。

Mobetron还有一套特殊的射线对位装置即所谓激光软到位对准装置，用它来实现射束中心线与限光筒中心线的对齐。实际治疗时先由医生在瘤床表面置放限光筒，然后由技术员控制手控盒来实现激光软到位，限光筒对好后再在控制部分上出束治疗。在照射前医生还可以通过控制部分的BEV监视系统监控靶区是否在野内以及重要器官是否已移出限光筒[4]。

1.2加速器临床运用及质量保证测量测量仪器有三维水箱及半导体探头、IBA剂量仪DOSE-Ⅰ、0.6cc Farmer电离室(FC65-P)。测量项目有垂直于水模体表面的中心轴百分深度剂量和平行于水模体表面的射野离轴比、相对输出因子、每日质量保证(QA)数据。测量时使限光筒端面与水面相切，标称源皮距为50cm。

2结果

2.1百分深度剂量

2.1.1参考深度：取最大射野Φ10cm最大剂量深度Dm作为该能量不同限光筒直径以及不同倾斜角的参考深度(表1)。从表中看出，倾斜角度越大时，Dm变小即最大剂量深度变浅。

表1　不同能量不同倾斜角最大限光筒的

2.1.2表面剂量：表2列出了不同能量和不同限光筒的表面剂量。从表中可看出：(1)表面剂量随能量升高而增加，这一点与常规外照射电子线类似；(2)除4MeV外相同能量相同直径的限光筒端面角度为15°时电子束表面剂量最大，4MeV时从0°逐渐增加，到30°时为最大；(3)除4MeV外同一能量不同限光筒直径之间限光筒直径5cm为最低点，4MeV时随限光筒直径增加而增加。

2.1.3有效治疗深度R85：即治疗剂量规定值(85%Dm)处的深度[5]：如表3所示，有效治疗深度随能量增加而增加，随端面倾斜角增加而减少，同时还受到限光筒尺寸的影响。

表2　不同能量不同直径限光筒的表面剂量分布(%)

表3　不同能量不同直径限光筒的有效治疗深度R85(cm)

2.2相对输出因子输出因子的测量深度与相应能量的百分深度剂量参考深度一致，以0°倾角的10cm限光筒的测量值归一来计算相对输出因子(表4)。从表中可看出，输出因子并无明显的变化规律，能量增大输出因子可大可小，同样限光筒直径增大，输出因子也可大可小。

2.3对称性和平坦度用三维水箱扫描了不同能量的各种直径、倾斜角的限光筒，扫描结果可概括为：筒的直径>5cm 且倾斜角为0°的对称性在3%以下，平坦度在6%以下，这与常规加速器相似；倾斜角为0°且直径≤5cm，或者有倾斜角的筒对称性和平坦度都较差。

2.4每日QA数据Mobetron加速器有其关于QA的独特配置，就是每挡电子线能量配有两个适配器模块，一个测量点深度为对应最大剂量深度Dm的模块，另一个为50%剂量深度D50，还专门配备了一个专用QA限光筒，当测量输出量的时候，用最大深度的模块；当测量射线质的时候，就用50%的模块。因此以上剂量曲线测量完后，就按照国家剂量测定规程校正了每个能量的输出绝对剂量。绝对剂量标定完后按照以上机器专用配置立即采集了每日QA的参考数据如表5所示，用于以后每次治疗前的剂量QA基准，表中数据每次射线跳数为200MU。

表4　不同能量不同直径限光筒的输出因子

表5　每日QA数据

3讨论

Mobetron加速器是美国IntraOp公司生产的专门用于术中放疗的可移动式电子直线加速器，它只产生电子线，有许多自身的特点，在测量中遇到了一些问题：(1)没有等中心也没有射野中心线的指示包括激光等中心线的指示。因此为了使测量电离室置于射野中心，我们想了一个方法就是将最小直径的倾斜角为0°的限光筒装上机头，然后让其下降直到距水面1cm左右，使探头对准限光筒的中心，再使探头中心位于水面即深度为零的地方，把它设为扫描的原点，由于最小限光筒的直径为3cm，这样做误差就很小。(2)在测量有倾斜角度的限光筒时，必须使其斜面与水面相切，而此时机架必然要旋转，势必会导致机架与三维水箱箱壁碰撞，只有使水箱里的水位很高，才能由于水箱有一定的宽度避免这个问题，实际我们确实是加了很多水。(3)由于机器自带射线阻挡器，位于射线正下方，测量时无法将水箱置于机头下面，经过计算几何距离后特地请医院后勤处制作了一张木头的桌子，它非常结实，将其架于射线阻挡器上方，然后再将水箱置于其上开始测量。

第一项百分深度剂量的测量：(1)参考深度的测量结果，即倾斜角度越大时，Dm变小，分析原因这是由于线束斜入射导致最大电离深度处旁散射份额增加，使最大电离峰值向模体表面移动，电子线穿透能力相对降低的原因造成的[6]。(2)表面剂量的测量结果，即表面剂量随能量升高而增加，这是由于电子束易于散射，造成表面剂量随能量增加而增加[5]；不过Mobetron加速器的表面剂量比常规加速器的更高，可以用以下原因来解释：常规加速器的偏转磁铁在使束流偏转时，同时对电子束的能谱进行选择，使得束流中低能部分减少,而Mobetron束流不需要偏转；另外Mobetron限光筒的设计使机头中射线散射更大，就会增加低能量电子线的比例[7],最终导致表面剂量升高。总之Mobetron的表面剂量有其自身的特点，选用治疗参数时需考虑这个因素。(3)有效治疗深度R85的测量，结果表明治疗时需根据肿瘤的深度合理选择射线能量、限光筒大小、倾斜角度。

第二项输出因子的测量结果，分析原因主要是电子束有一定的射程，易于散射，再加上加速器本身设计的限束系统等的限制，使得输出因子随能量、照射野的变化规律变得复杂[5]，同时射野对输出因子的影响在小野时会非常显著。本机测量的结果也是小野的因子明显偏小，因此对小野的数据要足够重视并精确测量[6]。

第三项射野对称性和平坦度的测量，结果表明有倾斜角的限光筒对称性和平坦度都较差，究其原因是测量时必须使限光筒的端面与水面相切，也就是射线的斜入射导致指标变差。因此不能以有倾斜角的限光筒来评价相应能量的对称性和平坦度指标，必须以0°的限光筒测量结果作为参考。

第四项每日QA数据采集，是Mobetron投入临床使用时保证机器的射线质量和剂量准确的关键步骤，是重要的质量保证方法。国际上也有相应的报告建议这样做，比如美国AAPM TG-72号报给建议每天使用前检查术中放疗射线的射线质和输出量，每月检测射野平坦度和对称性，因此质量保证工作除了每日QA，还必须进行月QA。月QA的方法可使用一些平面剂量分布检测设备比如半导体阵列Profiler(美国Sun Nuclear)每月1次来检查射野的平坦度和对称性，检查的参考标准为前述三维水箱的测量结果。

另外在QA时如发现问题，比如某一指标超标，应停止临床使用，联系维修工程师一起查找原因，调整机器参数后重新测量(必要时用三维水箱)直至指标符合标准。

总之通过以上项目的测量，了解了Mobetron加速器的临床运用特性，获得了临床使用和每日QA数据，并为临床提供了质量保证的方法。

参考文献

[1]Calvo FA,Meirino RM,Orecchia R.Intraoperative radiation therapy〔J〕.Critical Reviews in Oncology Hematology,2006,59(2):106-127.

[2]Mills MD,Fajardo LC,Wilson DL，etal.Commissioning of a mobile electron accelerator for intraoperative radiotherapy〔J〕.J Appl Clin Med Phys,2001,2(3):121-130.

[3]Beddar AS.Stability of a mobile electron linear accelerator system for intraoperative radiation therapy〔J〕.Medical Physics,

2005,32(10):3128-3131.

[4]Beddar AS,Domanovic MA,Ellis RJ,etal.Using intraoperative radiation therapy-a case study〔J〕.AORN Journal,2003,77(2):412-417.

[5]张红志.高能电子束射野剂量学〔M〕//胡逸民,主编.肿瘤放射物理学.北京：原子能出版社,1999:229-274.

[6]冯宁远.电子线剂量学〔M〕//冯宁远，谢虎臣，史荣，等，主编.实用放射治疗物理学.北京：北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社，1998:215-238.

[7]Beddar AS,Biggs PJ,Chang S,etal.Intraoperative radiation therapy using mobile electron linear accelerators.Report of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group No.72〔J〕.Medical Physics,2006,33(5):1476-1489.

(本文通讯作者：赵胜光)

(编辑 雅文)

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摘要目的：测量移动式术中放疗加速器Mobetron，获知它的电子线临床运用特性，并获得质量保证方法。方法：使用测量仪器包括三维水箱、剂量仪、0.6cc Farmer电离室，测量移动式术中放疗加速器Mobetron的临床运用数据。测量项目有各档能量电子线垂直于水模体表面的中心轴百分深度剂量和平行于水模体表面的射野离轴比、相对输出因子、每日质量保证(QA)数据。测量时使限光筒端面与水面相切，标称源皮距为50cm。结果：各档能量电子线最大剂量深度随限光筒倾斜角度增加而变浅，表面剂量随能量升高而增加，并且比常规加速器更高。对10cm直径、0°倾斜角的限光筒四档能量的最大剂量深度依次为6、12、16、20mm；有效治疗深度依次为0.9、1.9、2.7、3.6cm；输出因子随能量、限光筒直径的变化无明显规律；有倾斜角的筒对称性和平坦度都较差；四档能量质量保证每日QA数据输出量依次为2.098、2.196、2.201、2.260Gy，射线质依次为1.390、1.648、1.078、1.181Gy。结论：通过测量了解了Mobetron加速器的临床运用特性，获得了临床使用和每日QA的数据，为临床提供了质量保证的方法。

关键词术中放疗电子线测量质量保证

Measurment of the Clinical Use and Method of Quality Assurance for Mobetron Mobile Intra-Operative Radiotherapy Accelerator

SHEN Wentong,CHEN Yi,ZHANG Yibin,etal.DepartmentofTumorRadiationandChemotherapy,RuijinHospital,ShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMedicine,ShanghaiCity200025

ABSTRACTObjective:Measure the Mobetron mobile intra-operative radiotherapy accelerator in order to find out its clinical characteristics of electron beam and acquire method of quality assurance.Methods:Using measurement instruments including 3D water scanning tank,dosimeter,0.6cc Farmer ionization chamber to measure the clinical characteristics data for Mobetron mobile intra-operative radiotherapy accelerator. For every energy electron beam the measurement items were as followings: percentage depth dose perpendicular to the surface of the water phantom and beam profiles parallel to water phantom surface, relative output factors, daily QA data.During measurement the applicator end was placed to be tangent with water surface meanwhile the nominal source distance to water surface was 50cm.Results:Every energy electron beam the maximum dose depth became shallow with applicator tilt angel increased, the skin dose became large when energy rised,as well as the skin dose for Mobetron was more higher than the regular accelerator. For a 10cm 0°applicator the Dmax depth in water were 6,12,16 and 20mm for the 4 energies,respectively.The valid treatment depth were 0.9,1.9,2.7 and 3.6cm,respectively.Output factor along with the change of energy, the diameter of applicator had no obvious rule. For the beveled applicator the symmetry and flatness was all worse. For four energy of daily QA data the output were in turn 2.098, 2.196, 2.201,2.260Gy,and the beam quality were 1.390,1.648,1.078,1.181Gy.Conclusion:Through measuring of machine the clinical characteristics of Mobetron are understood, the data of clinical use and daily QA are acquired,and the quality assurance method for clinical use is also provided.

KEY WORDSRadiotherapy Intra-operative, Electron beam, Measurement,Quality assurance

收稿日期2014-10-29

中图分类号：R815.2

文献标识码：A

文章编号：1001-7585(2015)05-0586-04