二维矩阵用于加速器调强适形放射治疗质量控制检测的比较研究*

张红红　丁艳秋　程金生*　翟贺争

二维矩阵用于加速器调强适形放射治疗质量控制检测的比较研究*

张红红①丁艳秋①程金生①*翟贺争②

张红红,女,(1986- ),硕士研究生。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室，研究方向：IMRT剂量学质量控制技术研究。

目的：研究二维矩阵应用于调强适形放射治疗(IMRT)质量控制检测的可行性。方法：选取不同医院用于IMRT治疗的6台加速器，使用市面上常见的3种品牌二维矩阵对其重要的质量控制项目进行检测分析。结果：6台加速器的不同质量控制项目检测符合相应标准，不同矩阵间未出现明显差异。结论：使用二维矩阵进行IMRT质量控制检测简单可靠，可以作为IMRT加速器质量控制检测的有效方法。

二维矩阵；医用加速器；调强适形放射治疗质量控制；多叶准直器；Gamma分析

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.05.019

[First-author’s address] National Institute for Radiological Protection, China CDC, Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, Beijing 100088, China.

1　加速器质量控制检测

长期以来，用于医院加速器质量控制检测的工具主要有电离室、胶片、电子照射野影像验证设备(electronic portal imaging device，EPID)及矩阵探测器等，这些工具在检测原理、测量分辨率等方面各有不同[3-4]。①电离室是最早应用的电离辐射探测器，剂量学特性好，是绝对剂量验证点剂量测量的基准剂量仪，但空间分辨率低；②胶片空间分辨率高，且有较高的定位精度，但成本高、工作量大、易受环境条件的影响；③EPID的测量精度可以达到0.1 mm，且直接安装在加速器上可进行实时或离线验证，但其设备及相关软件较为昂贵，方法复杂，测量结果易受各医院校准因素影响，普遍应用有一定难度[5-7]；④相比较而言，二维矩阵探测器能够同时实现点剂量和相对剂量的测量，能量响应和剂量线性好，较高的空间分辨率和测量重复性适合用于放射治疗的质量控制检测，尽管也存在探测器间断分布、有效探测面积有限等不足，但因其具有使用方便、高效及准确等优点，在如今高度要求测量精度和测量效率的趋势下，愈加受到青睐，已成为放射治疗设备日常质量控制的理想工具，更加适合检测机构工作的特点[9-10]。

调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)已成为目前放射治疗技术的主流，由于IMRT技术的复杂性，其实施过程中任一环节出现差错都将会引起极大的治疗误差，故IMRT的质量控制尤为重要[1]。自IMRT技术在国内开展以来，各医院针对其质量控制做了许多非常细致的工作，极大地提高了放射治疗患者的治疗效果。然而，目前质量保证部门对各医院的加速器仍停留在进行常规检测，针对IMRT加速器成熟、规范的检测项目及方法还尚未建立。本研究参照美国医学物理师协会(AAPM)推荐的TG142号报告，针对国内不同医院使用的6台加速器，选取IMRT质量控制的数个关键指标，如多叶准直器(multileaf collimator，MLC)叶片到位精度、MLC透射率、MLC到位重复性及剂量验证等，探讨应用二维矩阵进行IMRT质量控制检测的可行性，以适应IMRT加速器常规检测的需要[2]。

2　加速器质量控制检测项目及方法

2.1检测仪器

使用仪器主要包括电离室、二维矩阵、八角模体、用于IMRT加速器的X射线(6 MV)以及固体水等。各加速器处于正常治疗状态，工作人员定期进行质量保证和质量控制，实验前均采用经国家二级标准剂量学实验室(SSDL)标定过的0.6 cm3电离室对加速器出束和二维矩阵剂量特性进行校准。不同加速器和二维矩阵的型号见表1。

表1　加速器和二维矩阵的型号

2.2MLC到位精度

选用1号加速器做到位精度检测，采用边缘函数的方法，测量前先用胶片法对参考叶片的绝对位置进行严格刻度，保证以其为基础的边缘函数的准确性[11]。设计两个10 cm×22 cm的照射野，其一为基准射野，矩阵中心对准射野中心，MLC叶片边缘投影在一个电离室的中间位置；另一个选取靠近边缘的一个电离室，叶片以步进(step and shoot)方式从距该电离室中心10 mm处开始扫描，直至覆盖该电离室并距其中心10 mm处停止，离电离室较远的区域(10～3 mm)步进长度为1 mm，靠近电离室区域(≤3 mm)的步进长度改为0.2 mm。基准射野照射100 MU，测量射野时每步都给予100 MU照射，同时记录叶片边缘相对电离室中心的位置，并由相应软件获取电离室读数，测量射野的电离室读数以基准射野的同一电离室读数归一。用OriginPro 8软件将归一后的相对剂量做成曲线从而得出MLC叶片的边缘函数曲线，将射野内的同侧所有叶片边缘函数进行比较，以校正MLC叶片的到位精度。

2.3MLC的透射率

加速器机架角度置于0o，针对不同的二维矩阵加放不同厚度的固体水，使有效测量点位于最大剂量深度(dmax)处，照射野为5 cm×5 cm，照射400 MU，记录测量值D1，关闭MLC，将MLC相接端面移出射野位置，照射400 MU，记录测量值D2，D2/D1则为叶片平均透射率。

2.4MLC的到位重复性

加速器机架角置于0o，将二维矩阵置于八角模体内，放置于治疗床上，SAD=100 cm，调整MLC至辐射野为10 cm×10 cm，照射200 MU，得到平面剂量分布图；关闭MLC，5 min后重复上述步骤，再得出剂量分布图。将机架角旋转至45o、135o时重复上述步骤。用矩阵分析软件对两次得到的剂量分布图进行分析，由Gamma剂量分析方法对结果进行评价，选择剂量偏差2%和距离偏差2 mm(即2%/2 mm)作为判定标准。

2.5剂量验证

二维矩阵对IMRT剂量验证分为点剂量和相对剂量分布验证，即将IMRT照射野中感兴趣点剂量和射野内平面剂量分布与治疗计划系统(TPS)给出的剂量进行比较，由矩阵配套分析软件直接得出剂量分布图，并用Gamma指数等方法进行分析。

本次试验仅针对平面剂量分布进行验证，将二维矩阵置于八角模体内行CT扫描，然后用与各加速器所配套的TPS做验证计划，加速器上摆位，调取计划进行照射，用矩阵所带相应分析软件对计划剂量分布与实际测量剂量分布进行比较，由Gamma剂量分析方法对结果进行评价，选择剂量偏差3%和距离偏差3 mm(即3%/3 mm)的常用评价标准，得出验证通过率[12]。

3　加速器质量控制检测结果

3.1MLC叶片到位精度检测

1号加速器MLC叶片到位精度检测结果由边缘函数曲线表示(如图1所示)，叶片处于电离室中心附近时曲线呈线性分布，通过读出单个叶片对应剂量将其与参考叶片边缘函数比较，可得到该叶片的位置，所测叶片的到位精度在±0.1 mm范围内。该方法与使用同类型矩阵对医科达加速器的测试结果具有很好的一致性[13]。

图1　MLC叶片的边缘函数曲线图

表2　加速器不同检测项目结果

3.2Gamma通过率、MLC透射率及MLC到位重复性的检测

5台加速器剂量验证Gamma通过率、MLC透射率及MLC到位重复性的检测结果见表2。5台加速器剂量验证通过率最低为97.50，MLC叶片的透射率均在2%以内，符合临床使用要求[14]。2～4号加速器MLC叶片到位重复性较好，且受重力影响可忽略，5～6号在机架角度为45o时到位重复性略差，受当时条件所限，机架角度置135o时未检测，其差异由半导体角度或重力影响引起，但仍在允许范围内。

4　讨论

本研究使用二维矩阵对6台加速器多个主要质量控制项目检测，不同类型矩阵检测结果均在允许范围内，并无显著差异，原因不排除所选取的实验对象均为国内较大医院加速器，物理师对日常质量保证工作做的较好，同时考虑到不同矩阵(如电离室和半导体矩阵)中探测器结构材质不同，矩阵平板各小探测器的分布也不同等特点，矩阵本身的剂量特性难免存在差异，在日后的研究中应进一步扩展样本量及样本的多样性，如选取不同级别医院的加速器进行测试、同一加速器使用不同矩阵或同一矩阵用于不同加速器进行检测；排除无关因素，分析不同矩阵间的差异，以便能够得到更加精确的结果。

基于国内目前尚未出台统一的IMRT质量控制检测标准，本研究根据TG142报告及临床常用指标对结果进行分析，探索二维矩阵应用于IMRT质量控制检测的可行性，未对矩阵间差异进行比较，但相比医院相对繁琐的质量保证工作，检测机构更加侧重所检设备合格与否，检测时均在标准实验条件下进行，无论何种二维矩阵方法，只要使用前对其特性进行严格的校准，均可以作为常规检测设备普遍用于IMRT加速器的质量控制检测。

5　结语

IMRT技术在我国发展迅速，极大提高了肿瘤患者的治疗效果，使患者的生活质量得到改善。然而，一些放射治疗事故的报道警示，在合理运用IMRT技术的同时必须非常谨慎地使用该项先进技术，因此严格的质量控制检测愈加重要[15]。本研究使用的二维矩阵方法已成为国内医疗机构日常质量控制常用工具，对影响IMRT加速器性能的数个关键指标进行测试，并分析所用方法的可靠性和普遍性。研究提示，二维矩阵可以作为加速器检测技术服务机构常用检测设备，对于IMRT加速器质量控制检测规范的建立具有重要意义。

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Research on the use of two-dimensional array for IMRT quality control of medical accelerators

ZHANG Hong-hong, DING Yan-qiu, CHENG Jin-sheng, et al
China Medical Equipment,2015,12(5)∶62-65.

Objective∶ To investigate the feasibility of two-dimensional array (2D -array) for IMRT quality control. Methods∶ Three kinds of 2D-array commercially available were used to measure several key QC procedures for six medical accelerators from different hospitals. Results∶ The measurement results can meet the standard requirement, no significant differences are found among the arrays. Conclusion∶ The simple and reliable method based on 2D-array is helpful with IMRT QC of medical accelerator.

Two-dimensional array; Medical accelerator; Intensity modulated radiation therapy quality control; Multileaf collimator

1672-8270(2015)05-0062-04

R730.55

A

卫生行业科研专项(201002009)“辐射危害控制与核辐射卫生应急处置关键技术研究及其应用”；中国疾控中心辐射安全所青年科学研究所长基金(201405)“螺旋断层放疗质量控制计量验证方法的研究”

①中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室 北京 100088

②中国医学科学院放射医学研究所 天津 300192

chengjs3393@163.com

2014-11-25