EBT3胶片照射剂量对新型头部伽马刀辐射场质量控制的影响研究

王志斌，吕扬阳，张 洋，温涵泳，刀鸿威，向 莹，余冉冉

（南部战区疾病预防控制中心，广州 510507）

0 引言

头部伽马刀治疗的原理是利用精确的三维立体定位系统，由相当数量钴源发出γ射线几何聚焦，对颅内病变靶区进行多角度、单次、大剂量照射，达到靶区病灶损毁的不可逆生物效应，而周围正常组织不受损伤。其治疗照射范围与正常组织界限非常明显，边缘如刀割一样，故称伽马刀。

新型伽马刀不断涌现，比较引人注目的是瑞典医科达最新一代Leksell Gamma Knife®PerfexionTM头部伽马刀。该伽马刀对结构和性能进行了创新设计：一是对准直器系统进行创新，摒弃了以往的头盔式设计，新的准直器系统呈圆锥桶形，治疗舱增大300%；治疗单元由192个钴源组成，分布在8个扇区，每个扇区对应有规格分别为4、8、16 mm 3组孔径各24个准直器，准直器由电动机控制，各扇区的准直器孔径可独立变换和自由设定，全自动变换时间少于3 s。二是对全自动患者摆位系统进行创新，治疗床采用悬浮式设计，可根据治疗计划指令自动前后、左右、上下漂移，将病灶移至靶点位置，重复摆位精度达0.05 mm[1-3]。

伽马刀的辐射场比较小，剂量分布曲线边缘陡峭，形成焦点的射线束是从不同方向入射，因此对伽马刀辐射场的半影和照射野等剂量学指标的测量尤为重要[4]。按照以往的EBT3胶片刻度方法和胶片照射剂量对医科达Leksell Gamma Knife®PerfexionTM头部伽马刀进行辐射场质量控制，对比厂家检测结果，发现有较大区别，部分项目不符合国家标准要求，其中最大的区别是胶片刻度剂量和胶片焦点照射剂量不同。本文主要研究EBT3胶片不同刻度剂量和不同胶片焦点照射剂量对新型伽马刀辐射场质量控制的影响，为调整EBT3胶片刻度剂量和胶片焦点照射剂量提供参考依据，从而满足各种型号伽马刀辐射场质量控制要求。

1 对象和方法

1.1 对象

1.1.1 伽马刀

瑞典医科达最新一代Leksell Gamma Knife®PerfexionTM头部伽马刀。

1.1.2 胶片和分析软件

胶片选用Gafchromic公司EBT3胶片，该胶片照射剂量范围宽，红色通道达10 Gy，绿色通道大于40 Gy，线性较好；胶片扫描仪采用EPSON 11000XL A3和EPSON V700。分析软件包括医科达公司MATLAB分析软件（以下简称“厂家软件”）、IBA Omni-Pro-I'mRT分析软件和国家疾控中心分析软件。

1.1.3 检测模体

采用Leksell Gamma Knife DosimetryPhantorn专用球形模体，形状和尺寸模拟成年人的头部，采用固体水材料，可通过2种方法使用不同的组件来组装：连接电离室的DosimetryPhantorn可以测定吸收剂量率，连接胶片堆叠式存储器的DosimetryPhantorn可以检查剂量投照的准确性。

1.2 方法

1.2.1 刻度胶片的剂量照射方法

中国计量科学研究院刻度胶片照射剂量分别是0、0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、3.0、3.6、4.0、4.4、4.8 Gy；瑞典医科达厂家刻度胶片照射剂量分别是0、0.5、1、2、3、4、5、6、8 Gy；医院刻度胶片利用伽马刀现场刻度，伽马刀焦点剂量率是3.401 Gy/min，对应时间分别是 0、0.15、0.29、0.59、0.89、1.18、1.47、1.76、2.35 min，照射剂量分别是 0、0.5、1、2、3、4、5、6、8 Gy。

1.2.2 辐射场的照射

测量时，将EBT3胶片裁剪合适尺寸，装入Leksell Gamma Knife DosimetryPhantorn专用球形模体胶片插板，沿水平方向或垂直方向将模体安装在治疗床上，使模体中胶片与治疗床的X-Y或X-Z方向一致；将定位图像导入治疗计划系统（treatment planning system，TPS），配准，建立坐标系，在胶片插板的中心定位孔断层上，将中心定位孔处的胶片位置作为治疗计划的靶区中心，作某一准直器的单靶点放射治疗计划。用4、8、16 mm准直器分别进行照射，焦点照射剂量为3.5和5 Gy。

1.2.3 胶片扫描分析

照射完成后，从模体内取出胶片，标记照射野方向，使用胶片扫描仪扫描胶片，保存图像；使用胶片分析软件导入图像，利用胶片分析软件建立灰度-剂量刻度曲线，根据剂量刻度曲线值对胶片剂量进行归一。照射野尺寸偏差分析方法：在胶片分析软件上，找出通过治疗计划靶区中心的X、Y、Z轴与50%等剂量曲线的交点，测量同一轴线上两交点间的距离，将其与TPS中给出的相应距离进行比较，计算偏差。照射野半影宽度分析方法：在胶片分析软件上，找出通过治疗计划靶区中心的X、Y、Z轴与80%等剂量曲线、20%等剂量曲线的交点，分别测量同一轴线上位于靶区中心同侧的两交点间的距离，取最大者作为该轴线上的照射野半影宽度。

1.2.4 辐射场的测量

由于厂家提供EBT3胶片采用5 Gy焦点照射剂量一种方式进行照射，为了比较不同焦点照射剂量和胶片分析软件对结果的影响，本研究对医院提供的EBT3胶片采取了焦点照射剂量分别为3.5和5 Gy 2种不同剂量方式进行照射，并用厂家软件、IBA OmniPro-I'mRT分析软件和国家疾控中心分析软件等3种不同的软件对胶片进行辐射场测量。

1.2.5 评价标准

评价依据为WS 582—2017《X、γ射线立体定向放射治疗系统质量控制检测规范》，照射野尺寸每个射野最大偏差±1.0 mm；照射野半影宽度在照射野尺寸≤10 mm时要求≤6 mm，在10 mm<照射野尺寸≤20mm时要求≤8mm，在20mm<照射野尺寸≤30 mm时要求≤10 mm[5]。

2 结果

2.1 厂家软件测量厂家提供EBT3胶片结果

厂家软件测量厂家提供EBT3胶片结果见表1。瑞典医科达厂家采用焦点照射剂量5 Gy条件下照射厂家提供EBT3胶片，灰度-剂量刻度曲线数据来自厂家0～8 Gy刻度胶片。厂家软件测量的辐射场照射野尺寸和半影宽度与TPS比较，满足标准要求。

表1 焦点照射剂量5 Gy条件下厂家软件伽马刀辐射场测量结果mm

2.2 国家疾控中心分析软件和IBAOmniPro-I'mRT分析软件测量焦点照射剂量3.5 Gy EBT3胶片结果

国家疾控中心分析软件和IBA OmniPro-I'mRT分析软件测量焦点照射剂量3.5 Gy EBT3胶片结果见表2。灰度-剂量刻度曲线数据来自中国计量科学研究院0～4.8 Gy刻度胶片，2种软件测量结果与TPS比较，4和8 mm准直器照射野尺寸以及半影宽度满足标准要求，16 mm准直器照射野尺寸不满足标准要求。

表2 焦点照射剂量3.5 Gy条件下不同软件伽马刀辐射场测量结果mm

2.3 国家疾控中心分析软件和IBAOmniPro-I'mRT分析软件测量厂家提供EBT3胶片结果

厂家软件、国家疾控中心分析软件和IBA Omni-Pro-I'mRT分析软件测量厂家提供EBT3胶片结果见表3。灰度-剂量刻度曲线数据来自瑞典医科达厂家0～8 Gy刻度胶片，3种软件测量的照射野尺寸没有明显差别，半影宽度都满足标准要求。

2.4 国家疾控中心分析软件和IBAOmniPro-I'mRT分析软件测量焦点照射剂量5 Gy EBT3胶片结果

国家疾控中心分析软件和IBA OmniPro-I'mRT分析软件测量焦点照射剂量5 Gy EBT3胶片结果见表4。灰度-剂量刻度曲线数据来自现场伽马刀0～8 Gy刻度胶片，2种软件测量的照射野尺寸和半影宽度都满足标准要求。

表4 焦点照射剂量5 Gy和刻度剂量8 Gy条件下不同软件伽马刀辐射场测量结果mm

3 讨论

对比GBZ 168—2005《X、γ射线头部立体定向外科放射治疗放射卫生防护标准》，新颁布的WS 582—2017标准对辐射场质量提出了更高的要求，照射野尺寸每个射野最大偏差由原来的±1.5 mm降到±1.0 mm；照射野半影宽度调整为在照射野尺寸≤10 mm时要求≤6 mm，在10 mm＜照射野尺寸≤20mm时要求≤8mm，在20mm＜照射野尺寸≤30 mm时要求≤10 mm。

本研究中中国计量科学研究院刻度胶片照射剂量范围是0～4.8 Gy，在焦点照射剂量3.5 Gy条件下照射胶片进行检测，应用国家疾控中心分析软件和IBA OmniPro-I'mRT分析软件同时进行分析，结果见表2。2种软件测量的照射野半影宽度虽然有不同，但都符合标准要求，照射野尺寸偏差在4和8 mm准直器条件下也符合标准要求，但在16 mm准直器条件下X轴和Y轴方向偏差都大于1 mm标准要求。与厂家软件相比，在16 mm准直器条件下X轴和Y轴方向偏差检测结果不一致（见表1）。

为了排除胶片分析软件的问题，本研究调取了厂家现场检测照射胶片图像和刻度胶片图像，厂家胶片图像都是通过胶片扫描仪EPSON V700获取，结果见表3。3种软件的结果一致性非常好，说明胶片分析软件对辐射场质量控制没有明显影响。

本研究发现现场检测与厂家检测设定胶片焦点照射剂量不同，现场检测设定的焦点照射剂量为3.5 Gy，厂家设定的焦点照射剂量是5 Gy。为了比较胶片焦点照射剂量对检测的影响，本文按照厂家标准用伽马刀对胶片进行了重新刻度，刻度剂量范围是0～8 Gy，检测胶片焦点照射剂量也设置为5 Gy，结果见表4。现场检测数据结果跟厂家数据和TPS相符，在16 mm准直器条件下X轴和Y轴方向偏差小于1 mm，符合国家标准要求。说明了胶片焦点照射剂量对伽马刀辐射场质量控制是有影响的，特别是对大准直器结果有明显影响。

ISP公司的Gafchromic EBT3胶片尺寸为8 in×10 in（1 in=25.4 mm），标称剂量响应范围为红色通道最大到10 Gy，绿色通道大于40 Gy，免冲洗，对可见光不敏感，具有双面不饱和烃的微晶粒涂层，在接受辐射后形成一种染料聚合体而显影，曝光后胶片像素值的变化先增大而后趋于稳定，在较短时间（0～2 h）内变化较大，8～12 h后趋于稳定，扫描时胶片方向及其正反之间都存在差异[6-7]。胶片剂量响应梯度较大，其非均匀性存在一定差异。剂量在0 Gy时其本底具有较大的非均匀性，随着剂量增加其像素值急剧增加，导致随剂量的增加其非均匀性逐步减小。在红色通道扫描时有很强的像素剂量响应，由于剂量响应曲线为像素值与剂量响应的关系，高剂量和低剂量像素值相差较大，在拟合数据时可能导致低剂量区的剂量响应曲线误差增大而影响分析结果[8]。

比较前后检测数据结果和EBT3胶片像素剂量响应曲线，发现EBT3胶片在0～10 Gy响应拟合最好，软件识别胶片焦点照射剂量5 Gy比3.5 Gy像素剂量响应更好。比较WS 582—2017和GBZ 168—2005[9]的标准要求，照射野尺寸每个射野最大偏差由原来的±1.5 mm降低到±1.0 mm，采用原来的0～4.8 Gy的EBT3胶片刻度、3.5 Gy焦点照射剂量只能满足小准直器条件下检测，而16 mm准直器偏差不符合标准要求。

头部伽马刀是单次、大剂量聚焦分割照射，特别是针对不规则野，更需要使用不同的准直器进行分割照射，只有保证照射野尺寸的精度，才能保证布野的准确性。另外，照射野周围组织对剂量要求比较高，只有半影尺寸足够小，才能达到减少周围组织剂量的要求。人体头部组织复杂且重要，国家新颁布的立体定向放射治疗系统质量控制标准对照射野尺寸偏差和半影宽度提出了更高要求，也是为了提高照射的精度，进一步保护周围组织。针对目前不断涌现的新型伽马刀，如果继续沿用以前的胶片刻度方法和照射方法，已不能满足伽马刀辐射场质量控制要求。因此在进行新型伽马刀辐射场质量控制时需要了解厂家检测规范，并参考厂家标准对胶片进行刻度和检测比较科学。为了满足不断推出的新型伽马刀辐射场质量控制需求，建议状态和稳定性检测中采用0～8 Gy较宽照射剂量对EBT3胶片进行刻度，采用EBT3胶片剂量响应最好的5 Gy剂量对胶片中心进行照射，减少胶片分析软件测量时的误差，满足国家新标准和伽马刀厂家检测规范。