Mobetron術中放療加速器的物理測試和操作技術

陳　毅, 沈文同, 趙勝光, 張毅斌, 段隆焱, 許　赪

(上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院 放療科, 上海, 200025)

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Mobetron術中放療加速器的物理測試和操作技術

陳毅, 沈文同, 趙勝光, 張毅斌, 段隆焱, 許赪

(上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院 放療科, 上海, 200025)

摘要:目的探討Mobetron 1000移動式術中放療加速器電子線的劑量學特性和操作技術。方法對Mobetron加速器所配套的47個不同形狀、尺寸的限光筒進行4、6、9、12 Mev共4種能量的物理數據測量分析，總結臨床32例患者的術中放射治療操作經驗。結果直徑10 cm、端面0°的限光筒的4、6、9、12 Mev能量的最大深度劑量分別是0.6、1.2、1.6、2 cm，治療深度分別為0.9、1.8、2.5、3.4 cm。32例患者術中放射治療劑量正確，操作順利，無意外發生。結論應用移動式術中放療加速器具有正常組織保護好、治療時間短、生物效應高等優勢。

關鍵詞:放療加速器; 物理測試; 操作技術; Mobetron

術中放射治療(IORT)是指在腫瘤手術過程中，對不能切除的暴露瘤體或切除后的瘤床和淋巴引流區域，在直視條件下利用限光筒進行精確定位并實施的單次大劑量放射治療。其優點是能根據術中情況來決定放療的適合性，能使腫瘤組織與正常組織得到分離[1]。這種方法在20世紀60年代由Abe[2]首次成功應用于臨床，當時的術中放療是利用常規直線加速器，這需要將已經在手術中的患者轉移至放療科接受術中放療，這一過程對麻醉技術、患者體位、手術時間控制、無菌環境的保證等提出嚴格要求，極大地增加了手術風險。1997年，世界首臺移動式術中放療加速器在加利福尼亞大學投入使用。2009年本院購進Mobetron 1000術中放療加速器，現將5年來本科積累的該設備的物理數據測量和操作管理經驗總結如下。

1材料與方法

1.1設備簡介

美國IntraOP公司生產的Mobetron1000加速器。該設備由3部分組成: ① 調制單元(加速器本地控制系統和電源系統)，用于機器維護調試狀態下的出束控制和劑量率調節; ② 控制單元(加速器遠程操作控制系統及射野監控系統)，用于實際治療時的出束控制和監控治療射野情況; ③ 治療單元(射線發生主機裝置)，包括治療頭、真空系統、冷卻系統、驅動系統等，是放射治療的實施裝置。術中放射治療時，調制單元置于手術室相鄰的加速器機房內，提供后臺維護支持；治療單元通過蓄電池動力驅動，挪移至手術床旁進行治療；控制單元則推至手術室外的安全距離處，進行出束控制和監視。與常規直線加速器(S波段，3 GHz)相比，它采用更高頻率的X波段高頻磁控管(10 GHz)[3]，加速管的尺寸和重量都大大降低。整個射線發生裝置被集成在機頭內，機頭安裝在一個可多方向轉動的C型臂機架上。在電機驅動下，治療機頭能夠沿C型臂做等中心旋轉，包括左右旋轉±45°，前后傾斜±30°, 最高旋轉速度為0.75°/s, 上下方向可垂直升降30 cm, 整個底盤可以做前后左右10 cm平移，移動速度最高為2 mm/s，激光軟到位的操作即通過這些部位方向運動完成。整個治療單元重量僅為1.26噸，可以在手術室內自由移動。在治療機頭的下方安放有聯動功能的射線阻擋裝置(Beam stopper)，使射線污染和散射降到一個很低的水平。治療頭配有45個圓形不銹鋼限光筒，直徑為3～10 cm, 端面傾角分別為0、15、30°。1個9 cm×12 cm的橢圓形筒和1個8 cm×15 cm的矩形筒。1套10 cm的QA限光筒和適配器，1套電離室模塊共8個，分別對應不同能量的Dmax和D50。1套大小與限光筒尺寸相對應的0.5 cm和1 cm厚的組織補償器。消毒隔離帽等附件。

1.2性能參數

Mobetron 1000僅產生電子射線用于治療。有效源皮距SSD(虛源到限光筒末端的距離)為50 cm。能量為4、6、9、12 Mev，劑量率為250 cGy/min和1 000 cGy/min。

1.3物理數據測量

治療前測量一套詳細反映射線性質的物理數據。測量工具包括測量限光筒底座，47個限光筒、三維水箱、電離室、氣壓計、溫度計、劑量儀及相關的測量分析軟件。測量內容包括每個限光筒4種能量的百分深度劑量(PDD)、離軸比、野因子。由于Mobetron加速器的機頭下方是Beam stopper，不能直接放置三維水箱，因而將特制的木質矮桌子(長×寬×高為80 cm×80 cm×50 cm)置于Beam stopper上方，再將水箱放置在桌子上進行測量。測量時限光筒底面與水面相切。當測量30°斜面限光筒時，要保證有較高的水位，以防止機架與三維水箱側壁發生碰撞。測量受環境、溫度、氣壓和水位等影響，盡可能較短時間內一次性完成。

1.4治療過程

術中放療是一項多學科聯合治療腫瘤的技術。治療的順利進行需要放療科醫師、物理師、技師、外科手術醫師、麻醉師和手術護士來配合完成。物理師在治療前1 d對機器進行預熱檢查，確保各項參數指標在正常范圍內。利用質控限光筒進行吸收劑量測量校準，保證輸出劑量誤差在±3%以內。手術當天，護士提前0.5 h通知放療醫師到場，當外科醫生將腫瘤暴露或切除后，放療醫師要探查腫瘤位置，確定照射范圍深度，選擇射線能量和劑量。將限光筒置入病灶部位，確認將鄰近重要臟器組織推移限光筒外，并拍照存檔，最后利用管夾系統將限光筒固定在手術床沿的支架上。放射對位前，護士先將無菌隔離帽罩在Mobetron治療機頭上，技師將加速器移動至手術床上方，執行激光軟到位操作，最終使LED燈指示面板中間的方形綠燈閃亮，即表示可以出束。麻醉師確認電路、氣路、輸液管路、麻醉系統和監護系統處于最佳工作狀態。所有工作人員撤離手術室，手術室門切換到手動狀態。技師控制單元輸入治療參數，開機出束治療。治療完畢迅速進入手術室，復核設備狀態后撤離Mobetron加速器。手術醫生按常規完成后續的手術工作。

2結果

經測量得出電子線4、6、9和12 Mev共4種能量在特定百分劑量處的深度值，見表1。表面劑量以照射部位表面下0.5 mm處[4]的劑量表示。以直徑10 cm、端面0°限光筒為例，4 Mev表面劑量為77.2%, 6 Mev是 83.4%，9 Mev是88.4%，12 Mev是92.3%。表面劑量隨能量升高而增加，與常規外照射電子線類似[5]。將90% Dm作為治療深度，臨床選擇能量以90%等劑量線包圍靶區為基準[6]，靶區厚度小于1 cm用4 Mev，小于1.5 cm用6 Mev，小于2.5 cm用9 Mev，小于3.5 cm用12 Mev。

表1　直徑10 cm、端面0°限光筒不同能量的特定

50%Dm在體表投影為照射野范圍，高能電子束隨深度增加，高值等劑量線向內側收縮，所以在90%等劑量線的治療深度處，其50%劑量線覆蓋的范圍較照射表面縮小，因此限光筒的選擇根據靶區最深部位的直徑再放大0.5～1.5 cm。0.5%～2%Dm分別為4～12 Mev的X線污染區，應盡量使污染區避開重要臟器組織。劑量跌落的度量用G表示，G=Rp/(Rp-Rq)，該值一般在2.0～2.5, G值越大表明劑量跌落越快，12 Mev在6 cm深度劑量已低于10%。2011—2013年本科32例術中放射治療技術參數見表2。

作者將Mobetron電子線深度劑量特性與直線加速器Elekta precise比較。因兩種加速器結構形態有較大差異，測量時模擬各自常規治療狀態測量。選用相同能量(12 Mev)電子線比較，但在限光筒形狀、源皮距和劑量率上均不同，見表3。

表2　32例術中放療病例治療技術參數

表3　Mobetron與Elekta precise電子線劑量特性比較

3討論

在普通外照射中，較低的表面劑量能保護皮膚組織，而在術中放療中，射線不通過皮膚直接照在暴露的腫瘤上，因此希望有較高的表面劑量，使整個腫瘤受照劑量更為均勻。Mobetron的電子線具備這種特性，且1%劑量深度僅9.6 cm，遠低于Elekta的15 cm，更有利于保護靶區下方的正常組織。Mobetron采用1000 Mu/min的高劑量率，研究[7-8]表明術中單次劑量18 Gy相當于常規照射(2 Gy/次)劑量50 Gy，相對生物效應較高，增強對腫瘤的殺傷效果，縮短治療時間。激光軟到位的操作是一個比較復雜的過程，它有5個方向的位置調節，治療頭與限光筒適配器存在4 cm的距離，利用激光的反射來確定相互位置偏差，其精度小于1 mm。系統通過探測激光位置來點亮其相對位置的LED燈，為操作者提供即時擺位參考。5個調節參數中，調節任一參數都會引起其他4個參數的變化，故需多次調整，不斷縮小調整范圍，最終使空間兩軸線(射束中心線和限光筒中軸線)完全對接重合。熟練的技師一般能在15 min完成激光軟到位操作。影響激光軟到位的因素還有患者的呼吸運動。對靠近胸腔部位的術中放療，麻醉師可在放療前適當減小呼吸機的運動幅度并加深麻醉[9]，以防患者出現自主呼吸運動，引起限光筒晃動而使治療中斷。

Mobetron的底盤寬度是110 cm，治療頭距底盤邊緣的距離是55 cm，加左右5 cm的運動幅度，總共60 cm，這就要求手術切口與手術床底座的距離至少要60 cm才能滿足放療擺位要求[10-13]。治療時，加速器底盤要伸到手術床下面，與手術床底座緊鄰。患者頭側要放置呼吸機、麻醉監護儀器設備，加之手術醫生的操作習慣，患者在手術床上的頭腳位置不能互換。這時要在放置限光筒前再將患者往頭端移動，使頭部放在一個另加的腦部手術專用頭架上，必須保證切口距手術床底座60 cm以上。手術床應避開正對的無影燈支柱，以防碰撞使擺位受限[14-15]。在放置好限光筒后，也可以適當調整手術床的左右傾斜和頭腳高度，盡量使限光筒端面接近水平狀態，以利于激光軟到位的執行，節省激光軟到位時間。

總之，Mobetron加速器的射線劑量特性適合對手術暴露腫瘤的治療，其表面劑量高，達到最大劑量點深度后急劇衰減，使靶區劑量均勻，而靶區后正常組織得到較好保護。采用單野、單次的大劑量、高劑量率照射，生物效應是同劑量分次體外照射的2～3倍[16], 其優勢不亞于調強治療，值得進一步推廣應用。

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Physical testing and operation technique of Mobetron mobile linear accelerator for intra-operative radiation therapy

CHEN Yi, SHEN Wentong, ZHAO Shengguang, ZHANG Yibin,DUAN Longyan, XU Cheng

(DepartmentofRadiotherapy,RuijinHospitalAffiliatedtoCollegeofMedicineofShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai, 200025)

ABSTRACT:ObjectiveTo explore the dosimetric characteristics and operation technique of the Mobetron 1000 mobile linear accelerator for intra-operative radiation therapy. MethodsThe 47 calimators with different shapes and sizes of the Mobetron accelerator were tested by 4, 6, 9, 12 and Mev. The experience of intra-operative radiation therapy in 32 patients was summarized. ResultsThe maximum depth doses of calimator with diameter of 10 cm and 0°end surface tested by 4, 6, 9, 12 Mev were 0.6, 1.2, 1.6 and 2 cm respectively, and the clinical treatment depth were 0.9, 1.8, 2.5 and 3.4 cm respectively. The 32 patients were treated with correct dose for intra-operative radiation therapy and the correct operation, and no accidents occurred. ConclusionApplication of mobile linear accelerator for intra-operative radiation therapy has the advantages of good protection for normal tissue, short treatment time and high biological effect.

KEYWORDS:accelerator for intra-operative radiation therapy; physical testing; operation technique; Mobetron

中圖分類號:R 815

文獻標志碼:A

文章編號:1672-2353(2016)05-088-04

DOI:10.7619/jcmp.201605027

通信作者:許赪, E-mail: xc10596@rjh. com. cn

收稿日期:2015-12-10