Truebeam與Triology加速器光子束匹配分析*

郭躍信王海洋馬陽(yáng)光賈 飛劉樂樂王芳娜

Truebeam與Triology加速器光子束匹配分析*

郭躍信①*王海洋①馬陽(yáng)光①賈 飛①劉樂樂①王芳娜①

目的:比較Varian公司Truebeam與Triology醫(yī)用加速器光子束數(shù)據(jù),探討2臺(tái)加速器6 MV和10 MV光子束射束匹配的可能性.方法:Truebeam和Triology加速器安裝驗(yàn)收完成后,利用IBA blue phantom 2三維水箱采集2臺(tái)機(jī)器光子束數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包括40 cmX40 cm射野以下的百分深度劑量、離軸劑量曲線、輸出因子;對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行射束匹配分析.利用Ecilpse計(jì)劃系統(tǒng)兩種機(jī)器模型設(shè)計(jì)測(cè)試?yán)突颊卟±{(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃,利用IBA公司Matrixx電離室矩陣進(jìn)行驗(yàn)證.結(jié)果:2臺(tái)機(jī)器中,6 MV-X射線對(duì)應(yīng)能量,PDD差異<1%,profile差異<1%或<2 mm;射野輸出因子差別<1%;測(cè)試?yán)?臺(tái)機(jī)器模型劑量誤差<1%,調(diào)強(qiáng)患者計(jì)劃驗(yàn)證通過率均>98%.結(jié)論: Truebeam和Triology2臺(tái)醫(yī)用加速器6 MV光子束可以進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配.

射束匹配;射束分析;加速器

郭躍信,男,(1966- ),碩士,主任技師.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射治療部.研究方向:腫瘤精確放射治療中的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制.

[First-author's address] Radiotherapy Department, The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China.

Truebeam醫(yī)用加速器是Varian公司新型放射治療設(shè)備,Triology是其C系列中高端圖像引導(dǎo)放射治療(image guide radiation therapy, IGRT)設(shè)備,本研究對(duì)科室內(nèi)部安裝的這2臺(tái)設(shè)備的光子束驗(yàn)收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,分別采用2臺(tái)機(jī)器模型在Eclispe計(jì)劃系統(tǒng)中設(shè)計(jì)測(cè)試?yán)突颊哒{(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃,進(jìn)行驗(yàn)證以發(fā)現(xiàn)這2臺(tái)設(shè)備6 MV和10 MV射束劑量學(xué)匹配的可能性.

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

Truebeam醫(yī)用加速器為瓦里安公司新型放射治療設(shè)備,可以產(chǎn)生未均整射束(flattening filter free, FFF)和傳統(tǒng)的均整射術(shù).6 MV-FFF射束最高劑量率為1400 MU/min,10 MV-FFF最高劑量率為2400 MU/min;機(jī)頭設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn):①初級(jí)準(zhǔn)直器較以前型號(hào)稍厚,射束跌落尖銳;②使用反反向均整器,降低了劑量對(duì)射野大小的依賴[1].此型加速器可以產(chǎn)生6 MV、6 MV-FFF、8 MV、10 MV、10 MVFFF以及15 MV光子束射線.

Triology加速器機(jī)頭采用較小的獨(dú)立均整器設(shè)計(jì),可以產(chǎn)生6 MV(1000 MU/min)和10 MV兩檔高能光子束射線.2臺(tái)機(jī)器在安裝后依據(jù)制造商提供的驗(yàn)收手冊(cè)進(jìn)行驗(yàn)收,保證機(jī)器的機(jī)械性能和劑量學(xué)特性都滿足標(biāo)準(zhǔn).

1.2 數(shù)據(jù)采集工具

德國(guó)Iba blue phantom 2三維水箱及其軟件OmniPro-Accept7.4,CC13和CC01電離室探測(cè)器;Origin 8.0數(shù)據(jù)分析軟件.

1.3 采集數(shù)據(jù)內(nèi)容

光子線數(shù)據(jù)采集依照Varian公司安裝驗(yàn)收手冊(cè)的要求來進(jìn)行,包括40 cmX40 cm射野以下的百分深度劑量(percent depth dose, PDD)、射束離軸劑量曲線和輸出因子.

1.4 治療計(jì)劃系統(tǒng)測(cè)試

利用Eclispe計(jì)劃系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)一系列測(cè)試?yán)?利用AAA算法分別對(duì)測(cè)試?yán)褂肨ruebeam和Triology機(jī)器模型進(jìn)行劑量計(jì)算,以Triology結(jié)果為參考計(jì)算兩者的差值百分比;選擇1例鼻咽癌、1例宮頸癌設(shè)計(jì)調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃,選擇這2臺(tái)機(jī)器計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化和劑量計(jì)算,利用IBA的Matrixx電離室矩陣進(jìn)行劑量驗(yàn)證并對(duì)兩者的絕對(duì)量γ通過率進(jìn)行分析.

2 結(jié)果

2.1 光子線開野PDD

2臺(tái)加速器光子線為6 MV和10 MV,采用模體固定源皮距離(source skin distance,SSD)測(cè)量方法,SSD為100 cm,測(cè)量深度為35 cm.測(cè)量的射野面積為4 cmX4 cm、10 cmX10 cm及40 cmX40 cm.不同射野PDD分別相對(duì)于最大劑量深度Dmax進(jìn)行歸一.從PDD曲線上分析Dmax深度和水下10 cm處的PDD,以及由此確定的射線能量.射線能量組織模體比(tissue phantom ratio,TPR)用TPR20/10表示,TPR20/10=1.2661 PDD20,10-0.0595[2]. PDD20,10指的是PDD在水下20 cm與10 cm的比值.誤差%=PDDTruebeam-PDDTrilogy/PDDTriology,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量深度時(shí)的數(shù)據(jù)見表1.

2.2 光子線開野profile曲線

開放野profile在Dmax點(diǎn)和水下10 cm處測(cè)量, SSD為100 cm,被測(cè)野的面積為:10 cmX10 cm、40 cmX40 cm,測(cè)量方向?yàn)閏ross-plane.然后對(duì)射野中心軸的100%進(jìn)行歸一,對(duì)射束profile曲線之間的差異采用DTA分析方法,而對(duì)DTA的進(jìn)一步分析用γ分析[3].Profile采樣點(diǎn)為空間內(nèi)1 mm,γ分析標(biāo)準(zhǔn)為劑量差異2%,DTA為1 mm.

將測(cè)量profile曲線疊加在一起,發(fā)現(xiàn)10 cmX10 cm射野,Truebeam和Triology加速器profile曲線近乎重合,40 cmX40 cm間稍有差異.6 MV和10 MV Profile曲線上半影區(qū)平均γ誤差分別為0.37和0.31; Profile曲線上射野外平均γ誤差分別為0.41和0.56.

半影分析:6 MV和10 MV光子束,照射野10 cmX10 cm和40 cmX40 cm,Truebeam和Triology半影基本相同,見表2.

2.3 開放野輸出因子(MU)表output factor

測(cè)量條件為源～探頭距離100 cm,探頭位于水下5 cm.測(cè)量野的長(zhǎng)寬為:3 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm、12 cm、15 cm、20 cm以及30 cm、最大整數(shù)邊長(zhǎng)(40 cm)的任意組合.6 MV-X射線輸出因子比較如圖1所示,10 MV-X射線輸出因子比較如圖2所示.

圖中顯示,Truebeam加速器的射野輸出因子較Triology稍大,但差別<1%.

圖1 6 MV putout factor比較曲線圖

圖2 10 MV output factor 比較曲線圖

表1 Truebeam和Triology能量匹配分析

表2 Truebeam和Triology加速器profile曲線分析

表3 TPS計(jì)算及測(cè)試結(jié)果

治療計(jì)劃計(jì)算及Matrixx驗(yàn)證結(jié)果見表3.

3 討論

成功進(jìn)行放射治療的前提是必須能夠傳遞到患者準(zhǔn)確的放射劑量,劑量傳遞過程中5%的差異就會(huì)導(dǎo)致腫瘤控制率10%～20%的變化和正常組織20%～30%出現(xiàn)放射副作用的可能性[4].因此必須保證放射治療鏈條中的每個(gè)環(huán)節(jié),從靶區(qū)和危及器官的勾畫、吸收劑量計(jì)算、患者擺位到加速器出束,誤差都必須符合要求,有作者提出必須滿足劑量處方點(diǎn)的誤差≤3.5%,整個(gè)計(jì)劃靶區(qū)其他點(diǎn)的劑量誤差≤5%,才能滿足患者靶區(qū)劑量的準(zhǔn)確[5].

射束匹配是指不同加速器間的劑量學(xué)特性相同或接近相同,射束匹配的條件是基于對(duì)一定的幾何體積中所測(cè)量的PDD、profile曲線進(jìn)行分析,這些數(shù)據(jù)的基本特征滿足一定的標(biāo)準(zhǔn).另外一個(gè)要求是治療計(jì)劃計(jì)算的劑量必須是相同或是相近.關(guān)于射束匹配及其概念許多作者都做了有益的研究,滿足射束匹配加速器的好處是顯而易見的,可以極大提高單位里不同機(jī)器間患者治療的靈活性和效率,因?yàn)樯涫ヅ涞臋C(jī)器患者的治療計(jì)劃不需要任何變更,因此在同時(shí)購(gòu)置多臺(tái)加速器的單位,推薦購(gòu)買廠商確定可進(jìn)行射束匹配的加速器[6].

瓦里安Truebeam加速器是一款新型設(shè)計(jì)的放射治療設(shè)備,與以前型號(hào)相比,最大的特點(diǎn)是可以產(chǎn)生均整和非均整射線,Triology加速器是具有圖像引導(dǎo)功能,可以完成容積弧形放射治療(volumetric modulated arc therapy,VMAT)的設(shè)備,在臨床中應(yīng)用比較廣泛.根據(jù)瓦里安公司制定的規(guī)程,clinic機(jī)器和Triolog機(jī)器可以進(jìn)行射束匹配[7].瓦里安的產(chǎn)品說明書中描述了射束匹配的概念和數(shù)據(jù)分析方法,射束匹配的概念也一直是許多文獻(xiàn)中探討的主題[8-10].

本單位varian公司的Triology和Truebeam加速器在裝機(jī)時(shí),并未要求按照射束匹配標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試,只是在對(duì)機(jī)器采集數(shù)據(jù)后對(duì)2臺(tái)機(jī)器的劑量學(xué)參數(shù)進(jìn)行了分析.PDD曲線:①6MV光子線,標(biāo)準(zhǔn)射野最大劑量深度Dmax:Truebeam: 1.53 cm,Triology: 1.50 cm,差別為0.02%;PDD10:Truebeam: 66.4,Triology:66.4,兩者數(shù)據(jù)完全一致; TPR20/10,Truebeam:0.133,Triology:0.136,射線質(zhì)的相對(duì)誤差為2.2%;②10 MV光子束,標(biāo)準(zhǔn)射野Dmax:Truebeam:2.26 cm,Triology:2.13 cm,差別為6.1%,偏差較大; PDD10:Truebeam:73.5, Triology:73.2,相對(duì)誤差為0.4%;10 cmX10 cm標(biāo)準(zhǔn)射野,TPR20/10,Truebeam:0.199,Triology: 0.204,射線質(zhì)的相對(duì)誤差為2.45%.

將Profile曲線疊加在一起比對(duì)分析,發(fā)現(xiàn)6 MV-X射線和10 MV-X射線的profile曲線,10 cmX10 cm,40 cmX40 cm射野都接近重合,只是在射野邊緣有些差異,但差異<1%.這與有些作者[6]的研究是相似的.

對(duì)射野輸出因子的比較可以發(fā)現(xiàn),Truebeam加速器數(shù)據(jù)的平均值較Triology大,但≤1%;并且數(shù)值變化量隨射野大小變化較小,可能的原因是Truebeam加速器機(jī)頭設(shè)計(jì)中反反向準(zhǔn)直器的應(yīng)用,以及機(jī)頭結(jié)構(gòu)中其他的變化.

對(duì)治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,設(shè)計(jì)的一系列的測(cè)試?yán)謩e用Truebeam和Triology加速器模型應(yīng)用AAA算法利用6 MV-X射線進(jìn)行劑量計(jì)算,在測(cè)試條件為SSD=90 cm,水下d=10 cm,所有測(cè)試?yán)恼`差<1%;對(duì)真實(shí)患者的IMRT計(jì)劃用IBA電離室矩陣Matrixx進(jìn)行劑量驗(yàn)證,所選的1例鼻咽癌,1例宮頸癌,絕對(duì)量驗(yàn)證結(jié)果γ通過率全部在98%以上.

4 結(jié)語(yǔ)

6 MV-X射線Truebeam加速器數(shù)據(jù)與Triology有些差異,但差異在3%以內(nèi),故可以進(jìn)行射束匹配.

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Analysis of beam matching between Truebeam and Triology linac Accelerator

GUO Yuexin, WANG Hai-yang, MA Yang-guang, et al

Objective: To find the probability of beam matching between Truebeam and Triology linac accelerator by analysis the commission data. Methods: Truebeam and Trology linac accelerator were installed in our hospital. After these two machines were installed, physicists made the commission. The data of PDD, output factor and profile were collected by IBA blue phantom 2. The data were analyzed and compared by DTA method. A series of test cases were designed and calculated in Eclispe TPS by these two machines mode, then were verified by IBA Matrixx. Results: The difference of 6 MV,corresponding beam between Truebeam and Triology was small. The difference of PDD, output factor and profile was less than 1%. The calculating difference of two machines mode in Eclispe TPS was less than 1%, the passing rate of IMRT plan verified by Matrixx was more than 98%. Conclusion: The beam of 6 MV can be matched well between Truebam and Triology linac accelerator.

Beam match; Beam analysis; Medical linear accelerator

1672-8270(2016)07-0009-04 [中圖分類號(hào)] R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.07.004

河南省醫(yī)學(xué)科技攻關(guān)項(xiàng)目(201403056)"利用未均整射束進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放療的應(yīng)用研究"

①鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射治療部 河南 鄭州 450052

guoyx0371@126.com

2016-02-04