TomoTherapy HT系統長期劑量及能量穩定性監測

楊秀美，段繼梅，岳麒，王志偉，谷丹

昆明醫科大學第一附屬醫院 腫瘤放療科，云南 昆明 650032

引言

Tomotherapy HT是一種可以對腫瘤進行高度適形照射并同時最大可能地對周圍正常組織進行保護的調強放療設備。廣泛應用于各種腫瘤的放射治療，尤其適用于各種復雜腫瘤的治療，如鼻咽癌[1]、非小細胞肺癌大分割放療[2]、全身放療[3-4]、全中樞放療[5]等。Tomotherapy HT的放射源是安裝在類似于CT的滑環機架上的一個直線加速器。由于采用動態的螺旋照射方式，照射野的微小改變都可以導致動態劑量分布的變化。Tomotherapy HT用64片二元多葉光柵調制照射野，源軸距為85 cm。射線束形狀為窄扇形，射野最大寬度（X方向）40 cm，射野最大開度（Y方向）為5 cm，其最大治療范圍60 cm×160 cm[6]。由于該系統功能復雜，且具有高度集成和自動化特性，監測其運行穩定性和可靠性并不斷給予完善成為HT系統質量保證的重要組成部分[7]。在長期使用過程中，HT系統的部件會老化和損壞，需要更換新部件。比如更換靶，磁控管，加速管等，Shimizu等[8]認為監測能量與輸出劑量可以探測由磁控管和靶引起的輸出變化。還有系統的升級如加入劑量伺服系統（Dose Servo System，DCS）等。每一次部件更換和系統升級后都需要對整個系統進行物理測試，以保證物理參數的準確[9]。我單位TomoTherapy HT系統使用6年以來更換靶6次（其中2014年7月將原旋轉靶更換成固定靶）。更換磁控管5次，更換加速管5次，另2015年7月系統升級了劑量伺服系統。經長期監測結果發現系統更換加速管和磁控管對劑量和能量幾乎無影響。本文主要研究更換固定靶和升級DCS系統對劑量和能量的影響。

1 材料與方法

1.1 輸出劑量

AAPM TG148[10]報告推薦：射線輸出的穩定性需日檢。使用靜態或旋轉程序監測輸出劑量。每日輸出劑量應該保持在±3%范圍內連續穩定。校準的電離室用于測量輸出劑量。每月輸出劑量應保持在±2%范圍內。測量方法：把Tomo平板固體水模體（0.5 cm厚+帶電離室孔5 cm厚）放到治療床上，按綠激光燈，SSD=85 cm和d=1.5 cm擺位。執行靜態輸出劑量測量程序（Field Width=5 cm），利用TomoElectronmeter 采集電荷，然后轉化成輸出劑量。輸出劑量與參考值比較并計算出偏差。

1.2 能量穩定性

AAPM TG148報告[10]推薦：射線能量穩定性可通過在等效水模體中測量TMR（組織最大比）曲線或同時測量在兩個深度處的劑量率比值來決定。根據Tomotherapy《PHYSICS GUIDE》中的指導，采用多塊平板固體水模體組合擺位。同樣采用SSD=85 cm和d=1.5 cm擺位，電離室孔分別位于10 cm和20 cm深度，分別插入電離室進行測量（Field Width=5 cm）。計算出Ratio_P20/P10的值。參考值0.527，Ratio_P20/P10與參考值比較并計算出偏差[11]。

Binny D[12]認為電離室測量能量和輸出的變化是可靠的。此外還有其他工具和方法可測量能量和輸出劑量，如：ArcCheck 模體[13]、TomoCheck 軟件[14]。

1.3 數據處理

收集整理2011年3月至2017年3月以來所有日檢能量輸出及靜態模式下束流能量測量數據。用Excel及SPSS軟件進行數據整理及分析。分析方法主要采用比較均值及獨立樣本t檢驗，P＜0.05有統計學意義。

2 結果

2.1 輸出劑量結果

日檢劑量輸出散點圖，見圖1，共統計實際測量次數N=1412次。圖中藍色參考線是（2014年7月）旋轉靶更換成固定靶的時間。紅色參考線是（2015年7月）系統升級DCS的時間。

圖1 日檢輸出散點圖

數值分析結果，見表1。六年日檢劑量輸出平均絕對偏差是1.2%。在±3%范圍內通過率是94.6%。更換固定靶前后偏差值分別是1.30%，1.30%，獨立樣本t檢驗P=0.986，樣本無統計學差異。系統安裝DCS前后輸出劑量偏差均值為1.30%、0.96%，P＜0.001，二者有顯著差異。

表1 輸出劑量分析結果

2.2 能量監測結果

射線能量穩定性監測結果折線圖，見圖2。共統計實際測量數據N=58次。圖中藍色參考線是（2014年7月）旋轉靶更換成固定靶的時間。紅色參考線是（2015年7月）系統升級DCS的時間。

圖2 能量監測折線圖（Ratio_P20/P10）

數據分析結果，見表2。六年Ratio_P20/P10平均絕對誤差是0.82%，±2%范圍內的通過率是98.3%。更換固定靶前后偏差值分別是0.82%，1.11%，獨立樣本t檢驗P=0.248，無統計學差異。系統安裝DCS前后偏差均值為1.10%、0.64%，P=0.088，二者無統計學差異。

表2 能量分析結果

3 討論

TomoTherapy HI-ART系統是一種治療精度高、劑量率高、結構復雜、集成化程度高的放療設備。任何一個環節出錯都可能會造成不可挽回的損失，所以HT的QA尤為重要和復雜。除了輸出劑量和能量兩項，還有很多項需要進行測試，如空間/幾何精度測試、圖像質量和配準精度以及Profile測定等[15]。我單位都嚴格按照TG-148和TG-51號報告的要求按時保質保量做了HT的各項QA。本文所有數據都是在保證其他各項檢測完成或同步進行情況下測量的。有個別月份因為機器換配件、劑量儀送檢等原因未做能量測試，所以實際數據略少于應測數據量。

在國內外文獻中研究HT系統穩定性和質控的文章很多，而研究結合更換系統重要部件的較少。叢小虎等[16]監測HI系統五年輸出劑量平均值偏差是1.032%，能量監測結果Ratio_P20/P10平均偏差0.8%，這與本文六年監測結果1.30%、0.82%差異不大。管秋等[17]對劑量輸出及能量穩定性監測結果分別是為(-0.6±1.1)%、(-0.01±1.26)%，監測結果都優于本文結果。本文結論是旋轉靶和固定靶劑量輸出和能量穩定性均無差異。DCS的安裝使輸出劑量更穩定，而對能量穩定性無影響。但在實際使用中發現，自從安裝了固定靶和DCS后機器故障率明顯下降，磁控管和加速管的更換頻率也隨之降低。本單位的Tomotherapy HT系統購買時間較早，機型較老，后期較新的Tomotherapy HT系統實現了更多的功能，如動態鉛門、斷層徑照。同時Tomotherapy正在開發新的技術，如：自適應放療—用劑量重建和形變技術考慮解剖變化引起的劑量改變；運動自適應技術—解決受分次內運動影響的靶區的照射問題[17]。新技術的發展使系統變得更加精確和復雜，機器的質量保證和質量控制也將變得更為重要。