調(diào)強(qiáng)放射治療“end to end”質(zhì)量控制核查中應(yīng)用針尖電離室測(cè)量小野劑量的初步研究

薛嫻，何志堅(jiān)，袁繼龍，王進(jìn)，楊春勇，周文珊，胡傳朋，曹興江，孫剛濤，賈陳志

1.中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所，北京100088；2.江蘇省疾病預(yù)防控制中心，江蘇南京210009；3.湖北省疾病預(yù)防控制中心，湖北武漢430079；4.河南省職業(yè)病防治研究院，河南鄭州450052

前言

調(diào)強(qiáng)放射治療已經(jīng)在全國廣泛應(yīng)用，針對(duì)靶區(qū)體積較小的絕對(duì)劑量驗(yàn)證一直以來是個(gè)難點(diǎn)。利用電離室測(cè)量小野數(shù)據(jù)時(shí)需要考慮電離室的方向性、桿效應(yīng)、穩(wěn)定性、能量響應(yīng)和劑量率響應(yīng)等特性及特向電子平衡等問題，還要考慮電離室是否與射野大小相適應(yīng)。有文章報(bào)道在等中心和劑量均勻位置，各電離室測(cè)量值和治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）計(jì)算誤差≤5%，且0.015 cc電離室較適用于調(diào)強(qiáng)放射治療劑量驗(yàn)證［1］。王學(xué)濤等［2］認(rèn)為對(duì)3.5 cm×3.5 cm射野的Scp和PDD，4種電離室測(cè)量與蒙特卡羅計(jì)算結(jié)果間差異較小；CC04、CCl3等體積較小電離室適合于≥2 cm×2 cm射野的測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)選擇全國3個(gè)省（河南、江蘇、湖北）的24臺(tái)加速器及相應(yīng)的TPS，在相同能量及相同模體下，采用德國PTW公司生產(chǎn)的31014型針尖電離室（0.015 cc）［3］進(jìn)行小野絕對(duì)劑量的測(cè)量，并與相應(yīng)位置TPS計(jì)劃值做比較，現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 材料和設(shè)備

3 個(gè)省測(cè)量小野絕對(duì)劑量時(shí)選擇的劑量儀略有不同，電離室均為TW31014 型0.015 cc 針尖電離室（德國PTW 公司生產(chǎn)），均使用60Co 模體校準(zhǔn)法；河南、江蘇、湖北分別選擇8、5、7 臺(tái)加速器及相應(yīng)計(jì)劃系統(tǒng)，具體特性見表1。IAEA 固體模體（國際原子能機(jī)構(gòu)提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)ｓw），RW3 固體水模［4］（密度為1.045 g/cm3，有1、2、5、10、20 mm 等不同厚度若干塊）；TLD，型號(hào)LiF（Mg，Ti）（北京康科洛電子有限公司）；裝有TLD 粉末的膠囊；熱釋光測(cè)量儀，型號(hào)Harshaw3500；退火爐，型號(hào)47900（美國Thermofisher科技公司）；GafchromiCTMEBT3 膠片，尺寸為20.32 mm×25.40 mm，F(xiàn)ilm QATM Pro 膠片分析軟件（美國Ashland Advanced Materials 公司）；Epson Expression 10000XL掃描儀（日本EPSON公司）。

表1 3個(gè)省測(cè)量劑量儀及加速器參數(shù)信息Tab.1 Parameters of dosimeters and accelerators in 3 provinces

1.2 方法

1.2.1 CT 掃描將IAEA 固體模體靶區(qū)（PTV）位置插入裝有TLD 粉末的膠囊（此膠囊位置距模體上表面約7.5 cm，在整個(gè)模體中心位置處），同時(shí)等中心位置平面處放入膠片，放置在CT 治療床上掃描，激光對(duì)準(zhǔn)模體等中心位置（模體等中心處有十字線標(biāo)注），掃描層厚及層距≤2.5 mm，采用螺旋或軸掃描，見圖1；RW3 固體水模依據(jù)以上相同條件掃描（CT 激光對(duì)準(zhǔn)電離室等中心處，固體水模體外做好標(biāo)記），插入針尖電離室層面的等中心處距模體上表面為7.5 cm，且此層面下放置>5 cm的固體水模體，見圖2。

圖1 將放入TLD膠囊及膠片的IAEA模體進(jìn)行CT掃描Fig.1 TLD capsule and film placed in IAEA phantom for CT scanning

圖2 將放入針尖電離室的固體水模體進(jìn)行CT掃描Fig.2 Pinpoint ionization chamber placed in solid water phantom for CT scanning

1.2.2 治療計(jì)劃

1.2.2.1 IAEA模體中設(shè)計(jì)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃IAEA模體掃描后圖像導(dǎo)入TPS 中，進(jìn)行靶區(qū)勾畫得到PTV，6 MV X射線束，等分7個(gè)大野調(diào)強(qiáng)治療（盡量避開治療床，減少治療床衰減造成的誤差，計(jì)劃中考慮衰減值），照射靶區(qū)面積，選用適當(dāng)算法（表1），計(jì)算網(wǎng)格≤2.5 mm，等中心照射，單次照射劑量為2 Gy，PTV滿足限值為：D95%≥2 Gy，D99%≤1.86 Gy，且整個(gè)照射模體最大劑量<2.2 Gy，見圖3。記錄計(jì)劃計(jì)算后的PTV_TLD值，并導(dǎo)出計(jì)劃中等中心層面（放置膠片層面）劑量分布文件。

圖3 IAEA模體等分7野照射Fig.3 7-field radiation on IAEA phantom

1.2.2.2 RW3 固體水模體中設(shè)計(jì)放療計(jì)劃（7 野角度歸零）將RW3 固體水模體導(dǎo)入計(jì)劃系統(tǒng)中，并勾畫出等中心處電離室體積，將等中心設(shè)置為電離室體積中心處，將以上調(diào)強(qiáng)計(jì)劃平移到此驗(yàn)證固體水模體上，7 個(gè)大野角度歸零，其他條件不變，等中心照射，計(jì)算得到等中心處劑量并記錄數(shù)值Dt1。

1.2.2.3 RW3 固體水模體中設(shè)計(jì)放療計(jì)劃（7 野角度不歸零）將1.2.2.1敘述的計(jì)劃直接平移到驗(yàn)證固體水模體上，7 野角度不變（不歸零），同樣以1.2.2.2 中方式進(jìn)行等中心照射計(jì)劃設(shè)計(jì)，計(jì)算得到等中心處劑量并記錄數(shù)值Dt2。

1.2.3 模體照射

1.2.3.1 RW3 固體水模體計(jì)劃（7 野角度歸零）照射固體水模體放在治療床上，插入電離室，連接測(cè)量儀器，按照1.2.2.2 治療計(jì)劃照射，照射完畢，記錄測(cè)量儀器讀數(shù)。

1.2.3.2 RW3 固體水模體計(jì)劃（7 野角度不歸零）照射按照1.2.2.3 治療計(jì)劃照射，照射完畢，記錄測(cè)量儀器讀數(shù)D'm2。

1.2.3.3 IAEA 模體計(jì)劃照射以上驗(yàn)證治療實(shí)驗(yàn)完畢后，記錄計(jì)算數(shù)據(jù)，偏差<5%，則進(jìn)行IAEA 模體治療。IAEA 模體放在治療床上，對(duì)準(zhǔn)等中心，按照治療計(jì)劃照射。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析固體水模體測(cè)量值經(jīng)校準(zhǔn)因子修正后得到絕對(duì)劑量測(cè)量值Dm1、Dm2，并與相應(yīng)的計(jì)劃劑量計(jì)算值Dt1、Dt2對(duì)比，偏差<5%，認(rèn)為照射劑量在誤差范圍內(nèi)，治療計(jì)劃可以應(yīng)用于實(shí)際照射。計(jì)算公式：Dm1=N?D'm1，同理得Dm2。式中N為60Co 下水中絕對(duì)劑量校準(zhǔn)因子［5］。

將IAEA 模體照射后的TLD 膠囊取出，利用熱釋光測(cè)量儀分析得出靶區(qū)PTV_TLD 實(shí)際測(cè)量值，并與TPS 計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，偏差≤7%，認(rèn)為實(shí)際照射劑量在允許誤差范圍內(nèi)；取出等中心層面膠片應(yīng)用Epson Expression 10000XL 掃描儀掃描導(dǎo)入FilmQA 分析軟件中，與導(dǎo)出TPS中的同一治療層面劑量分布圖進(jìn)行絕對(duì)劑量對(duì)比驗(yàn)證（Gamma分析：3%,3 mm），得出靶區(qū)位置通過率，其≥90%為通過，即絕對(duì)劑量在誤差范圍內(nèi)，見圖4。

圖4 膠片靶區(qū)位置處劑量比較通過率分析Fig.4 Comparison of Gamma passing rates of PTV

2 結(jié)果

2.1 固體水模體中針尖電離室測(cè)量所得的絕對(duì)劑量的讀數(shù)與固體水模體等中心位置處計(jì)劃計(jì)算劑量值比較

相對(duì)偏差=（實(shí)測(cè)值-計(jì)算值）/計(jì)算值。調(diào)強(qiáng)治療7野角度歸零時(shí)，測(cè)量值與計(jì)算值比較見表2。其中，20 號(hào)醫(yī)院測(cè)量偏差較大，超出最大偏差±5%，此家醫(yī)院在開野4 cm×4 cm 時(shí)做電離室絕對(duì)劑量測(cè)量，均在誤差范圍內(nèi)，但在此光柵形成的小野照射時(shí)卻比計(jì)劃劑量偏高，分析原因可能是由于調(diào)強(qiáng)時(shí)多葉光柵漏射線量較大。

表2 7野角度歸零測(cè)量值與計(jì)算值比較Tab.2 Comparison between measured and calculated values when 7-field angles returned to 0°

調(diào)強(qiáng)治療7 野角度不歸零測(cè)量值與計(jì)算值比較見表3。其中，20 號(hào)醫(yī)院由于射野角度不歸零，則在照射過程中會(huì)產(chǎn)生劑量衰減，從而減少漏射線誤差，數(shù)值在允許偏差范圍內(nèi)，但接近于臨界值。造成20號(hào)醫(yī)院這樣的偏差也許還有其他原因，在以后的工作中會(huì)繼續(xù)具體深入研究此原因。

表3 7野角度不歸零測(cè)量值與計(jì)算值比較Tab.3 Comparison between measured and calculated value when 7-field angles did not return to 0°

2.2 模體PTV 內(nèi)TLD 實(shí)際測(cè)量值與計(jì)劃中PTV_TLD計(jì)算值相比較

相對(duì)偏差=（實(shí)測(cè)值-計(jì)算值）/計(jì)算值。根據(jù)IAEA偏差要求，模體PTV 內(nèi)TLD 實(shí)際測(cè)量值與計(jì)劃中PTV_TLD 計(jì)算值比較見表4。由表4 可知，20 家醫(yī)院靶區(qū)PTV_TLD 絕對(duì)劑量均在7%之內(nèi)，測(cè)量得到的絕對(duì)劑量在允許誤差范圍內(nèi)。

表4 PTV_TLD實(shí)測(cè)值與TPS計(jì)算值比較Tab.4 Comparison between PTV_TLD value and TPS value

2.3 靶區(qū)PTV膠片的絕對(duì)劑量分布

靶區(qū)PTV 膠片的絕對(duì)劑量分布見表5，通過率均≥90%。需說明的是此膠片還有危及器官OAR 區(qū)域及低劑量區(qū)域，但在此實(shí)驗(yàn)中我們僅分析高劑量PTV區(qū)域，不考慮低劑量區(qū)域劑量分布問題。

表5 膠片絕對(duì)劑量通過率Tab.5 Gamma passing rates of absolute dose to the film

3 討論

本研究對(duì)20 家醫(yī)院不同型號(hào)加速器在同一模體下進(jìn)行7野等分調(diào)強(qiáng)，利用電離室測(cè)量調(diào)強(qiáng)放療多葉光柵絕對(duì)劑量，因?yàn)榘袇^(qū)體積較小，所以要先將針尖電離室進(jìn)行刻度，然后測(cè)量。由以上結(jié)果可以看到，電離室測(cè)量值均在偏差范圍內(nèi)，因此可以認(rèn)為所做的治療劑量符合實(shí)際治療要求，對(duì)患者治療不會(huì)造成劑量不足或者超劑量照射［6-10］。

將針尖電離室在7 野角度歸零和不歸零時(shí)的實(shí)測(cè)值做線性相關(guān)，得到R2=0.6，說明有相關(guān)性但線性值不理想，分析主要由于7野不歸零時(shí)通過照射物厚度不一致，導(dǎo)致衰減不一致，所以在平時(shí)治療時(shí)要注意射野角度變化，考慮衰減對(duì)劑量的影響［11］。

將已經(jīng)用針尖電離室驗(yàn)證好的治療計(jì)劃，再進(jìn)行TLD和膠片驗(yàn)證測(cè)量，TLD測(cè)量偏差均在IAEA允許范圍內(nèi)，做相關(guān)性分析，得到TLD 所測(cè)量的劑量與電離室劑量相關(guān)，針尖電離室實(shí)際治療時(shí)靶區(qū)處一點(diǎn)的測(cè)量值與實(shí)際治療時(shí)TLD 所測(cè)結(jié)果一致，從而表明應(yīng)用電離室劑量驗(yàn)證的正確性及必要性［12］。

膠片劑量主要驗(yàn)證計(jì)劃劑量的劑量分布與實(shí)際治療時(shí)劑量分布的一致性，γ通過率高低反映二維劑量分布的一致性及均勻性，≥90%表示實(shí)際照射劑量分布與計(jì)劃劑量分布一致，以上數(shù)值均在此范圍內(nèi)，所以通過對(duì)點(diǎn)劑量的測(cè)量，也可以大體推算出整個(gè)靶區(qū)劑量分布的優(yōu)劣［13-14］。但在此驗(yàn)證中需要注意計(jì)劃系統(tǒng)網(wǎng)格選擇會(huì)影響膠片的Gamma分析通過率［15］。

以上實(shí)驗(yàn)均是在治療設(shè)備已經(jīng)做完質(zhì)量保證的前提下進(jìn)行，在CT 掃描，或模體定位、擺位、治療時(shí)也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，這就需要一一排除問題。針尖電離室點(diǎn)劑量的測(cè)量作為小野絕對(duì)劑量測(cè)量驗(yàn)證有一定意義，可以幫助物理師及時(shí)找出設(shè)備問題，從而減少對(duì)患者治療事故的發(fā)生［16-18］。對(duì)均勻劑量分布區(qū)域有一定驗(yàn)證性，但是對(duì)大射野或非均勻照射，點(diǎn)劑量并不能完全推算出其劑量分布的均勻及一致性。所以此驗(yàn)證方法主要針對(duì)小野點(diǎn)劑量。隨著技術(shù)提升，調(diào)強(qiáng)治療劑量驗(yàn)證會(huì)越來越成熟，此方法對(duì)放射治療準(zhǔn)確性有一定參考作用。

綜上所述，TLD 用于調(diào)強(qiáng)放射治療靶體積和危及器官劑量質(zhì)量核查，膠片用于調(diào)強(qiáng)放射治療二維劑量分布通過率質(zhì)量核查，方法科學(xué)適用，可操作性強(qiáng)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，適合在我國放射治療機(jī)構(gòu)大范圍開展質(zhì)量保證核查。