直線加速器無均整器模式質量控制項目與方法的探討

程永良，吳 輝，胡志鵬，孫 丹

（1.湖北省浙安檢測技術股份有限公司，湖北 武漢430000；2.江西輻射劑量檢測院有限公司，江西 南昌330000）

醫(yī)用電子直線加速器無均整器模式（FFF）是將加速器機頭上的均整器拿掉，其具有比均整模式（FF）高2-4倍的劑量率，電子污染減少、射野外劑量少、機頭散射較少等特點，該技術在21 世紀初開始應用于IMRT（調強放射治療）模式中，并在2012 年左右開始應用于臨床。相比SBRT（立體定向體部放療），FFF 具有單次分割劑量大、靶區(qū)小、對靶區(qū)劑量的均整度要求低，可以利用較高的劑量率來縮短治療時間以減少器官運動影響的特點，同時其對正常組織的劑量體積、靶區(qū)覆蓋度等方面的評價明顯優(yōu)于FF 技術[1]。近些年來，FFF 模式應用于VMAT（容積旋轉調強放療）也是放射治療研究的熱點，特別是集中在食管癌、前列腺癌、肺癌的旋轉容積調強治療[2]。

從放射防護角度，Kry 等[3]通過蒙特卡羅模擬得出FFF模式的泄露輻射、十值層、墻體與患者的散射因子均比FF 模式低，在相同的能量與劑量率下，可以減少10%～20%的機房主屏蔽墻的厚度的理論。同等工作條件下，FFF 模式累積劑量低于FF 模式，但是FFF 模式下周圍劑量當量率會超過國家標準的要求，建議可以對FFF 模式周圍劑量當量率適當放寬[4]。同時，FFF 模式與FF 模式在相同條件下中子消退時間短，且距中心靶位點越遠中子消退時間越短。加速器移除均整器后中子的消退時間與累積劑量明顯降低，這有利于對工作人員與患者的放射防護，現有的加速器機房設計的防中子措施也同樣適用于FFF 模式加速器[5]。因此，從放射防護來說FF 模式的機房設計可以滿足FFF 模式機房的需求，不會增加對工作人員與公眾的輻射影響。

目前，國內外均無有效的檢測標準來規(guī)范FFF 模式的質量控制檢測，作者在此談論一下自己的看法。首先，FF 模式下測定的標定劑量與輸出量的差異無法代替FFF模式下測量的數據。研究發(fā)現，加速器劑量率的變化會導致實際輸出劑量變化，吸收劑量在相鄰劑量率間變化相近，但不同兩檔劑量率中最大和最小吸收劑量率偏差較大，且IMRT 出現更明顯的偏差，每一檔均比三維適形偏差更大[6]，同時FFF 模式射線質與FF 模式也區(qū)別明顯。

因此，為了確保質控的全面性，加速器除了FF 模式的質控指標外，建議在FFF 模式下對劑量偏差、重復性、線性（劑量、劑量率）、日穩(wěn)定性、X 射線深度劑量特性、X射線方形照射野的均整度和對稱性[7-8]等六項指標進行質10cm。圖中橫坐標為光子能量，縱坐標為一個光子在各個能量區(qū)間所占的份額，其中能譜已經對注量值進行歸一。與FF 模式比較，移除均整器之后，6MV FFF 的光子平均能量下降了0.415MeV，10MV FFF 的光子平均能量下降了0.84MeV，兩個能量擋位的FFF 模式中低能（能1MeV）光子所占的份額均上升了約20%。由于均整器對低能光子吸收截面較大，因此在去除均整器后，低能光子大量增加，由圖可以看出FFF 模式的能譜向左移動，能譜軟化明顯[12]。控檢測，其判別標準可參考FF 模式。對于絕對劑量的測量過程中，在電壓100-300V 的條件內，TG-51 推薦的“雙電壓”法對FFF 模式的電離電荷符合率（pion）值依然是有效的，當靜電計、電離室劑和量率發(fā)生變化時，pion值的變化較小。但隨著測量深度的變化，pion 值的變化會變大，這在臨床上不能忽略，如果測量深度發(fā)生變化或者設置的電壓超過上述電壓范圍，那pion 值的計算可采納“Jaffé-plot”的方法來驗證[9]。

因FFF 模式應用的SBRT 多采用小野，因此在進行FFF 模式質控時要特別關注小野的測量，但小野準直器會部分遮擋輻射源，這會造成低能散射線減少，從而改變了射線能譜，射線能量因此提高，次級電子的射程會變長，側向帶電粒子平衡將會不存在，部分源遮擋效應和側向電子不平衡效應使射線在水中的劑量梯度急劇變大，射線離軸曲線會呈現尖峰形狀，過大的測量探頭會造成平均容積效應，即探頭會測量周圍的低劑量區(qū)域，從而低估了小野的測量值，因此我們選用的電離室靈敏體積的邊界與被照射邊界的距離要滿足側向帶電粒子平衡的距離要求[10]，因此小野測量建議選用尖點電離室和半導體電離室，并對選用的探頭做出必要的修正。測量FFF 模式時候對于不同照射野選取電離室的選擇需要額外注意，測量小野的輸出因子時候，建議至少采用兩種探頭，相互交叉比對數據，從而提高數據的可信度。

對于射線質即與入射方向平行的平面內的測量，FFF 模式深度劑量特性可以采用測量FF 模式的方法，同時可以采用相同的方法進行描述[11]。圖1 分別給出采用蒙特卡羅模擬的6MV FF 模式和FFF 模式、10MV FF 模式和FFF 模式的光子線能譜，設置的照射野為10cm×

圖1 6MV FF 和FFF（a）、10MV FF 和FFF（b）（10×10）cm2 的光子線能譜

對于FFF 模式光子束離軸比（FFF-OAR）質控參數的設置，目前業(yè)內未形成統一的規(guī)范。由圖2 可以看出，FFF 模式在不同照射野內分布不均勻，射野越大降低得越明顯，而且FFF 模式的能譜隨射野改變相比FF 模式變化較小，即FFF 模式的光子線能譜對離軸距離的依賴性低。現在業(yè)內大多數方法均采用FF 模式光子束離軸比（FF-OAR）來推導出FFF-OAR，但是這些方法存在劑量誤差較大或普遍性較差或容易受到FFF-OAR 對稱性和測量誤差的影響等各種問題，而且均依賴于FF-OAR，對于純FFF 光子束的設備（如Tomotherapy）并不適用[13-15]。

圖2 不同照射野下FF 模式與FFF 模式的離軸比曲線

有學者采用分別由野外向野內、由野內向野外求OAR 的二次導數，連接前者的最小值和后者的最大值，其連線的中點為射野的邊界，可以定義左右兩側射野邊界之間的距離為劑量學射野大小。采用高斯函數對80%射野范圍內的OAR 曲線進行擬合，所得的參數用于描述OAR 形狀特點。該方法無需借助FF-OAR，同時得到的射野大小誤差<0.11cm，射野中心誤差<0.05cm[16]。

因FFF 模式多用于小野，需多關注三維水箱小野采樣的設置，水箱不同步長對小野測量影響較大，對于百分深度劑量（PDD）來說，步長較小可以準確描述建成區(qū)的百分深度劑量，對于OAR 數據，由于照射野半影區(qū)域范圍一般在幾個毫米量級，步長過大會丟失數據，不同采樣時間對小野PDD 和OAR 測量影響較小。因此在三維水箱采樣時，推薦使用0.5mm 采樣步長，采樣時間設置為0.5s。半導體探頭應該讓探頭的長軸與射線束中心軸平行探頭放置在照射野的中心位置，如果使用的三維水箱沒有對應的自動校準功能，可以在測量的深度處掃描Y軸與X 軸兩條離軸曲線，然后根據水箱軟件提供的中心偏差手動調整探頭的中心位置。在測量以前所使用的探頭一定要預熱，只有充分預熱才能開始測量[17-18]。

綜上所述，加強對直線加速器FFF 模式下的劑量偏差、重復性、線性（劑量、劑量率）、日穩(wěn)定性、X 射線深度劑量特性、X 射線方形照射野的均整度和對稱性等指標的質量控制檢測勢在必行，同時對電離室的選取、pion 值計算與水箱參數設置時可按照本文介紹的方法進行設置。而對于OAR 數據的質量控制參數的設置，目前國內外尚無統一的檢測規(guī)范，可按照上述幾種方法開展日常工作，并做進一步探討研究。