董曉慶，胡 杰，岳 堃，張 瑩，張 穎，陸春花，林 清

醫(yī)用直線加速器物理楔形板的質(zhì)控方法研究

董曉慶，胡 杰，岳 堃，張 瑩，張 穎，陸春花，林 清

目的：研究并設(shè)計(jì)放射治療設(shè)備醫(yī)用直線加速器中楔形板使用技術(shù)的質(zhì)量控制方法，以保證放射治療的精確執(zhí)行，從而提高腫瘤控制率。方法：分析在使用楔形板時(shí)可能導(dǎo)致劑量出現(xiàn)誤差的原因，并實(shí)際測(cè)量某院直線加速器不同機(jī)架角度和不同準(zhǔn)直器角度組合下楔形野和平野照射時(shí)的吸收劑量，分別計(jì)算楔形野和平野下的楔形板運(yùn)動(dòng)重復(fù)性和到位精度。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)證明，某院直線加速器楔形板運(yùn)動(dòng)重復(fù)性和到位精度達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以安全使用。結(jié)論：楔形板的運(yùn)動(dòng)重復(fù)性和到位精度是放射治療質(zhì)量保證體系中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，該質(zhì)控方法可作為楔形板的常規(guī)質(zhì)量控制方法，填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白。

直線加速器；放射治療；質(zhì)量控制；楔形板

0 引言

在放射治療過(guò)程中，為了滿足臨床放射治療的需要，通常利用楔形板對(duì)射線進(jìn)行修整，以獲得楔形劑量分布，達(dá)到射束修整的效果。根據(jù)使用原理不同，楔形板可分為物理楔形板和動(dòng)態(tài)楔形板。動(dòng)態(tài)楔形板已有學(xué)者研究過(guò)[1-5]，本文不再贅述。物理楔形板一般由銅、鉛等重金屬鑄成，對(duì)射線束進(jìn)行濾過(guò)修整，從而改變劑量分布的形狀。它分2種類(lèi)型：一種是楔形角分別為15、30、45和60°4種不同規(guī)格的楔形板，臨床上按實(shí)際需要選用；另一種是將楔形角60°的楔形板作為主楔形板，用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)主楔形板按一定的劑量比例與平野輪流照射，合成0～60°范圍內(nèi)任意楔形角的楔形板[6]。物理楔形板的運(yùn)動(dòng)和到位依賴限位開(kāi)關(guān)和電動(dòng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)，長(zhǎng)期使用后，這些驅(qū)動(dòng)部件會(huì)不可避免發(fā)生磨損及損壞，由此導(dǎo)致楔形板到位發(fā)生偏差，進(jìn)而影響臨床患者的劑量分布，但目前各類(lèi)放射設(shè)備質(zhì)量控制方面的文獻(xiàn)中未見(jiàn)楔形板重復(fù)性和到位精度檢測(cè)的相關(guān)報(bào)道，并在臨床工作中被忽略，存在一些隱患。因此本文旨在探討并形成一種物理楔形板到位精度的質(zhì)量控制可行方法，供同行參考。

1 材料和方法

1.1 測(cè)量設(shè)備及條件

（1）測(cè)量設(shè)備：Synergy VMAT（旋轉(zhuǎn)容積調(diào)強(qiáng)）直線加速器（瑞典，醫(yī)科達(dá)）；RW3固體水（德國(guó)，PTW），其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1；UNIDOS E劑量?jī)x（德國(guó)，PTW），0.125 mL指型電離室（德國(guó)，PTW）。

（2）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量條件：6 MV X線，SCD（source-chamber distance）=100 cm（SCD是指源到電離室中心的距離），照射野為10 cm×10 cm，醫(yī)用直線加速器每次開(kāi)機(jī)預(yù)設(shè)機(jī)器跳數(shù)100 MU，實(shí)時(shí)溫度和大氣壓輸入劑量?jī)x自動(dòng)修正，并進(jìn)行相關(guān)吸收劑量校正因子修正，計(jì)算吸收劑量，以保證不同時(shí)間段測(cè)量實(shí)驗(yàn)的可比性。

電離室在固體水中的測(cè)量如圖1所示。

表1 RW3固體水（PTW）技術(shù)參數(shù)

圖1 電離室在固體水中測(cè)量

1.2 測(cè)量方法

1.2.1 楔形板重復(fù)性測(cè)量

在常規(guī)標(biāo)定刻度條件（即固體水5 cm深度）、相同溫度和大氣壓下，采用6 MV X線，分別測(cè)量以下4種情況的吸收劑量：

（1）機(jī)架0°準(zhǔn)直器90°（G0C90）；

（2）機(jī)架0°準(zhǔn)直器270°（G0C270）；（3）機(jī)架90°準(zhǔn)直器90°（G90C90）；（4）機(jī)架90°準(zhǔn)直器270°（G90C270）。

測(cè)量時(shí)電離室軸線與射野中心軸垂直，與楔形方向垂直，楔形板60°（楔形野）和0°（平野）狀態(tài)各測(cè)量10次，其他條件不變，做實(shí)時(shí)溫度和氣壓的修正，得到UNIDOS劑量?jī)x10個(gè)讀數(shù)，并計(jì)算每次的吸收劑量D1，D2，…，D10，單位為cGy。

1.2.2 楔形板到位精度測(cè)量

在常規(guī)標(biāo)定刻度條件、X線6 MV下，機(jī)架保持0°不變，楔形板60°（楔形野）和0°（平野），交替旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器90和270°，其他條件不變，準(zhǔn)直器每一狀態(tài)下各測(cè)量10次，做實(shí)時(shí)溫度和氣壓的修正，得到UNIDOS劑量?jī)x的10個(gè)讀數(shù)，并計(jì)算每次的吸收劑量D1，D2，…，D10，單位為cGy。

1.3 數(shù)據(jù)分析

重復(fù)性是加速器劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最基本性能。根據(jù)貝塞爾公式，醫(yī)用電子加速器劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重復(fù)性可按公式1[7]計(jì)算變異系數(shù)S：式中：Ri為第i次測(cè)量時(shí)劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)值與吸收劑量測(cè)量值的比值，無(wú)量綱；n為測(cè)量次數(shù)；R為 Ri的平均值，即

醫(yī)用電子加速器劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重復(fù)性用變異系數(shù)S表示，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA規(guī)定S最大不應(yīng)超過(guò)0.7%[8]。國(guó)際電工委員會(huì)IEC 977號(hào)報(bào)告規(guī)定S最大不應(yīng)超過(guò)0.5%[9]。目前國(guó)際國(guó)內(nèi)仍沿用這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量加速器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重復(fù)性精度。

對(duì)于直線加速器楔形野照射時(shí)的重復(fù)性精度，S包括平野重復(fù)性精度So和楔形野重復(fù)性精度Sw2個(gè)部分。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)規(guī)定平野重復(fù)性精度指數(shù)So的精度必須好于0.7%，我們認(rèn)為楔形板重復(fù)性精度Sw也應(yīng)滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則S=（So2+Sw2）1/2=（0.7%2+0.7%2）1/2= 1%。如果實(shí)際測(cè)量到的重復(fù)性精度指數(shù)S＜1%，則說(shuō)明醫(yī)用直線加速器楔形板重復(fù)性精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；若S＞1%，則說(shuō)明醫(yī)用直線加速器楔形板重復(fù)性精度不達(dá)標(biāo)。

對(duì)于楔形板的到位精度測(cè)量，分別測(cè)量G0C90（楔形板薄端朝向機(jī)架）下10 cm×10 cm射野5 cm深度處10次吸收劑量的平均值和G0C270（楔形板厚端朝向機(jī)架）下10 cm×10 cm射野5 cm深度處10次吸收劑量的平均值，其中單位為cGy。則楔形板的到位精度指數(shù)Sm為

到位精度Sm＜1%，說(shuō)明楔形板不同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；到位精度Sm＞1%，說(shuō)明楔形板不同方向的到位精度不達(dá)標(biāo)[10]。

2 結(jié)果

2.1 楔形板重復(fù)性精度

（1）機(jī)架0°，準(zhǔn)直器分別為90、270°。相同條件下，劑量歸一點(diǎn)為每組數(shù)據(jù)的平均值。在G0C90、G0C270的狀態(tài)下，各楔形野的相對(duì)劑量如圖2所示，各平野的相對(duì)劑量如圖3所示。楔形野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.099 3%、0.060 9%，平野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.031 9%、0.033 9%。說(shuō)明該醫(yī)用直線加速器在機(jī)架為0°時(shí)楔形野和平野照射條件下，重復(fù)性非常好。

（2）機(jī)架90°，準(zhǔn)直器分別為90、270°。相同條件下，劑量歸一點(diǎn)為每組數(shù)據(jù)的平均值。在G90C90、G90C270狀態(tài)下，各楔形野的相對(duì)劑量如圖4所示，各平野的相對(duì)劑量如圖5所示。楔形野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.050 9%、0.076 2%，平野的重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.038 1%、0.055 1%。說(shuō)明該醫(yī)用直線加速器在機(jī)架為90°時(shí)楔形野和平野照射條件下，重復(fù)性非常好。

圖2 機(jī)架0°狀態(tài)下楔形野的相對(duì)劑量

圖3 機(jī)架0°狀態(tài)下平野的相對(duì)劑量

圖4 機(jī)架90°狀態(tài)下楔形野的相對(duì)劑量

2.2 楔形板到位精度

（1）在相同條件下，機(jī)架0°，通過(guò)交替更改準(zhǔn)直器角度為90和270°，得到G0C90和G0C270 2種狀態(tài)下楔形野吸收劑量的10次平均值分別是 25.219和25.228 cGy。根據(jù)式（1）～（3）得到Sm為-0.04%。說(shuō)明完全使用楔形板的狀態(tài)下楔形板到位精度十分準(zhǔn)確，幾乎對(duì)劑量無(wú)影響。

（2）得到G0C90和G0C270平野吸收劑量的10次平均值分別是95.144和94.145 cGy。根據(jù)式（1）～（3）得到Sm為-0.01%。由此說(shuō)明不使用楔形板狀態(tài)下楔形板回到原始位置的到位精度也十分準(zhǔn)確，幾乎對(duì)劑量無(wú)影響。此醫(yī)用直線加速器可以在臨床上使用。

2.3 楔形野和平野各狀態(tài)下的重復(fù)性比較

通過(guò)對(duì)比每種狀態(tài)下的楔形野和平野的重復(fù)性指數(shù)（如圖6所示），可以看出楔形野比平野狀態(tài)下的重復(fù)性指數(shù)偏高，說(shuō)明楔形野的重復(fù)性比平野的重復(fù)性稍差，這主要是由于楔形板散射的隨機(jī)效應(yīng)造成的，使得束流穩(wěn)定性相對(duì)平野稍有偏差，但仍舊在誤差范圍之內(nèi)，可以用于臨床放射治療。

3 討論

根據(jù)貝塞爾公式可以算出，在G0C90、G0C270、G90C90、G90C270條件下，楔形野重復(fù)性精度指數(shù)分別為0.099 3%、0.060 9%、0.050 9%、0.076 2%，平野重復(fù)性精度指數(shù)分別是0.031 9%、0.033 9%、0.038 1%、0.055 1%。4個(gè)狀態(tài)下的楔形野和平野的重復(fù)性精度指數(shù)S＜1%。說(shuō)明醫(yī)用直線加速器楔形板重復(fù)性達(dá)到相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即楔形板的限位開(kāi)關(guān)和運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)無(wú)任何損傷，目前可以精確到位。若重復(fù)性精度指數(shù)S＞1%，說(shuō)明醫(yī)用直線加速器的楔形板重復(fù)性不準(zhǔn)確。導(dǎo)致這一問(wèn)題產(chǎn)生的原因有2個(gè)：一是楔形板的限位開(kāi)關(guān)出現(xiàn)松弛，二是電動(dòng)機(jī)絲桿出現(xiàn)磨損。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況更換相關(guān)配件，否則患者的劑量分布不準(zhǔn)確，不能達(dá)到精確放射治療的要求。此種方法可作為楔形板運(yùn)動(dòng)重復(fù)性檢測(cè)的常規(guī)質(zhì)量控制方法。通過(guò)交替更換準(zhǔn)直器角度測(cè)量G0C90、G0C270下的吸收劑量，楔形野和平野的到位精度指數(shù)Sm＜1%，說(shuō)明楔形板的薄端和厚端到位精度都十分準(zhǔn)確，即楔形板的旋轉(zhuǎn)軸與射束的中心軸一致。若Sm＞1%，說(shuō)明楔形板的旋轉(zhuǎn)軸與射束的中心軸不一致，應(yīng)及時(shí)調(diào)整使楔形板旋轉(zhuǎn)軸與射束的中心軸一致，否則治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算的劑量與患者實(shí)際接受到的劑量有誤差，患者得到的真實(shí)劑量無(wú)法控制，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的并發(fā)癥。此種方法可以作為楔形板到位精度的常規(guī)質(zhì)量控制方法。對(duì)比每種狀態(tài)下的楔形野和平野的重復(fù)性指數(shù)，如楔形野比平野狀態(tài)下的重復(fù)性指數(shù)偏高，說(shuō)明楔形野的重復(fù)性比平野的重復(fù)性稍差，束流穩(wěn)定性相對(duì)平野下稍有偏差，但仍舊在誤差容許范圍之內(nèi)，即本院醫(yī)用直線加速器的日常放射治療過(guò)程中，可以使用楔形板進(jìn)行放射治療，但在能進(jìn)行平野放射治療時(shí)，盡量不使用楔形板，因?yàn)樾ㄐ伟鍖?duì)劑量分布會(huì)產(chǎn)生一定的影響[11-14]。本實(shí)驗(yàn)采用新安裝的醫(yī)用直線加速器進(jìn)行測(cè)量，得到的質(zhì)量控制結(jié)果可以很好地滿足臨床放射治療要求。若醫(yī)用直線加速器使用年限已久，機(jī)械磨損等方面的因素必然會(huì)影響楔形板的到位精度，從而導(dǎo)致患者實(shí)際照射中的劑量分布與治療計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算得到的劑量分布產(chǎn)生偏差。在醫(yī)用直線加速器日常質(zhì)量控制過(guò)程中，放射治療的質(zhì)量控制工作越來(lái)越引起放療專(zhuān)家的重視[15-16]，因此，應(yīng)把楔形板的重復(fù)性和到位精度檢測(cè)作為放射治療質(zhì)量保證體系中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，本文的方法可以作為物理楔形板的常規(guī)質(zhì)量控制方法。

圖5 機(jī)架90°狀態(tài)下平野的相對(duì)劑量

圖6 不同狀態(tài)下的重復(fù)性指數(shù)

[1] 姚紅軍，于得全，高宏，等.動(dòng)態(tài)楔形板與物理楔形板劑量學(xué)的比較研究[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2010，27（3）：1 848-1 850.

[2] 谷曉華，楊留勤，陳利軍，等.虛擬楔形板與物理楔形板角度和因子的比較觀察[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2012，20（3）：616-619.

[3] ZHU X R，Gillin M T，Jursinic P A，et al.Comparison of dosimetric characteristics of Siemens VW and physical wedges[J].Medical Physics，2007，27（10）：2 267-2 277.

[4] 任民，張伶，張宏.醫(yī)用直線加速器動(dòng)態(tài)楔形板劑量確定的方法研究[J].四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，36（6）：960-962.

[5]DONG Xiao-qing，LUO Wen-yun，YUE Kun，et al.Monte carlo study on 6 MV photon beams of a CyberKnifeRstereotactic radiosurgery system[J].Nuclear Science and Techniques，2010，21（1）：16-19.

[6] 胡逸民，張紅志，戴建榮，等.腫瘤放射物理學(xué)[M].北京：原子能出版社，1999：187-193.

[7] 顧本廣.醫(yī)用加速器[M].北京：科學(xué)出版社，2003：613-615.

[8] IAEA 398 2000 Absorbed dose determination in eeternal beam radiotherapy：an international code of practice for dosimetry based on standards of absorbed dose to water[S].

[9] IEC 977 1989 Medical electrical equipment-medical electron accelerators in the range 1 MeV to 50 MeV：guidelines for performance characteristics[S].

[10]胡杰，陶建民，張瑩，等.放射治療楔形照射野應(yīng)用中應(yīng)特別注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2011，35（4）：298-300.

[11]劉振桁，楊文，吳弟群，等.動(dòng)態(tài)楔形因子在腫瘤放射治療臨床劑量計(jì)算中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2013，29（3）：3 350-3 353.

[12]Varatharaj C，Ravikumar M，Sathiyan S，et al.Variation of beam characteristics between three different wedges from adual-energy accelerator[J].Journal of Medical Physics，2011，36（3）：133-137.

[13]潘璐琳.一楔合成在放射治療處方劑量計(jì)算中的應(yīng)用[J].醫(yī)療裝備，2012，25（12）：10-11.

[14]LI Z，Klein E E.Surface and peripheral doses of dynamic and physical wedges[J].International Journal Radiation Oncology，Biology，Physic，1997，37（4）：921-925.

[15]趙進(jìn)沛，張富利，王雅棣，等.TomoTherapy治療計(jì)劃劑量驗(yàn)證方法的研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（7）：105-107.

[16]張祖進(jìn)，張紅遠(yuǎn)，曲海燕，等.邊防部隊(duì)醫(yī)療設(shè)備計(jì)量及質(zhì)量控制工作現(xiàn)狀及對(duì)策[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2014，35（1）：117-119.

（收稿：2014-05-20 修回：2014-09-15）

Study on quality control method of wedge filter for linear accelerator in radio therapy

DONG Xiao-qing1,HU Jie1,YUE Kun2,ZHANG Ying1,ZHANG Ying1,LU Chun-hua1,LIN Qing1
（1.Department of Radiation Oncology,the Tenth People's Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200072,China;2.Department of Radiation Oncology,No.3 People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine,Shanghai 201999,China）

ObjectiveTo investigate and design quality control method of the wedge filter in the radiotherapy.Methods The factors might result in dose errors were analyzed,and the absorbed doses in wedge field and open field were measured with different gantry angles and collimator angles of the linear accelerator in some hospital.The repeatability and positioning accuracy of wedge filter were calculated in wedge field and open field.ResultsExperiments showed the linear accelerator wedge filter had the repeatability and positioning accuracy meet the technical standards.Conclusion The repeatability and positioning accuracy of wedge filter are important parts of the quality assurance system in the radiotherapy.This method can be used as routine quality control method. [Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（4）：94-97]

linear accelerator;radiotherapy;quality control;wedge filter

R318.6；TH774

A

1003-8868（2015）04-0094-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.04.094

董曉慶（1984—），女，物理師，助理工程師，主要從事醫(yī)學(xué)物理方面的研究工作。

200072上海，同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院腫瘤放射治療科（董曉慶，胡 杰，張 瑩，張 穎，陸春花，林 清）；201999上海，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第三人民醫(yī)院放療科（岳 堃）

林 清，E-mail：linqing.linda@163.com