中华放射医学与防护杂志  2015, Vol. 35 Issue (10): 775-779   PDF    
引用本文
罗素明, 吴昊, 何志坚, 薛娴, 丁艳秋. 调强放射治疗多叶光栅小野输出因子测量方法研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(10): 775-779, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2015.10.014.
调强放射治疗多叶光栅小野输出因子测量方法研究
罗素明1, 吴昊2, 何志坚1, 薛娴1, 丁艳秋1    
1. 100088 北京, 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室;
2. 北京肿瘤医院
收稿日期: 2014-11-14
基金项目： IAEA基金资助项目(17821/CRP)
[摘要]    目的 研究用小探测器测量调强放射治疗多叶光栅(MLC)小野输出因子方法。方法用MAX4000剂量仪,Unidos剂量仪分别接不同型号小电离室和二极管半导体探测器,瓦里安加速器,6 MV X射线束,10 cm×10 cm(固定),变化二级准直器(多叶光栅片)形成照射野6 cm×6 cm, 4 cm×4 cm, 3 cm×3 cm, 2 cm×2 cm,水下10 cm,照射:250 MU,3次读数取平均值。所有小野读数归一到10 cm×10 cm照射野,得到多叶光栅小野输出因子,用测量输出因子与出版输出因子进行比较。结果 Unidos剂量仪和0.015 cc电离室测量多叶光栅小野输出因子与出版输出因子相对偏差分别为1.0%、1.7%、1.5%和2.4%;Unidos剂量仪和0.007 cc电离室测量相对偏差分别为0.2%、0.8%、0.8%和1.4%;MAX4000剂量仪和0.007 cc电离室测量相对偏差分别为0.1%、0.5%、0.5%和0.9%;MAX4000剂量仪和二极管半导体探测器测量相对偏差分别为0.1%、1.5%、1.8%和2.4%(所有小野读数归一到10 cm×10 cm照射野读数),3 cm×3 cm,2 cm×2 cm归一到4 cm×4 cm照射野读数的相对偏差分别为0.1%和0.9%。结论 0.015 cc电离室测量多叶光栅野输出因子,3 cm×3 cm,2 cm×2 cm照射野的结果符合要求。按照国际原子能机构(IAEA)放射治疗剂量准确度要求,测量输出因子与出版输出因子的相对偏差应在±2%和±3%范围内。0.007 cc电离室测量结果好于0.015 cc电离室测量结果;二极管半导体探测器测量结果符合要求(归一到10 cm×10 cm照射野)和非常好(归一到4 cm×4 cm照射野)。对多叶光栅片形成的小野,由于剂量学问题,小野输出因子必须用小电离室或二极管半导体探测器测量。该测量方法准确可靠,对所有小野测量结果应输入放射治疗计划系统作为制定临床放射治疗计划的依据。
[关键词]     调强放射治疗    小野输出因子    多叶光栅    治疗计划系统    
Development of the measurement method for MLC small field output factor in intensity modulated radiation therapy(IMRT)
Luo Suming1, Wu Hao2, He Zhijian1, Xue Xian1, Ding Yanqiu1    
Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, National Institute for Radiological Protection, Chinese Centre for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China
[Abstract]    Objective To develop the methods for using 0.015 cc pinpoint chambers, 0.007 cc miniature chambers and diode detector to measure Multi-leaf collimator (MLC) small field in IMRT. Methods MAX4000 and Unidos electrometers were connected with different types of small chambers and diode detectors. MLC shaped fields of 10 cm×10 cm, 6 cm×6 cm, 4 cm×4 cm, 3 cm×3 cm, 2 cm×2 cm were defined at 100 cm SSD. The field sizes for the Varian accelerator were defined by the tertiary MLC, while the secondary jaws were kept at 10 cm×10 cm field, with the monitor units of 250 MU. Each field was measured three times to obtain the average value. The readings of all small fields were normalized to 10 cm×10 cm field values for comparison of measured and published output factors. Results The relative deviations of the MLC small field output factors from the published outputs are 1.0%, 1.7%, 1.5% and 2.4%, respectively, for Unidos electrometer connected with 0.015 cc pinpoint chamber; 0.2%, 0.8%, 0.8% and 1.4%, respectively, for Unidos electrometer connected with 0.007 cc miniature chamber; and 0.1%, 0.5%, 0.5% and 0.9%, respectively, for MAX4000 electrometer connected with 0.007 cc miniature chamber. Conclusions The 0.015 cc chamber-measured MLC output factors for 3 cm×3 cm and 2 cm×2 cm fields are excellent. As required by IAEA, the relative deviations of the measured output factor from the published output factor are within±2% for 2 cm×2 cm fields and ±3% for larger fields. The results measured using 0.007 cc chamber are better than those measured using 0.015 cc chamber. The measured results using the diode detector, normalized to the 10 cm×10 cm field, are consistent with the minimum requirements and excellent when being normalized to the 4 cm×4 cm field. For dosimetric consideration, MLC small field output factor should be measured using small chamber and diode detector. The method is accurate and reliable, therefore, all measured output factors for MLC small fields should be input into radiation treatment plan system.
[Key words]     IMRT    Small field output factors    Multi-leaf collimator (MLC)    Treatment planning system (TPS)    

目前，调强放射治疗已广泛应用于临床[1, 2, 3]。绝大多数医院对多叶光栅形成小野输出因子，仅根据厂家软件提供的数据制定放射治疗计划治疗患者，而少数厂家不能提供相关数据，医院在临床治疗患者时，只能靠推算给出小野输出因子进行计算放射治疗剂量，按厂家软件提供的输出因子值与出版值进行比较，相对偏差为±8%。2012年，美国放射物理中心测量了不同型号(瓦里安、医科达和西门子)和不同能量(6、10、15和18 MV)的多叶光栅小野输出因子[4]。2013年，国际原子能机构(IAEA)将该出版值(published data)推荐为参考值。同年，国际原子能机构(IAEA)开展了调强放射治疗质量控制方法研究(第7～9步)，并联合世界范围内18个发达和发展中国家共同开展研究，中国是参与国之一。对第7步，本课题选择了北京大学肿瘤医院的1台瓦里安6 MV加速器(美国瓦里安公司生产)参与多放疗中心研究，建立了多种探测器测量方法与技术。并在河南、四川、江苏、湖北4省选择了不同能量和不同型号加速器，用厂家软件提供的多叶光栅小野输出因子[5]与出版输出因子比较，并用针点电离室现场测量，对建立的研究方法[6, 7, 8, 9]确认和可靠性验证。本文重点报道第7步多放疗中心研究结果。

材料与方法

1.材料和设备：Unidos剂量仪、0.015 cc针尖电离室(德国PTW公司)；MAX4000剂量仪、0.007 cc微型电离室(美国标准影像公司)；二极管半导体探测器、有机玻璃模体(德国PTW公司)；医用加速器、放射治疗计划系统(美国瓦里安公司)。剂量仪和井型电离室在美国威斯康星大学二级标准剂量学实验室(SSDL)刻度，0.007 cc微型电离室在德国PTW公司刻度，0.015 cc针尖电离室和二极管半导体探测器在国家二级标准剂量学实验室(SSDL)校准，刻度因子和校正因子均在有效期内。

2.方法

(1)放射治疗计划系统计算多叶光栅小野输出因子：放射治疗计划系统(TPS)，型号Eclipse,软件版本11 0,计算网格AAA。多叶光栅型号Millennium120,等中心叶宽5 mm。30 cm×30 cm×30 cm有机玻璃模体装满水，放在CT模拟机上，用头颈扫描条件，CT层厚2 5 cm扫描,影像传给放射治疗计划系统制定放射治疗计划(TPS)。6 MV X射线束，准直器固定10 cm×10 cm照射野,调节多叶光栅片(次级准直器)形成不同小野6 cm×6 cm,4 cm×4 cm,3 cm×3 cm,2 cm×2 cm,SSD=100 cm,水下10 cm,计算多叶光栅小野输出因子(归一到10 cm×10 cm照射野)，用TPS计算的输出因子与出版的输出因子进行比较。

(2)0.015 cc电离室测量多叶光栅小野输出因子：0.015 cc针尖电离室，型号TW31014。30 cm×30 cm×30 cm有机玻璃模体装满水，电离室放入水下10 cm深度，瓦里安加速器，6 MV X射线束，准直器固定10 cm×10 cm照射野，调节多叶光栅片形成6 cm×6 cm,4 cm×4 cm,3 cm×3 cm,2 cm×2 cm野，SSD=100 cm,射线束中心对准电离室中心，照射250 MU,取3个照射量读数的平均值。所有小野输出因子读数归一到10 cm×10 cm照射野，测量的输出因子与出版的输出因子进行比较。测量2 cm×2 cm照射野时，为了减少电离室杆效应影响，机架角度转动90°，电离室放置方向见图1。

图1 0.015 cc电离室放置方向

计算输出因子公式：

式中，R为测量野读数，Gy; R0为参考野10 cm×10 cm读数，Gy。

(3)0.007 cc微型电离室测量多叶光栅小野输出因子：微型电离室型号：A16，灵敏体积0.007 cc,电离室体积很小，但包含在剂量分布的平坦区域内。0.007 cc电离室送美国标准影像公司刻度，水中吸收剂量刻度因子3 52×10-3 Gy/pC。水模体装满水，电离室放入水下10 cm，SSD=100 cm，射线束中心对准电离室中心，照射250 MU，取3个电离电荷读数平均值。测量前，为了使0.007 cc电离室的偏压达到平衡，对电离室预照射500 MU,测量条件与0.015 cc电离室测量条件相同。所有小野输出因子读数归一到10 cm×10 cm照射野，测量的输出因子与出版的输出因子进行比较。由于0.007 cc电离室杆短，因此，不考虑电离室杆效应的影响。电离室放置方向见图2。

图2 0.007 cc电离室放置方向

(4)二极管半导体探测器(Diode)测量多叶光栅小野输出因子：Diode型号PTW60016，灵敏体积0 03 m3。测量前，对Diode预照射500 MU。水模体装满水，Diode垂直放入水下10 cm深度，SSD=100 cm,射线束中心对准竖着的Diode中心，照射250 MU,取3个电离电荷读数的平均值。测量条件与0.015 cc电离室测量条件相同。所有小野输出因子读数归一到10 cm×10 cm和4 cm×4 cm照射野，测量的输出因子与出版的输出因子进行比较。Diode放置方向见图3。

图3 Diode放置方向

(5)剂量仪电离电荷饱和校正测量：每台加速器输出的每个脉冲不同而产生的剂量率不同，电离室测量时，由于脉冲不稳定而导致电离室读数饱和，对小野输出因子读数产生影响，因此，要对剂量仪的电离电荷饱和进行校正测量。PTW Unidos剂量仪接0.015 cc电离室，高压400 V，半压200 V；MAX4000剂量仪分别接0.007 cc和0.015 cc电离室，高压450 V，半压250 V，瓦里安加速器，6 MV X射线束，剂量率400 MU/min,水模体装满水，电离室放在水下10 cm，射线束中心对准电离室中心，SSD=100 cm,照射野10 cm×10 cm,分别照射250 MU，3个照射量读数求平均值。

计算剂量仪电离电荷饱和校正因子Ns公式：

式中，Q1与Q2分别为剂量仪高压和半压时的测量电离电荷读数，Gy。

结 果

1. 放射治疗计划系统计算瓦里安加速器6 MV X射线束多叶光栅小野输出因子：结果列 于表1。由表1可知，2 cm×2 cm照射野，TPS计算输出因子与出版输出因子相对偏差为4%,超出IAEA相对偏差的±2%的要求。

表1 TPS计算输出因子与出版输出因子比较

2. 0.015 cc电离室和Unidos剂量仪测量瓦里安加速器6 MV X射线束多叶光栅小野输 出因子：结果列于表2。由表2可知，0.015 cc针尖电离室测量2 cm×2 cm,3 cm×3 cm照射野输出因子结果均在IAEA要求的范围内。

表2 0.015 cc电离室和Unidoes剂量仪测量输出因子与出版输出因子比较

3. 0.007 cc电离室和Unidos剂量仪测量瓦里安加速器6 MV X射线束多叶光栅小野输出因子：结果列于表3。由表3可知，0.007 cc微型电离室和TPW Unidos剂量仪，测量2 cm×2 cm,3 cm×3 cm照射野输出因子结果好于0.015 cc电离室测量结果。

表3 0.007 cc电离室和Unidos剂量仪测量输出因子与出版输出因子比较

4. 0.007 cc电离室和MAX4000剂量仪测量瓦里安加速器6 MV X射线束多叶光栅小野输出因子：结果列于表4。由表4可知，用0.007 cc电离室和MAX4000剂量仪测量小野输出因子与出版因子(美国用这套仪器测量的6 MV加速器数据)比较，所有相对偏差在0.1%～0.9%，结果非常好。

表4 0.007 cc电离室和MAX4000剂量仪测量输出因子与出版输出因子比较

5. 二极管半导体探测器和MAX4000剂量仪测量瓦里安加速器6 MV X射线束多野光栅小 野输出因子：结果列于表5。由表5可知，3 cm×3 cm和2 cm×2 cm照射野测量输出因子与出版输出因子比较，结果与0.007 cc电离室和MAX4000剂量仪测量结果一样好。

表5 Diode探测器和 MAX4000剂量仪测量输出因子与出版输出因子比较

6. 剂量仪电离电荷饱和校正结果：MAX4000剂量仪和PTW Unidos剂量仪接0.007 cc电离室，在高压和半压测量电离电荷饱和校正，结果列于表6。由表6可知，不同剂量仪和电离室测量的电离电荷饱和校正因子，对小野输出因子影响很小，在±0.1%～0.2%范围内，因此不需校正。

表6 不同剂量仪和电离室测量电离电荷饱和校正结果
讨 论

对瓦里安加速器实施调强放射治疗多叶光栅小野放射治疗计划软件，计算的小野输出因子仅支持3 cm×3 cm照射野，对2 cm×2 cm照射野输出因子只能推算给出。如果推算值超过IAEA相关要求的±3%，为了患者治疗剂量的准确性，物理师应用小电离室现场实施测量，将测量结果输入放射治疗计划软件。放疗医生在制定处方剂量时作为重要参考依据。

对医科达、西门子加速器实施调强放射治疗多叶光栅小野放射治疗计划软件，虽然能提供计算1 cm×1 cm照射野输出因子，但根据4省30家医院参与验证研究结果显示，有相当部分医院提供的2 cm×2 cm照射野输出因子，超过了IAEA相对偏差要求的±3%[10, 11, 12, 13]。因此，各医院物理师需要实施用小电离室测量，并将结果输入放射治疗计划软件作为重要参考依据。

对多叶光栅小野输出因子测量，用0.015 cc电离室、0.007 cc电离室和Diode探测器，电离室或探测器都无需刻度，因为是所有小野读数与10 cm×10 cm照射野读数的相对测量，Diode探测器测量小野读数与4 cm×4 cm照射野读数进行比较。结果表明，多叶光栅小野输出因子测量，应选择小电离室或二极管半导体测量，结果均满足IAEA的相关要求。

由于每台加速器输出的每个脉冲不同而产生的剂量率不同。加速器输出脉冲时，如果脉冲突然增高，这时剂量仪测量读数容易出现饱和，因此，要对测量的小野输出因子进行修正。对剂量仪测量的电离电荷饱和校正因子＜±3%的无需修正，>±3%的小野输出因子应做 修正。本实验研究使用的加速器，两台剂量仪测量的电离电荷饱和校正因子在0.1%～0.2%之间，均＜±3%，因此,对计算小野输出因子不做修正。

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