中华放射医学与防护杂志  2018, Vol. 38 Issue (2): 134-137   PDF    
引用本文
马桥, 刘冉, 刘德明, 胡波, 罗素明. 四川省调强放疗光子线束吸收剂量和二维剂量分布验证研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2018, 38(2): 134-137, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2018.02.011.
四川省调强放疗光子线束吸收剂量和二维剂量分布验证研究
马桥1 , 刘冉2 , 刘德明2 , 胡波2 , 罗素明3     
1. 610059 成都理工大学地学核技术四川省重点实验室;
2. 610041 成都, 四川省疾病预防控制中心职业与辐射卫生所;
3. 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
收稿日期: 2017-07-26
基金项目: IAEA资助项目（17821/CRP）；四川省科技支撑计划项目（2012SZ0179）
通信作者: 罗素明, Email:sumingluo@163.com
[摘要] 目的 用粉末热释光剂量计（TLD）和胶片测量调强放疗（IMRT）光子线束吸收剂量和二维剂量分布验证研究。方法 用国际原子能机构（IAEA）提供的聚苯乙烯固体模体，经CT扫描，影像传给放射治疗计划系统（TPS）制定放疗计划，源皮距90 cm，深度10 cm，照射野5 cm×5 cm，计算吸收剂量6 Gy相应的监督单位（MU）。根据四川省各个地域医疗水平、放射治疗开展情况和物理师技术力量等因素选择了7家三级甲等医院，每家医院选取1台常用的加速器，7台加速器生产厂家分别为瓦里安、医科达和西门子，并分别实施调强放疗计划。医院使用的均质固体模体，尺寸30 cm×30 cm，25 cm×25 cm的胶片放在模体上，厚度>20 cm的固体模体板覆盖在胶片上面，射线束中心对准胶片中心，实施调强放疗计划的验证。结果 7台加速器中，TLD吸收剂量与TPS计划剂量相对偏差分别为1.4%、3.7%、-2.5%、-0.3%、4.9%、4.9%和5.0%，满足IAEA要求的±5%以内；胶片吸收剂量与TPS计划剂量相对偏差分别为4.7%、4.3%、1.5%、3.9%、-1.6%、3.3%和-1.3%，满足IAEA要求的±5%以内；5台加速器胶片二维剂量分布3 mm/3%通过率分别为99.9%、98.5%、98.5%、97.9%和70.0%，其中4台加速器满足IAEA要求的通过率为90%以上，1台不满足要求。结论 用TLD和胶片测量调强放疗光子线束野吸收剂量和二维剂量分布验证，科学实用，经济方便，可为放射治疗计划提供质量保证。
[关键词] 热释光剂量计     胶片     调强放疗     吸收剂量     二维剂量分布    
Verification of photon beam field absorbed dose and two-dimensional dose distribution in intensity modulated radiotherapy in Sichuan province
Ma Qiao1, Liu Ran2, Liu Deming2, Hu Bo2, Luo Suming3     
1. Provincial Key Laboratory of Applied Nuclear Techniques in Geosciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;
2. Institute of Occupational Health and Radiological Health, Sichuan Center for Disease Control and Prevention, Chengdu 610041, China;
3. Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, National Institutre for Radiological Protection, Chinese Centre for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China
Fund programs: IAEA′s Funding Project(17821/CRP); Sichuan Province Science and Technology Support Program Project (2012SZ0179)
Corresponding author: Luo Suming, Email:sumingluo@163.com
[Abstract] Objective To measure absorbed dose and verify two-dimensional dose distribution from IMRT MLC using thermoluminescence dosimeters (TLDs) and films. Methods The teflon phantom was scanned by CT and its images were transmitted to TPS for planning. The 6 Gy-corresponding MUs were calculated at 90 cm SSD and 10 cm depth and on 5 cm×5 cm radiation field. All the plans were implemented at 7 medical linear accelerators, which were produced by Varian, Elekta and Siemens and selected from 7 third-grade first-class hospitals according to the technical conditions of various regions in Sichuan province. The homogeneous solid phantoms used in hospitals were covered by 30 cm×30 cm and 25 cm×25 cm films. Then, the films were covered by thicker-than-20 cm phantoms. Finally, the plans were implemented by aligning the center of beams to the films center. Results The relative deviations of the measured absorbed dose to TPS-planned dose were 1.4%, 3.7%, -2.5%, -0.3%, 4.9%, 4.9%, 5.0% for TLDs and 4.7%, 4.3%, 1.5%, 3.9%, -1.6%, 3.3%, -1.3% for films, respectively, all consistent with the limit of less than 5%. The passing rates of 2D dose distribution (3 mm/3%) were 99.9%, 98.5%, 98.5%, 97.9% and 70.0% for 5 accelerators, with only one not consistent with the requirements. Conclusions It is convenient to measure the absorbed dose to photon beam field and verify two-dimensional dose distribution using TLDs and films, which can provide quality assurance for radiation treatment plans.
[Key words] Thermoluminescent dosimeter     Film     Intensity modulated radiotherapy     Absorbed dose     Two-dimensional dose distribution    

四川省是位于中国西南的人口大省，省内放射治疗发展参差不齐，放射治疗资源紧缺。据初步统计，截至2016年底，常住人口8 262万人，省内开展放射治疗的医院总数为60余家，各类医用电子直线加速器90余台，医学物理人员230余名，放射治疗质量控制设备60余套。目前，调强放疗(IMRT)作为临床放疗中治疗肿瘤、缓解疾病痛苦、改善患者生活质量的重要手段之一，已得到广泛运用。相比于普通放射治疗，调强放疗计划的制定和剂量的分布更为复杂，因此，有关质量控制工作对临床治疗效果有重要影响。近年来，用热释光剂量计(TLD)和胶片作为放射治疗剂量质量核查发展迅速[1-4]。2015年，国际原子能机构(IAEA)开展了调强放疗剂量核查方法研究(第8步)，中国是参与国家之一，而四川省是参与本验证的省份之一。本文报道四川省7台医用加速器调强放疗光子线束吸收剂量和二维剂量分布通过率验证。

材料与方法

1.材料与设备：IAEA提供的聚苯乙烯固体模体，尺寸15 cm×15 cm×15 cm，国产海阳博创公司生产的TLD粉末剂量计，美国GEX公司生产的EBT3放射性免冲洗胶片，尺寸25 cm×25 cm。均质固体模体，尺寸30 cm×30 cm。瑞典医科达加速器3台，美国瓦里安加速2台，德国西门子加速器2台，能量均为6 MV X射线束，以及配套的放射治疗计划系统(TPS)，具体参数列于表 1。

表 1 四川省7台医用直线加速器参数特性 Table 1 Parameters of 7 medical electron linear accelerators in Sichun province

2. TLD测量调强放疗多叶光栅野吸收剂量：7台医用直线加速器，用IAEA提供的聚苯乙烯固体模体，经CT扫描(头部扫描条件)，层厚2.5 cm，影像传给TPS制定放疗计划，6 MV X射线束，源皮距(SSD)90 cm，水下10 cm，多叶光栅形成5 cm×5cm照射野，计算处方剂量6 Gy相应的监督单位(MU)[5]。治疗线束中心与模体中心对齐，将TLD放入2 cm的固体模体中，然后再装入15 cm×15 cm×15 cm聚苯乙烯固体模固定，对TLD实施调强放疗计划。照射后的TLD返回外部核查组(EAG)进行测量与估算。TPS计算吸收剂量值与TLD测量吸收剂量值进行比较。计算相对偏差公式：

$ \begin{array}{c} Dve\left( \% \right) = \left( {{F_{{\rm{Institution}}}} - {F_{{\rm{EAG}}}}} \right)/{F_{{\rm{EAG}}}} \times \\ 100\% \end{array} $ (1)

式中，FInstitution为医院TPS计算吸收剂量值，Gy；FEAG为EAG估算吸收剂量值，Gy。

3.胶片测量调强放疗多叶光栅野吸收剂量：模体经CT扫描条件和加速器6 MV X射线照射条件同上述第2点，将胶片6 cm×10 cm按入2 cm固体模体块中固定，然后装入15 cm×15 cm×15 cm聚苯乙烯固体模体，对胶片实施调强放疗计划。照射后的胶片返回EAG进行测量与估算。TPS计算吸收剂量值与胶片测量吸收剂量值进行比较。

4.胶片测量调强放疗二维剂量分布验证：医院使用的均质固体模体，尺寸30 cm×30 cm，经CT扫描，影像传输至TPS制定放疗计划，SSD 95 cm，深度5 cm，使用不同软件中计算网格≤3 mm，处方剂量约6 Gy。治疗中心与固体模体中心对齐，对胶片实施调强放疗计划。照射后的胶片返回EAG进行测量与估算。TPS计算二维剂量分布通过率与胶片测量二维剂量分布通过率进行比较。

结果

1. TLD测量调强放疗多叶光栅野吸收剂量与TPS计划剂量相对偏差结果：列于表 2。由表 2可知，7台加速器相对偏差均在IAEA要求的±5%以内，符合要求。

表 2 四川省7台医用直线加速器调强放疗多叶光栅野TLD吸收剂量与TPS计划剂量相对偏差 Table 2 Relative deviations of TLD-absorbed doseto TPS-planned dose for 7 IMRT medical electronic linear accelerators in Sichuan province

2.胶片测量调强放疗多叶光栅野吸收剂量与TPS计划剂量相对偏差结果：列于表 3。由表 3可知，7台加速器相对偏差均在IAEA要求的±5%以内，符合要求。

表 3 四川省7台医用直线加速器调强放疗多叶光栅野胶片吸收剂量与TPS吸收剂量相对偏差 Table 3 Relative deviations of film-absorbed dose andTPS-planned dose for 7 IMRT medical electronic linear accelerators in Sichuan province

3.胶片验证调强放疗二维剂量分布通过率结果：列于表 4。由表 4可知，4台加速器的胶片二维剂量分布3 mm/3%通过率均在90%以上，符合IAEA要求；通过率最低的加速器首检结果仅为70.0%，研究发现，该加速器的计划系统计算网格与实际照射时计算网格不一致而导致通过率较低，经复检后该加速器的胶片二维剂量分布3 mm/3%通过率也达到了90%以上。其中两台加速器由于TPS软件版本较低，无法导出平面剂量分布文件，因此无法估算并给出结果。

表 4 四川省7台医用直线加速器调强放疗多叶光栅野胶片二维剂量分布通过率 Table 4 Film-verified passing rate of 2D dose distribution of MLC system for 7 IMRT medical electronic linear accelerators in Sichuan province

讨论

本研究结果显示，TLD与胶片测量调强放疗多叶光栅野吸收剂量的结果存在一定分散性，除第2和第6两台加速器测量结果岐离性较小外，其他岐离均在3%以上。第5台加速器TLD和胶片测量结果分别为4.9%和-1.6%，两个值岐离达到了6.5%，第7台加速器TLD和胶片测量结果分别为5.0%和-1.3%，两个值岐离达到了6.3%。经实验室确认分析后，发现是胶片扫描的能量刻度存在一定误差，经修正后两种结果的分散性缩小，岐离均控制在3.0%左右。

结果还显示，胶片验证调强放疗二维剂量分布结果精确，5台加速器的胶片二维剂量分布3 mm/3%通过率均在90%以上。矩阵电离室验证相对剂量分布，由于目前国内尚未建立矩阵电离室的计量刻度基准[6-9]，不便邮寄，且每个矩阵电离室探头之间存在一定间隙，所以不适用于大范围绝对剂量核查，只适于医院的内部质量控制。胶片验证调强放疗二维绝对剂量分布比矩阵电离室验证相对剂量分布更科学合理，但胶片剂量测量需要较高的能量刻度准确性，计划系统能导出照射计划文件，所以对质量控制人员的技术要求较高。目前国际上还利用了电子射野影像装置(EPID)来验证剂量分布[10]，但因加速器硬件要求、绝对剂量计量刻度等问题而未大规模推广。

本研究中，有两台加速器因计划系统版本较低，无法导出计划文件而不能验证，说明计划系统的软件对放射治疗质量控制同样重要。同时，3 mm/3%通过率结果显示，最好的达到了99.9%，充分体现了该加速器软硬件、质量控制和物理师经验技巧的最佳结合。而通过率最低的加速器首检结仅为70.0%，复检后也达到了90.0%以上，复检发现是该加速器的计划系统计算网格与实际照射时计算网格不一致而导致通过率较低，证明了计划系统中网格计算精度和所采用的计算法对剂量计算的精确与否至关重要。

综上所述，调强放疗绝对剂量测量与剂量分布验证对于放疗效果至关重要，基于TLD和胶片的绝对剂量测量与分布验证方法科学合理，建立的两种方法作为调强放疗剂量核查方法，适合在国内医院大范围实施调强放疗质量保证核查。

利益冲突 本研究得到了四川省卫生和计划生育委员会重点科研课题(16PJ398)的资助。无利益冲突
作者贡献声明 马桥负责收集资料、数据分析和论文撰写；刘冉、刘德明负责选题设计和论文修改；胡波协助收集数据和统计分析；罗素明负责课题设计的论证、指导和论文修改
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