调强放射治疗(IMRT)是目前国内外最为主流的肿瘤放射治疗技术,为了减少肿瘤邻近器官的辐射风险、提高肿瘤治疗效果,不仅需要肿瘤治疗部位和邻近器官之间有更高的剂量梯度,多叶准直器(MLC)叶片的形状、位置及叶片到位精度都直接影响患者治疗剂量的精确实施。因此,多叶光栅片到位精度等性能验证在医用电子加速器(以下简称加速器)的质量保证工作中占有重要地位[1]。多叶光栅片到位精度的测量方法很多,常见的测量工具有平面探测器阵列、电子射野影像系统(EPID)以及慢感光胶片等[2-6]。不同的测量方法各有其优缺点[7-8],平面探测器阵列和EPID两种工具在医院自主检测时应用较多,慢感光胶片方法多用于第三方机构的核查。采用慢感光胶片对多叶光栅片到位精度进行独立的核查,是提高放射治疗质量保证的重要一步,也是国际原子能机构(IAEA)放射治疗先进技术剂量传递质量保证方案的重要延伸。2014年,河南省参加了IAEA第7b步调强放射治疗复杂技术质量核查方法验证研究,并对8台加速器多叶光栅片到位精度进行了验证测量,有关主要内容报道如下。
材料与方法1.材料:在河南省6家三级甲等医院,选取使用MLC开展调强放射治疗的8台(美国瓦里安5台、瑞典医科达2台和德国西门子1台)进口加速器开展核查验证研究。8台加速器型号、能量、生产年份、MLC型号等参数列于表 1。厚度为1 cm的均质固体模体若干块,尺寸为30 cm×30 cm(德国PTW公司)。EBT2放射性免冲洗胶片、专业γ分析软件(美国Ashland公司)。胶片扫描仪,型号11000XL(日本Epson公司)。
![]() |
表 1 8台加速器MLC参数 Table 1 MLC parameters of eight accelerators |
2.方法: 30 cm×30 cm均质固体模体经CT扫描,影像传给放射治疗计划系统创建5条栅栏野条状,每条状栅栏野长3 cm,宽0.6 cm,条状与条状之间距离3 cm,在最大剂量点(dmax)处,源皮距(SSD)100 cm。照射计划传输到加速器上进行照射,25 cm×25 cm的EBT3胶片放置在3块30 cm×30 cm、厚1 cm的固体水上面,用胶带固定胶片的4角,并在上面覆盖1块1 cm的固体水(胶片放置位置示意图见图 1),SSD=100 cm,6 MV X射线照射250 MU。照射后的胶片分别邮寄到IAEA剂量学实验室和外部检查组(EAG)进行测量和计算[9]。
![]() |
图 1 胶片在模体中放置位置示意图 Figure 1 Sketch of placement of radiochromic film in phantom |
结果
1. 8台加速器胶片测量与TPS计划每条栅栏野MLC条状位置比较结果:列于表 2。按照IAEA的要求,胶片测量与TPS计划每条栅栏野MLC条状位置偏差±0.5 mm内为合格。从表 2可见,7台加速器结果均 < ±0.5 mm,符合要求,1台加速器(序号8)结果超出±0.5 mm限值,不符合要求。
![]() |
表 2 胶片测量与TPS计划每条栅栏野MLC条状位置比较结果(mm) Table 2 Comparison of film-measured and TPS-planed MLC leaf position (mm) |
2.胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片位置标准偏差结果:列于表 3。表 3结果显示,8台加速器胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片位置标准偏差结果均在±0.5 mm内,符合IAEA要求。
![]() |
表 3 胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片位置标准偏差结果(mm) Table 3 Standard deviation of film-measured MLC picket fence positions (mm) |
3. 8台加速器胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片实际宽度差值和标准偏差结果:列于表 4。按照IAEA的要求,胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片实际宽度差值±0.75 mm内为合格,由表 4可知,7台加速器结果 < ±0.75 mm,符合要求;1台加速器结果超出±0.75 mm,不符合要求。胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片实际宽度标准偏差0.3 mm,为合格。7台加速器结果 < 0.3 mm,合格;1台加速器结果为0.5 mm, 不合格。
![]() |
表 4 胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片实际宽度差值和标准偏差结果(mm) Table 4 Film-measued MLC leaf opening widths and standard derivations (mm) |
讨论
IMRT是目前较为先进的放射治疗技术,通过计算机控制多叶光栅片的运动,可以调节射野形状跟随靶区变化,从而提高肿瘤放射治疗的效果,减轻周围正常组织和器官的受照剂量。多叶光栅片的到位精度直接影响肿瘤治疗定位的精度,有研究表明,1 mm的叶片位置误差可导致7.6%的靶区剂量偏差,同时危及器官的剂量偏差可达12.2%[10]。因此,定时检测多叶光栅片到位精度是加速器治疗保证与质量控制中不可或缺的环节。本次小范围的验证检测发现,8台加速器中有1台加速器多叶光栅片到位精度不符合IAEA要求,经与医院物理师沟通,分析原因除了设备使用年限较长以外,可能还与该医院在胶片核查前设备长时间未进行多叶光栅片到位精度的校准有关。医院日常的自主校准可以使用胶片、EPID和平面探测器阵列等材料和设备。目前国内医院放射治疗物理师奇缺[11],仅有规模较大的医院配备了必要的质量控制设备,并较好开展了相关的质量保证工作。要确保加速器多叶光栅片到位精度指标合格,不仅需要医院物理师有较强的工作责任心和自我约束力来定期做相关的校准工作,还需要卫生行政部门的监督和第三方的定期检测与核查。
胶片测量的误差主要来源于标准曲线的拟合误差、胶片的不均匀性以及胶片受保存环境的温度、保存时间的长短等影响。在测量过程中应保证胶片在低温环境下避光保存,照射完成后及时扫描,减少胶片受环境影响导致的测量误差。
本次河南的验证测量涉及瓦里安、医科达、西门子等3个厂商的8台设备,且均为进口加速器。由于样本量较小,本次调查结果尚不能代表河南省IMRT加速器的整体状况。据统计,截至2013年底,河南省已有各种类型加速器140余台,其中近1/3的加速器有内置多叶光栅,可开展IMRT治疗[12]。今后应扩大核查范围,覆盖绝大部分的医院和加速器,对不合格的设备予以调试和维修,以提高全省IMRT放射治疗效果。
志谢 感谢中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所罗素明、北京大学肿瘤医院吴昊对本项研究工作给予的支持利益冲突 所有作者未因进行该项研究而接受任何不正当的职务或财务利益,在此对研究的独立性和科学性予以保证
作者贡献声明 戴富友参与项目实施、负责数据分析和论文撰写;贾陈志参加项目现场实施、参与论文修改;程晓军负责项目实施、数据整理和论文修改
[1] |
江波, 刘振宅, 徐晓. 调强放疗中有关多叶准直器的质量保证与质量控制[J]. 国际放射医学核医学杂志, 2006, 30(6): 378-381. Jiang B, Liu ZZ, Xu X. Quality assurance and quality control of multileaf collimator in intensity modulated radiotherapy[J]. Int J Radiat Med Nucl Med, 2006, 30(6): 378-381. DOI:10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2006.06.018 |
[2] |
张红红, 丁艳秋, 冯仲苏, 等. 多叶准直器运动状态下叶片到位精度检测方法研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(4): 303-306. Zhang HH, Ding YQ, Feng ZS, et al. Leaf position testing for multileaf collimator in dynamic mode[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2015, 35(4): 303-306. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2015.04.017 |
[3] |
李盈辉, 陈立新, 庄永东, 等. 基于EPID和EBT3胶片剂量计对动态MLC叶片到位精度检测研究[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2016, 25(9): 989-993. Li YH, Chen LX, Zhuang YD, et al. Measurement of leaf position accuracy of dynamic multi-leaf collimator using electronic portal imaging device and EBT3 film dosimeter[J]. Chin J Radiat Oncol, 2016, 25(9): 989-993. DOI:10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2016.09.020 |
[4] |
Clews L, Greer PB. An EPID based method for efficient and precise asymmetric jaw alignment quality assurance[J]. Med Phys, 2009, 36(12): 5488-5496. DOI:10.1118/1.3253463 |
[5] |
Antypas C, Floros I, Rouchota M, et al. MLC positional accuracy evaluation through the Picket Fence test on EBT2 films and a 3D volumetric phantom[J]. J Appl Clin Med Phys, 2015, 16(2): 5185. DOI:10.1120/jacmp.v16i2.5185 |
[6] |
蔡汉飞, 沈学明, 李贵. 基于辐射自显影胶片的多叶准直器校准[J]. 中国医疗设备, 2009, 24(7): 141-144. Cai HF, Shen XM, Li G. Calibration of multi-leaf collimator with GAFCHROMIC EBT Film[J]. Chin Med Devices, 2009, 24(7): 141-144. DOI:10.3969/j.issn.1674-1633.2009.07.064 |
[7] |
吴昊, 任民, 黄斐增, 等. 不同探测器在多叶准直器质量保证中的定位精度比较[J]. 中国医学物理学杂志, 2010, 27(4): 1960-1963. Wu H, Ren M, Huang FZ, et al. Comparison of the positioning accuracy in MLC quality assurance using various detectors[J]. Chin J Med Phy, 2010, 27(4): 1960-1963. DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2010.04.003 |
[8] |
付庆国, 杨超凤, 杨海明. 3种方法验证多叶光栅到位精度的比较[J]. 中国癌症防治杂志, 2011, 3(3): 248-251. Fu QG, Yang CF, Yang HM. Comparison of 3 methods to verify the positioning accuracy in multi-leaf collimator[J]. Chin J Oncol Prev Treat, 2011, 3(3): 248-251. DOI:10.3969/j.issn.1674-5671.2011.03.20 |
[9] |
罗素明, 吴昊, 薛娴, 等. 调强放疗多叶光栅野剂量质量核查方法研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2018, 38(2): 115-120. Luo SM, Wu H, Xue X, et al. Development of methodology for dose quality audit of multi-leaf collimator in intensity modulated radiotherapy[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2018, 38(2): 115-120. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2018.02.007 |
[10] |
Mu G, Ludlum E, Xia P. Impact of MLC leaf position errors on simple and complex IMRT plans for head and neck cancer[J]. Phys Med Biol, 2008, 53(1): 77-88. DOI:10.1088/0031-9155/53/1/005 |
[11] |
张红志. 谈谈中国放疗物理师的人才现状及发展[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2015, 35(2): 81-82. Zhang HZ. The current situation and development of the talents of radiation physicists in China[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2015, 35(2): 81-82. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2015.02.001 |
[12] |
程晓军, 胡传朋, 戴富友, 等. 河南省部分放射治疗设备调查与质量控制检测结果分析[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2014, 34(1): 44-46. Cheng XJ, Hu CP, Dai FY, et al. Investigation of some radiotherapy equipment and quality control test results in Henan Province[J]. Chin J Radiol Med Prot, 2014, 34(1): 44-46. DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2014.01.012 |