中华放射医学与防护杂志  2019, Vol. 39 Issue (2): 137-140   PDF    
河南省8台加速器调强放射治疗多叶光栅叶片到位精确度验证方法研究
戴富友 , 贾陈志 , 程晓军     
河南省职业病防治研究院放射卫生科, 郑州 450052
[摘要] 目的 用胶片(film)测量调强放射治疗(IMRT)多叶光栅叶片到位精确度验证方法研究,为质量核查方法提供数据支持。方法 选择物理师水平较高的6家医院,8台加速器(瓦里安、医科达、西门子)参与验证研究。25 cm×25 cm的放射性免冲洗胶片放在30 cm×30 cm厚的均质固体模体上,厚度2.0 cm的固体模体板覆盖在胶片上面,经CT扫描,影像传给放射治疗计划系统(TPS)制定治疗计划,多叶光栅形成5条栅栏野条状,能量6 MV X射线束,每条栅栏野3 cm×0.6 cm,条状野间隔3 cm,在最大剂量点处,胶片到源距离100 cm,每条栅栏野给出监督剂量250 MU。照射计划传输到加速器上进行照射,照射后的胶片一周内返回国际原子能机构(IAEA)进行分析和计算,并与IAEA给出的限值比较。结果 胶片测量与TPS计划每条多叶光栅栅栏野条状位置偏差±0.5 mm内为合格。7台加速器结果均在±0.5 mm范围内,符合要求。1台加速器结果超出±0.5 mm,不符合要求。胶片测量每对与每条所有多叶光栅叶片位置标准偏差±0.5 mm内为合格。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。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,7台加速器结果均<±0.75 mm,符合要求,1台加速器结果>±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内为合格。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。结论 河南省部分加速器多叶光栅片到位精确度不合格,应定期开展相关的质量保证工作和第三方核查工作,对保证放射治疗剂量的精确实施具有重要意义。
[关键词] 调强放射治疗     多叶光栅叶片     放射性免冲洗胶片     质量核查    
Verification of positioning accuracy of MLC leaves of 8 medical accelerators in IMRT in Henan province
Dai Fuyou, Jia Chenzhi, Cheng Xiaojun     
Department of Radiological Health, Henan Institute for Occupational Medicine, Zhengzhou 450052, China
Fund programs: IAEA′s Funding Project (17821/CRP)
Corresponding author: Cheng Xiaojun, Email:hnfsws@163.com
[Abstract] Objective To measure the positioning accuracy of multi-leaf collimators (MLC) leaves by using radiochromic films, with aim to providing data in support of IAEA's methodology validation. Methods The present study focused on 8 accelerators (Varian, Elekta and Siemens machines) at 6 hospitals in Henan province with highly skilled physicists. The 25 cm×25 cm radiochromic films were put on 30 cm×30 cm homogeneous solid phantoms and covered with a 2.0-cm-thick homogeneous solid phantom slabs. The CT-scanned images were transmitted to TPS for plan formulation. With 6 MV X-ray, MLC created 5 strip 3 cm×0.6 cm picket fence field, each with 3.0 cm strip separation. The SSD was 100 cm at the maximum dose point, with a 250 MU to each strip. The irradiated radiochromic films were returned to IAEA for analysis within one week and compared with the values given by IAEA. Results The difference of film-measured and TPS-planned positions of MLC leaves for each strip picket fence should be within ±0.5 mm as required by IAEA. For 7 of 8 accelerators selected, the differences of accurately measured MLC leaf positions were all within ±0.5 mm, which were in line with the IAEA requirements, with only other one being beyond -0.5 mm, not consistent with the IAEA requirements. The differences of film-measured actual widths between each pair and all pairs of leaves were within ±0.75 mm as required by IAEA for 7 accelerators, whereas the other one was outside ±0.75 mm, not consistent with the IAEA requirements. The standard deviation of film-measured actual width of MCL leaf between each pair and all pairs for 7 accelerators were ≤ 0.3 mm as required by IAEA, whereas the other one was 0.5 mm, not consistent with IAEA requirements. Conclusions The MLC positioning accuracy of a few of medical accelerators in Henan is not qualified. It is of great significance to carry out regular quality examination as well as third-party verification to ensure precise delivery of radiotherapy.
[Key words] Intensity modulated radiation therapy     MLC leaves     Radiochromic film     Quality audit    

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
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