2020, Vol. 40
2. 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, 北京 100088
2. Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China
放射治疗是肿瘤治疗的3大手段之一，湖北省每年约210万肿瘤患者接受放射治疗，截止到2017年12月，湖北省有放疗机构67家，医用电子加速器总数量103台，开展调强放疗(IMRT)医疗机构约占63%。IMRT使用的照射野由多叶光栅(MLC)叶片形成，其优势在于最大限度地将放疗剂量集中于靶体积(PTV)并杀死肿瘤细胞，同时使周围组织或危及器官(OAR)受到最小的照射损害。根据国际辐射单位与测量委员会(ICRU)50号[1]与62号[2]报告，PTV具有三维与复合概念，不仅包括实体肿瘤靶区(gross tumor volume, GTV)和临床肿瘤靶区(clinical target volume, CTV)，还包括照射中器官运动，日常摆位，治疗中靶区与靶位置的变化，资料传输中的误差等不确定因素引起的扩大照射的组织范围，因此，精确的PTV边界勾画与处方剂量可以达到最大限度的保护OAR的目的[3-4]。而IMRT计划与实施极为复杂，PTV勾画的微小误差可能导致肿瘤致死剂量不足或OAR过量照射，从而使肿瘤复发或严重的并发症[5]。研究证明，1 mm叶片位置偏差可导致PTV剂量偏差7.6%，OAR剂量偏差可达12%；放疗精度提高1%，癌症治愈率提高2%[6-7]。2013—2017年，国际原子能机构(IAEA)与世界范围内18个国家协作，我国是参与国之一，共同研究调强放射治疗剂量核查方法。项目牵头单位中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所。在验证方法阶段，选择湖北省参加第9步靶体积、危及器官及二维剂量分布验证研究，现将结果报道如下。
1、材料与方法1.研究对象：由于本次剂量验证方法较为复杂，对物理师技术水平的要求较高，因此本研究选择我省放疗开展较为成熟且物理师水平高的7家医疗机构，同时7家医疗机构均参与了IAEA以往的项目剂量验证研究工作[8-9]。7台医用直线加速器的型号、配置的MLC型号和调强方式、治疗计划系统(TPS)型号、计算算法等相关信息列于表 1。CT模拟定位机型号和扫描条件等相关信息列于表 2。
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表 1 湖北省7台医用直线加速器特性参数 Table 1 Specifications of 7 medical linear accelerators in Hubei province |
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表 2 湖北省7台CT模拟定位机特性参数 Table 2 Specifications of 7 scanners in Hubei province |
2.材料：IAEA提供的IMRT专用聚苯乙烯固体模体，密度1.04 g/cm3，尺寸15 cm×15 cm×15 cm，设有特殊插入式结构，可在该模块平面中心处放入热释光剂量计(TLD)和胶片。TLD圆柱形剂量计，长2.5 cm，直径0.5 cm，内装有LiF(Mg，Ti)粉末。胶片型号：EBT3(美国ASHLAND公司)，照射后直接成像，免冲洗。
3.方法：模拟临床上常用的头颈部肿瘤IMRT计划开展验证研究，严格按照中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所要求的统一方法[5]与流程开展试验。首先用CT模拟定位机扫描IMRT专用聚苯乙烯固体模体，模体表面与左右侧
中心位置分别粘贴定位铅点，设置CT机架角度归零，激光线对准各铅点位置，用最小剂量约1 mGy实施扫描；同时模体两侧放置2个TLD，作为模体测量CT扫描产生的微小剂量，扫描条件选择头颈部条件，层厚≤3.0 mm，千伏与毫安秒为临床常用值，将CT影像传输至TPS，影像数据在TPS中建立坐标系，分别勾画PTV、OAR(包括上段与下段)，共4个TLD，TLD长20 mm，直径3 mm，PTV的处方剂量限制4.00 Gy，靶体积95%保证2.00 Gy处方剂量，< 1%的靶体积应得到93%的处方剂量。危及器官最大处方剂量≥1.40 Gy，在计划中的任何位置最大剂量≤2.20 Gy。将TLD和胶片分别放置于模体内，对模体按TPS计划实施IMRT照射。模体安装见图 1。照射后的胶片与TLD邮寄至中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所二级标准剂量学实验室测量和估算。
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图 1 TLD和胶片放置在IMRT专用聚苯乙烯固体模体内 Figure 1 TLD and film placed in a polystyrene solid phantom for IMRT |
2、结果
1.TLD测量靶体积剂量结果：列于表 3。按IAEA要求，靶体积的TLD测量与TPS计划处方剂量相对偏差为±7.0%。表 3结果显示，7台加速器TLD测量与TPS计划靶体积上段和下段处方剂量均在IAEA要求的相对偏差内。
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表 3 湖北省7台医用加速器TLD测量与TPS计划靶体积剂量结果 Table 3 Comparison of TLD-measured and TPS-planned PTV doses for 7 medical accelerators in Hubei province |
2. TLD测量危及器官剂量结果：列于表 4。按IAEA要求，危及器官的TLD测量与TPS计划处方剂量相对偏差为±7.0%。表 4结果显示，5台加速器TLD测量与TPS计划OAR上段和下段处方剂量均在IAEA要求的相对偏差内，2台加速器TLD测量与TPS计划处方剂量相对偏差超出±7%，不符合要求。
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表 4 湖北省7台医用加速器TLD测量与TPS计划危及器官剂量结果 Table 4 The results Comparison of TLD- measuremend and compared with TPS- planned for OAR doses for 7 medical accelerators in Hubei province |
3.胶片测量二维剂量分布通过率结果：按IAEA要求，TLD测量与TPS计划二维剂量分布3 mm /3%通过率应≥90%，即剂量偏差≤3%，距离偏差≤3 mm，二维剂量分布归一到PTV的TLD测量剂量，剂量阈值设置为10%，由于≤10%为低剂量区，即射野外的剂量，不予以考虑，因此按照3 mm /3%要求通过率>90%视为合格。7台医用加速器二维剂量分布3 mm/3%通过率分别为91.6%、98.9%、98.3%、90.4%、98.2%、94.9%、90.3%，均合格。
3、讨论本研究结果显示，全省选择了7台加速器开展IMRT剂量验证，7台加速器的PTV相对偏差与二维剂量分布通过率均满足IAEA设定的限值要求，对于OAR相对偏差，则有2台医科达加速器OAR的TLD测量值和TPS计划值的相对偏差超出±7%，分别是1号加速器OAR上段8.6%，7号加速器OAR下段-8.2%；其余5台满足IAEA设定的限值要求。引起IMRT剂量偏差的因素较多，从CT模拟定位扫描[10]，TPS型号版本[11]、计算法、计算网格[12]、靶区勾画、剂量设定及小野输出因子[13-14]，加速器MLC叶片数量与构建方式、MLC叶片到位精度与透射率[15-16]，CT模拟定位机或加速器激光定位精度等因素[17-19]等均存在一定的相关性。1号和7号加速器OAR的TLD测量与TPS计划处方剂量相对偏差超出±7%，在IAEA第8步多叶光栅野光子线束吸收剂量和二维剂量分布验证研究中同样存在不同程度的剂量偏差，笔者分别同1号和7号医疗机构的物理师讨论并查找原因，分析偏差产生的原因可能是1号和7号加速器与TPS均运行多年，未及时校对与数据更新，2台加速器较为陈旧，可能存在如小野输出因子的剂量偏差、MLC到位精度偏差等原因，另外TPS软件数据处理包括插值、角度校正及分析方法也会存在差异，在做靶区勾画时，如果等中心点位于高剂量梯度区、射野边缘或者射野外也可能导致剂量偏差超出±7%。建议医疗单位在开展IMRT前，应协同设备厂家工程师对CT定位系统、IMRT关键部件、TPS等进行系统的检查，了解各系统运行现状、存在的问题以及局限性，建立严格的IMRT剂量验证质量控制的操作规程，进而保障实施IMRT精确性与安全性。
目前，开展IMRT技术的医疗机构，采用的IMRT质量控制方法不尽相同，主要有点剂量验证法和二维剂量验证法。点剂量验证法常用的测量工具电离室、半导体探测器等，其中最常用的是0.6 cm3电离室，而在IMRT治疗的7个子野中，最小照射野为1 mm×1 mm或更小。如用0.6 cm3灵敏体积的电离室测量小照射野吸收剂量是不合适的，剂量偏差较大[20]。二维剂量验证法常用的测量设备，半导体阵列、电离室阵列、电子射野影像系统(EPID)等，半导体阵列、电离室阵列与电子射野影像系统EPID都具有高效、稳定、快捷等优点，但也存在剂量精度不足，探测器检定与校准，照射野尺寸局限、低梯度剂量响应差，设备价格昂贵与维修不便等缺点。由于IMRT计划中剂量梯度陡峭和多个子野出现，应该使用直径 < 2 mm的电离室测量。
IAEA放疗剂量核查研究第8步主要目的是IMRT多叶光栅野光子线束吸收剂量和二维剂量分布验证研究，完成在照射野5 cm×5 cm条件下实施IMRT计划；本研究则在第8步基础上开展IAEA放疗剂量核查第9步，采用7个更小的照射野，照射野面积均小于5 cm×5 cm，其主要目的是用TLD和胶片，验证临床开展IRMT的靶体积、危及器官剂量及二维剂量分布传递的精确度；与第8步相比，第9步增加了一定的试验难度，发现IMRT不同面积的小照射野实施过程中真实的剂量精度偏差。TLD用于放射治疗剂量质量核查，方法成熟[19]，具有灵敏度与稳定性高、线性范围广、能量响应好等优点。EBT3胶片则具有免冲洗，明室处理，可同时测量一个平面内所有点剂量，宽剂量范围，高空间分辨率等优点。TLD和EBT3胶片易于保存与邮寄，该质量控制方法优于目前单纯的点剂量或二维剂量测量。研究实施过程中，项目人员和医疗机构物理师深入探讨了IMRT质量控制的技术特点，提高了IMRT技能水平，对于下一步IMRT剂量偏差原因的排查与解决，具有指导性意义。综上，该方法适于医疗机构与监督机构开展剂量质量核查，可以作为一种通用的IMRT技术常规质量控制方法推广应用。
利益冲突 全体作者无利益冲突，排名无争议，未因进行该研究而接受任何不正当的职务和财务利益
作者贡献声明 孙刚涛负责现场验证实验和论文撰写；周文珊、叶松协助现场实验完成；薛娴负责课题研究过程中的现场指导，测量和估算照射后胶片的二维剂量分布通过率；罗素明责课题设计与验证研究过程中的技术指导
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