中华放射医学与防护杂志  2022, Vol. 42 Issue (7): 511-515   PDF    
基于验证模体的第六代射波刀系统多叶光栅模式临床质量控制检测研究
于旭耀1 , 董洋1 , 王煜雯2 , 袁智勇1 , 田啸林1 , 牛泽乾1 , 陈华明1 , 王境生1 , 宋勇春1     
1. 天津医科大学肿瘤医院放疗科 国家恶性肿瘤临床医学研究中心 天津市恶性肿瘤临床医学研究中心 天津市肿瘤防治重点实验室, 天津 300060;
2. 天津医科大学肿瘤医院空港医院放疗科, 天津 300308
[摘要] 目的 设计并实现一种第6代射波刀(CK-M6)多叶光栅(MLC)模式的日常输出稳定性晨检方法。方法 将20 cm×20 cm×10 cm验证体模(Phantom), 经CT扫描后图像传入Precision计划系统, 采用Fiducial追踪方式实现加速器输出前端与Phantom表面相对固定位置的高精度对准, 设计10 cm×10 cm的MLC照射野且输出200 MU的晨检计划DailyCheck, 进行重复性、灵敏度与准确度测量, 并采用人工Fixed方式及研究所设计的DailyCheck方式对CK-M6进行1个月连续检测。结果 DailyCheck 10次重复性测量均值为492.28 pC, 标准差为0.09, 具有较好的稳定性; 测量值对系统输出剂量呈线性响应, 二者相关系数R2>0.999;当Phantom相对加速器输出前端中心位置的左右/前后方向上具有2 mm位置偏差时, 位置所引起的测量误差等效于1.24 MU的输出剂量偏差; 采用人工Fixed方式及DailyCheck方式连续测量结果均在允许限值内, 且二者具有较好的一致性。结论 通过验证体模Fiducial追踪所建立的DailyCheck晨检方式能简便、快捷、精准的实现CK-M6系统MLC模式下输出剂量稳定性的日常检测, 可广泛用于临床CK-M6系统的质量控制。
[关键词] 射波刀    多叶光栅准直器    验证体模    输出剂量    日常检测    
Verification Phantom-based clinical quality control and detection of the MLC of CyberKnife M6
Yu Xuyao1 , Dong Yang1 , Wang Yuwen2 , Yuan Zhiyong1 , Tian Xiaolin1 , Niu Zeqian1 , Chen Huaming1 , Wang Jingsheng1 , Song Yongchun1     
1. Department of Radiotherapy, Tianjin Medical University Cancer Institute & Hospital, National Clinical Research Center for Cancer, Tianjin's Clinical Research Center for Cancer, Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy, Tianjin, Tianjin 300060, China;
2. Department of Radiotherapy, Tianjin Medical University General Hospital Airport Hospital, Tianjin 300308, China
[Abstract] Objective To provide a new morning check method for the output dose stability of the multileaf collimator (MLC) of the CyberKnife M6 (CK-M6) system. Methods The CT images of a verification phantom with a size of 20 cm×20 cm×10 cm were transmitted into the Precision Treatment Planning System (ver. 1.1.1.1). The high-precision alignment between the accelerator output front and the fixed position of the phantom surface was achieved using the fiducial tracking method. A 10 cm×10 cm radiation field was formed by the MLC and a DailyCheck plan with an output of 200 MU was designed. The repeatability, sensitivity, and accuracy of the DailyCheck plan were measured, and the CK-M6 system was continuously tested for one month using the artificial fixed method and the DailyCheck plan designed in this study. Results The average and the standard deviation of 10 repeated measurements by the DailyCheck plan were 492.28 pC and 0.09, respectively, indicating good stability. There was a linear correlation between the measured values and the output dose, with a correlation coefficient of R2 > 0.999. Moreover, there was a position deviation of 2 mm between the phantom and the accelerator output front, and the result ant effect on the measured values was equivalent to a dose deviation caused by an output of 1.24 MU. The result from the continuous measurement of both the artificial fixed method and the DailyCheck plan fell within permissible limits, showing high consistency. Conclusions The DailyCheck plan established through the fiducial tracking of a verification phantom can achieve the convenient, quick, and accurate daily detection of the output dose stability of the MLC of CK-M6. Therefore, this method can be widely applied in the clinical quality control of the CK-M6 system.
[Key words] CyberKnife    Multileaf collimator    Verification phantom    Output dose    Daily check    

第6代射波刀系统(CK-M6)除了具有Fixed和Iris准直器以外,还新配备了多叶准直器(MLC),可形成不同形状的子野,实现对不规则肿瘤靶区的较高适形治疗[1-2]。高效精准的输出剂量晨检是顺利实施临床治疗的安全保证[3]。目前,CK-M6系统输出剂量晨检仍推荐采用60 mm的Fixed准直器进行人工操作测量,尚未有采用MLC模式自动晨检方法。本研究期望采用验证体模建立CK-M6系统MLC模式下自动晨检计划,实现快速、准确的系统输出剂量稳定性检测。

材料与方法

1. 材料和设备:本研究用于CK-M6系统的检测方案所需设备包括:Precision计划系统(Version 1.1.1.1,美国Accuray公司)、立体定向剂量验证体模(stereotactic dose verification phantom,美国Standard Imaging公司,体积为20 cm×20 cm×10 cm,密度1.09 g/cm3)、灵敏体积0.007 cm3的Exradin A16电离室和Supermax静电计(美国Standard Imaging公司),测量精度分别为0.1℃的温度计(gsp-8,南京精创公司)和0.01 kPa的气压表(德国Fischer公司)。

2. 测量条件及流程:CK治疗机房内温度控制在20~30℃,大气压强为100~115 kPa,相对湿度为40%~60%。检测所用A16电离室的性能指标符合相关规定要求,Supermax静电计经剂量鉴定机构校准及检定合格。

(1) 标准人工晨检方式:①确保治疗床位于初始Home位,将验证体模(phantom)放置治疗床上确保其水平,手动控制CK机械臂使加速器输出前端移动至Phantom表面的正上方,且源皮距(SSD)为75 cm。②在Phantom表面5 cm下内置孔中插入A16电离室,并与加载+300 V高压的静电计链接。③采用60 mm的Fixed准直器,系统预热(warm up)后,在校准检查界面(calibration check)使加速器输出200 MU,读取设置为低量程(low range)静电计的数值,并于基线值进行比较。

(2) 自动晨检计划设计:由于Phantom内置4枚金标的三维几何中心恰好与A16电离室灵敏体积中心相重合。因此,可以采用金标追踪方式进行Phantom与加速器输出前端的相对位置自动对准。①将插有A16电离室的Phantom进行CT扫描,扫描条件为电流400 mA,电压120 kV,层厚1.25 mm。②CT图像导入Precision系统,勾画A16电离室灵敏体积作为靶区。③采用Fiducial追踪方式设计Phantom的单一射野(single beam)晨检计划DailyCheck。④在Evaluate的Finetune界面调节MLC叶片位置,使其形成10 cm×10 cm方形射野,输出200 MU。CK-M6系统绝对剂量校准后,采用三维水箱标定加速器的输出能量,建立用于Fixed方式和MLC方式下系统输出剂量的基线值。

3. 测量重复性:系统开机预热稳定后,重复执行DailyCheck晨检计划10次,检测测量重复性。

4. 测量灵敏度:修改DailyCheck计划使其分别输出170~230 MU间隔5 MU,执行测量系统灵敏度。

5. 测量准确度:人工晨检过程中需要技师参考激光线进行Phantom摆位,可能出现相对加速器输出前端的左右及前后位置偏差。在精确摆位以后,采用手柄控制治疗床带动体模在前后/左右方向位移±20 mm间隔2 mm(其中右侧和后侧为负,左侧和前侧为正),输出200 MU进行测量,测量位置偏差对精度的影响。

6. 临床测试:利用人工Fixed方式和DailyCheck计划MLC方式进行为期1个月的CK-M6系统输出稳定性晨检测量,并于基线值进行对比。

结果

1. 系统测量重复性:重复执行DailyCheck计划的测量结果如图 1所示,从图中看出系统测量值在492.1~492.4 pC范围内波动,均值为492.28 pC,标准差为0.09,表明该测量方式所得结果稳定、可靠。

图 1 重复执行10次测量结果 Figure 1 Results from 10 repeated measurements

2. 测量灵敏度:系统输出170~230 MU,间隔5 MU,测量结果如图 2所示,测量值与MU之间具有较好的线性响应关系,线性拟合结果为:pC= 2.474 4×MU-2.486 8,拟合曲线的R2>0.999,即当CK-M6系统输出剂量具有1 MU偏差时,测量结果约差2.47 pC。

图 2 系统不同输出测量结果 Figure 2 Measured results under different MU

3. 测量准确度:Phantom相对加速器输出前端具有左右/前后位置偏差的测量结果如图 3所示,可以看出前后与左右位置偏差的测量结果具有较好的一致性,且测量曲线在两方向上具有一定的对称性:当位置偏差在14 mm以内,静电计读数随位移偏差近似线性减小,2 mm位移偏差对应约2.46 pC测量误差,等效为1.24 MU的输出剂量偏差;而当偏差≥16 mm时,2 mm位置偏差会引起>10 pC的测量误差。这是由于DailyCheck计划生成了以电离室灵敏体积中心为圆心,半径约15 mm的圆形80%等剂量区域,如图 4所示,当模体位置偏差超过这一区域时,电离室灵敏体积所受照剂量出现迅速跌落,造成测量值大幅度下降。

注:右/后方向为-,左/前方向为+ 图 3 位移偏差影响 Figure 3 Effects of displacement deviation

图 4 DailyCheck计划等剂量线 Figure 4 The isodose line of the DailyCheck plan

4. 临床测试:技师人工摆位Fixed方式和DailyCheck计划MLC方式进行为期1个月的CK-M6输出稳定性晨检与基线值的比对结果如图 5所示。从图中可以看出采用两种方式测量所得临床晨检数据均在允许限值内,且二者具有较好的一致性。

图 5 采用人工Fixed方式和DailyCheck计划MLC方式的1个月晨检结果 Figure 5 Results from the continuous measurement for one month of MLC using the manual fixed method and the DailyCheck plan

讨论

第6代射波刀(CK- M6)系统配备有多叶光栅准直器(MLC),可进行较复杂肿瘤靶区的高适形立体定向放射治疗,具有低分次、高剂量等特点[4]。因此,患者治疗计划要求具有较高的适形指数(CI)及较陡峭的剂量跌落曲线[5]。在进行临床治疗前,需要对系统进行高精度的输出剂量测量并与基线值进行比对,以确保系统输出剂量的稳定性。

国际原子能机构(IAEA)TRS-398号报告提出可采用固体水体模测量立体定向放射治疗的输出[6-7]。梁志文等[8]采用不同灵敏体积的电离室进行CK输出剂量验证,结果表明准直器孔径较大且处方剂量完全覆盖电离室灵敏体积时,测量结果不受电离室灵敏体积大小影响。本研究采用具有0.007 cm3灵敏体积的Exradin A16电离室,远小于CK-M6系统所带MLC能开的最小野(7.6 mm×7.7 mm),且研究所设计DailyCheck晨检计划中处方剂量(80%的处方剂量线)近似为半径15 mm的圆形区域,也满足了完全覆盖电离室灵敏体积的要求。

王琳[9]采用PTW公司的灵敏体积为0.125 cm3的TW31010指形电离室和UNIDOSE(webline型)静电计,进行体模放置重复性对CK绝对剂量测量影响研究,结果表明当射束全部从侧向入射时,体模放置偏差引起测量误差达5%以上。李玉成等[10]研究表明,当体模摆位误差>5 mm时,会严重降低临床患者计划检测的通过率。目前,常规CK系统日检通常需要技术员依据激光灯进行体模在治疗床左右和前后方向的摆位,然后通过手动控制机械臂使CK加速器输出激光点与体模中心相重合以保证加速器输出前端在电离室灵敏体积的正上方,这增加了医技人员日常晨检的复杂度和进入治疗机房的次数,延长了晨检时间,也容易引起人为操作误差。因此,本研究基于Standard Imaging公司验证体模建立了CK-M6系统MLC单一射束设计的Dailycheck晨检计划。技师进行日常检测时,只需要调用Dailycheck计划,系统即可通过自动识别对准4枚金标的位置,进行体模与加速器输出前端之间相对固定位置的高精度定位,从而可实现1 min内对CK系统剂量输出的精准、快速晨检。这大大降低了检测的复杂度,减少医技人员进入治疗间的次数,缩短晨检时间,提高操作精度。

综上所述,基于验证体模设计Fiducial追踪的单一垂直照射野DailyCheck晨检计划,可实现第6代射波刀(CK-M6)系统的MLC模式下输出剂量的快速、自动化晨检,通过测试可得到良好结果说明采用该方式准确、可靠。

利益冲突  本研究具有独立性与科学性, 研究设计、收集、分析和文章撰写均由本文作者共同完成, 作者间无利益冲突关系。本研究与商业机构间无财务往来

作者贡献声明  于旭耀负责设计研究方案, 收集处理数据并起草论文; 董洋、王煜雯负责射波刀计划进行优化和评估; 田啸林、牛泽乾、陈华明、王境生负责数据采集与分析; 袁智勇、宋勇春负责实验设计指导及论文修改

参考文献
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