中华放射医学与防护杂志  2023, Vol. 43 Issue (10): 784-790   PDF    
引用本文
祁浩, 杜翔, 杨春勇, 李圣日, 王进. 江苏省31台医用加速器输出剂量荧光玻璃剂量计核查研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2023, 43(10): 784-790, DOI: 10.3760/cma.j.cn112271-20230309-00066.
江苏省31台医用加速器输出剂量荧光玻璃剂量计核查研究
祁浩1 , 杜翔2 , 杨春勇2 , 李圣日2 , 王进1,2     
1. 南京医科大学公共卫生学院, 南京 211166;
2. 江苏省疾病预防控制中心放射防护所, 南京 210009
收稿日期: 2023-03-09
基金项目: 江苏省医学重点学科(ZDXK202249)
通信作者: 王进，Email: jinwang@jscdc.cn
[摘要] 目的 使用荧光玻璃剂量计(radiophoto luminescent glass dosimeter, RPLGD)对开展放疗的医疗机构的医用加速器输出剂量进行核查, 并评估加速器放疗剂量的准确性和RPLGD作为剂量核查工具的实效。方法 首先采用立意抽样法在江苏省抽取了放疗机构人员配合度较好及医用加速器治疗患者数量较多的3个地级市, 再采用简单随机抽样法从所选3个市的全部放疗机构中抽取了31家放疗机构, 最后每家各抽取1台医用加速器开展剂量核查。剂量核查采用RPLGD结合30 cm × 30 cm × 30 cm标准照射水箱, 在照射野10 cm × 10 cm、源距离模体表面距离为100 cm、水下10 cm中心处, 给予剂量计2 Gy吸收剂量照射。照射完成后测量并计算剂量偏差, 判断其是否在±5%的合格水平内, 并运用非参数检验方法分析不同厂家、安装年代、设区市加速器的偏差差异。结果 31家机构的31台医用加速器的相对偏差范围为-16.9% ~2.0%, 其中有28台合格, 占90.3%。随后对剂量偏差唯一超过±10%的加速器进行跟踪复查, 该机器复查的剂量偏差也在±5%内。对剂量偏差超过±5%的两台加速器使用电离室复测, 两台机器复测的剂量偏差在±3%内。此外, 非参数检验结果显示不同厂家、安装年代、设区市加速器的剂量偏差结果差异均无统计学意义(P＞0.05)。结论 江苏省此次核查加速器的剂量偏差水平与以往结果基本一致, 但与发达国家水平还存在差距。RPLGD作为输出剂量核查工具是可行的, 后续可扩大RPLGD核查覆盖面, 进一步通过剂量核查工作推动放射治疗质量发展。
[关键词] 荧光玻璃剂量计    质量控制    放疗剂量    核查    
Dosimetry audits research for 31 medical accelerators by using radiophoto luminescent glass dosimeter in Jiangsu province
Qi Hao1 , Du Xiang2 , Yang Chunyong2 , Li Shengri2 , Wang Jin1,2     
1. School of Public Health, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China;
2. Department of Radiation Protection, Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention, Nanjing 210009, China
Fund programs: Jiangsu Provincial Key Medical Discipline(ZDXK202249)
Corresponding author: Wang Jin, Email: jinwang@jscdc.cn
[Abstract] Objective To perform dosimetric audits on medical accelerators in radiotherapy institutions in Jiangsu province by using a radiophoto luminescent glass dosimeter (RPLGD) and to evaluate both the accuracy of radiotherapy doses and the effectiveness of RPLGD as an auditing tool. Methods Firstly, the purposive sampling method was used to select three prefecture-level cities in Jiangsu province with good cooperation between radiotherapy institutions and a large number of patients treated by medical accelerators. Secondly, a simple random sampling method was used to select 31 radiotherapy institutions from all radiotherapy institutions in the selected three cities. Finally, one medical accelerator was selected from each institution for dose audit. A dose audit was performed by using RPLGD combined with a 30 cm × 30 cm × 30 cm standard phantom. The dosimeter was placed 10 cm underwater in the center of a 10 cm × 10 cm field with a 100 cm source skin distance. The dosimeter was irradiated with absorbed dose of 2 Gy. After the completion of irradiation, the dosimeter was read by the reader and the deviation was calculated. The acceptance level of the present research was ±5%. A non-parametric test was used to test the significance of differences between different manufacturers, installation years, and geographic distribution. Results The dose deviation of 31 accelerators was from -16.9% to 2.0%. Of these, 28 accelerators pass the audit with pass rate of 90.3%. A follow-up audit was conducted on the only accelerator whose dose deviation exceeds±10%, also with discrepancy within ±5%. Two accelerators with a dose deviation larger than ±5% were re-measured using ionization chambers, both with dose deviation within ±3%. The non-parametric test result showed that there were no significant statistical differences in dose deviation for accelerators with different manufacturers, installation years, and geographic distribution(P > 0.05). Conclusions The levels of dose deviation for accelerators in Jiangsu province are consistent with those in the previous studies. However, there is still a difference with developed countries. RPLGD is feasible as a dose audit tool. The coverage of the RPLGD audit should be expanded to promote the quality of the radiotherapy through dose aduit.
[Key words] Radiophoto luminescent dosimeter    Quality control    Radiotherapy dosimetry    Audit    

根据2020年世界卫生组织国际癌症中心(World Health Organization-International Agency for Research on Cancer, WHO-IARC)发布的数据显示，全球新发癌症病例1 929万例，死亡病例996万例，其中中国新发及死亡人数分别占全球的24%(457万)和30%(300万)[1]。此外，按照2017年江苏省癌症数据推算，2020年江苏省新发恶性肿瘤可能已达到28.53万例[2]。目前肿瘤治疗的三大主要临床手段中，约70%的患者需要进行放射治疗[3-4]。因此，可以估算得出2020年需要接受放疗的患者已达到19.97万例。随着需求量的增长，江苏省放疗机构和设备的数量也在持续上涨。根据2019年的调查数据显示，放疗机构常用的放疗设备中使用量最多的是医用电子直线加速器，占总放疗设备数的83.1%[5]。根据相关报告显示，约40%的放疗事故会因欠剂量或超剂量照射导致伤害，甚至约1%的患者会死亡[6]。因此，为避免放疗事故的发生和提高放疗的精确度，本研究使用荧光玻璃剂量计(radiophoto luminescent glass dosimeter, RPLGD)于2022年5月至11月对江苏省31家医疗机构的31台医用电子直线加速器输出剂量开展核查。

材料与方法

1. 剂量测量系统及退火炉：本研究使用的剂量测量系统由GD-302M型棒状荧光玻璃剂量计(1.5 mm × 12 mm)和FGD-1000型阅读器组成。测量系统为日本静冈县旭日科技公司(Asahi Techno Glass Corporation, ATGC)生产。此外，本研究采用英国卡博莱特-盖罗有限责任公司(Carbolite-Gero Company Limited, Carbolite-Gero Co., Ltd.)生产的实验室高温(LHT) 5/60退火炉。复测时除采用玻璃剂量计外，还采用德国伊比亚剂量学有限责任公司(Ion Beam Applications Dosimetry Gesellschaft mit beschrankter Haftung, IBA Dosimetry GmbH)生产的FC-65G电离室和Dose2型剂量计。

2. 现场核查材料：采用与参考条件下热释光剂量计(TLD)照射相同的水箱，即30 cm × 30 cm × 30 cm的标准有机玻璃水箱。固定剂量计的照射支架由有机玻璃管和塑料托架构成，高度27.5 cm，距管顶端下方10 cm处有1个3 mm的小孔，用于嵌入玻璃剂量计。复测时，还采用40 cm × 40 cm × 30 cm的可插入电离室剂量计的标准有机玻璃水箱。

3. 核查对象：首先，采用立意抽样法从江苏省13个地级市抽取了放疗机构人员的配合度较好及放疗机构的医用加速器治疗患者数量较多的3个地级市，即南京市、南通市、常州市，再采用简单随机抽样法，从所选的3个地级市的全部放疗机构中抽取了31家放射治疗机构(南京市13家、南通市12家、常州市6家)，最后分别从每家机构中各抽取1台正常运转的医用加速器(超过1台加速器的机构采用简单随机抽样法抽取1台，仅1台加速器的机构则指定为该台)，其中1台进行了二次剂量核查，2台使用电离室进行了复测。加速器型号、厂家等详见表 1、2。抽取的31家医疗机构中，三级医院29家，二级医院2家。按类别分，综合医院26家，专科医院5家，其中肿瘤专科医院有3家。按性质分，公立医院26家，民营医院5家。最终共开展了参考条件下34条6 MV光子束的剂量学核查。

表 1 江苏省31台医用加速器输出剂量RPLGD核查结果 Table 1 RPLGD audit results of output dose from 31 medical accelerators in Jiangsu province

表 2 不同安装厂家的加速器偏差结果的比较 Table 2 Comparison of accelerator deviation results from different installation manufacturers

4. 现场核查方法

(1) 核查前准备：①剂量计准备：退火(400℃，1 h)、测读剂量计的固有前剂量、储存和封装到防水套。②发放核查表：向抽取的放疗机构物理人员发放核查表，其内容包括机构名称、加速器型号、厂家、安装年份和配备剂量仪情况。

(2) 现场核查：将照射支架固定于水箱内中心位置，加水直至恰好淹没支架顶端。最后，将放在防水套中的玻璃剂量计插入支架的小孔内。本次核查统一使用6 MV光子束进行照射，照射野为10 cm × 10 cm[均为有均整过滤器(3 flatten-filter free, 3F)的照射模式], 源距离模体表面距离(source to surface distance, SSD)为100 cm，水下10 cm中心处，照射时输出剂量率均为300 MU/min，计算输出剂量使得参考点吸收剂量为2 Gy。每台加速器一般使用3个玻璃剂量计，1个作为本底，另外2个用于照射。

5. 剂量计测量方法：送回实验室使用FGD-1000型阅读器对剂量计进行测读并记录结果。

6. 剂量偏差结果计算及判定：相对偏差(relative deviation, RD)根据以下公式计算:

$ R D=\frac{D_{\text {stated }}-D_{\text {measured }}}{D_{\text {measured }}} \times 100 \% $ (1)

式中，Dstated为机构报告值，Gy；Dmeasured为所照射的2个剂量计经修正后的读数平均值, Gy。-5≤RD≤5%为合格。

7. 质量控制措施：剂量测量系统使用前在137Cs标准辐照场进行校准，对10-4至30 Gy做线性刻度，刻度因子为1.077，相关系数R2为0.999。严格执行现场照射程序，不得将除照射剂量计以外的剂量计带入医用加速器机房。此外，通过红外激光线保证水箱的定位精度。

8. 统计学处理：使用Excel软件和SPSS 22.0进行数据的整理与分析。数据不符合正态分布，采用中位数和四分位间距进行统计学描述。偏态分布资料的多组比较采用Kruskal-Wallis H检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

1. 核查结果：本次核查的31台医用加速器的生产厂商、型号、安装年份以及各台机器输出剂量的相对偏差结果，详见表 1。所有参与机构均配备了剂量测量仪。从表中结果可看出，31台加速器首次核查的剂量计测量结果与医疗机构报告值间的偏差范围为-16.9% ~2.0%。加速器剂量偏差结果的中位数、四分位间距见表 2~4的合计行。此次核查总合格率为90.3%，其中偏差在±3%内的占74.2%，偏差在±3%~±5%内占16.1%，偏差在±5%~±10%的占6.5%，有1台的偏差超过了±10%。随后对剂量偏差超过10%的这台加速器进行了现场调研，了解第1次核查时的参数条件并与该机构工作人员讨论不合格的重点原因。经纠正及二次核查后，其偏差结果也在±5%内。对于偏差超过±5%的两家机构也进行了访问，并且直接使用了Dose2电离室剂量计进行现场复测，两家机构经过电离室复测后的结果在±3%以内。

表 3 不同安装年代间的加速器偏差结果的比较 Table 3 Comparison of accelerator deviation results between different installation years

表 4 不同地区间的加速器偏差结果的比较 Table 4 Comparison of accelerator deviation results between different regions

2. 不同厂家的加速器偏差结果比较：本研究中核查的加速器生产厂家主要包括美国瓦里安、瑞典医科达、德国西门子。核查结果见表 2。由表 1和2可以看出，厂家为瓦里安的加速器中有2台不合格，剂量偏差分别为-6.3%和-5.3%；厂家为医科达的加速器剂量偏差有1台不合格；厂家为西门子的加速器全部合格且偏差都在±3%以内。经Kruskal-Wallis H非参数检验，医科达、瓦里安、西门子3个生产厂家的加速器相对偏差间的差异并无统计学意义(P＞0.05)。

3. 不同安装年代间的加速器偏差结果比较：本研究将加速器按照安装年代可分为以下4组：3年以内、3~5年、5~10年、10年以上。核查结果见表 3。由表 1和3可以看出，3年以内组的剂量偏差均在±5%以内；3~5年组中有1台加速器偏差超过了±5%；5~10年组中有2台不合格，剂量偏差分别为-6.3%和-16.9%；10年以上组均合格且偏差都在±3%以内。经Kruskal-Wallis H非参数检验，安装年份在3年内、3~5年、5~10年、10年以上4组间的加速器相对偏差间的差异无统计学意义(P＞0.05)。

4. 不同设区市间的加速器偏差结果比较：本次核查的机构主要分布在以下3个市：南京市、常州市和南通市。核查结果见表 4。由表 1和4可以看出，南京市、常州市、南通市各有1家机构的1台加速器不合格，偏差超过了±5%。经Kruskal-Wallis H非参数检验，放疗机构所在的南京市、常州市、南通市3个市的加速器相对偏差间的差异无统计学意义(P＞0.05)。

5. 采用文献检索法得到相关文献，并与上述核查结果比较：本次在江苏省使用RPLGD核查的31台加速器合格率和2007年参与的TLD国际比对结果[7]一样均高于90%，与10年来其他省份[8-10]的合格率结果也基本一致。此外，其结果也略高于2009年上海市[11]迄今在国内仅有的一次使用玻璃剂量计核查的结果。然而，此次核查的合格水平距发达国家[12-13]还存在差距(95%以上)，特别是已成功推行RPLGD核查的日本[14]、韩国[15]，也低于日本在亚洲核合作论坛(Forum for Nuclear Cooperation in Asia, FNCA)11个国家[16]开展试点的RPLGD核查合格率。比较结果详见表 5。

表 5 江苏省2022年RPLGD核查结果与国内外比较 Table 5 Comparison of the 2022 RPLGD audit results in Jiangsu province with domestic and foreign results

讨论

1969年起，国际原子能机构(IAEA)开始联合世界卫生组织(WHO)使用价格便宜、邮寄方便的TLD开展全球范围内的长期邮寄剂量核查服务[12, 18]。直到2017年，IAEA使用了新型的RPLGD替代传统的TLD开展放疗剂量核查[19]。该剂量计相比于TLD，其优点在于可重复测读、更宽范围的剂量线性、较低的长期衰退性等[14, 20-22]。因此，本研究也首次采用该新型剂量计对江苏省的医用加速器进行了剂量核查。

本研究核查的31台加速器的输出剂量合格率为90.3%。与以往结果的比较说明，此次核查加速器的放射治疗输出剂量合格率总体水平与过去研究结果较为接近。此外，本研究还显示，不同生产厂家、安装年代、设区市组别间的输出剂量偏差差异无统计学意义。特别是在安装年代上，10年以上组的8台加速器全部合格并且都在±3%以内。这表明高运行年数的加速器依然可以维持比较好的运行状态和剂量准确性。

根据国际放射防护委员会(ICRP)第86号报告[23]，造成远距离放疗意外照射事故的原因主要来自以下6个方面：设备软硬件问题、设备维护方面问题、机器输出剂量检测校准方面问题、治疗计划系统方面问题、模拟治疗问题、摆位和治疗实施方面问题。而导致事故发生的最主要原因就是输出剂量检测校准方面的问题，所以对放疗剂量质量保证的关键环节就是剂量的独立核查。在首次核查后，对偏差超过10%的机构进行了跟踪访问，查明其不合格的原因是：该机构工作人员误将所需的照射剂量“2.000 3”看成“2.300”，从而导致经计算后操作机器输出了较高的跳数(MU)。最后，对其机器的错误进行纠正并开展二次剂量核查。对超过5%的两家机构，也进行了访问，并利用电离室进行复测，复测的偏差值在±3% 以内，分析第1次不合格的原因可能是由于剂量核查时机器本身不稳定的状态造成的剂量偏差增大。通过对上述3家机构出现的机器不合格的原因分析，不难发现，仍有工作人员在剂量问题上并未如预期般谨慎对待，对机器的质量控制检测也未必如期进行。因此，建议相关部门定期对放疗工作人员进行与放疗安全有关的知识宣讲，提高他们对放疗风险的防范意识。

根据欧洲放射治疗与肿瘤学学会和欧洲质量保证网(European Society for Radiotherapy and Oncology/European Quality Assurance Network, ESTRO/EQUAL)的规定[24]，放疗的最优剂量偏差应在±3%以内。本次核查的加速器虽有较高的合格率，但仅74.2%的加速器的剂量偏差在±3%内。由此可见，江苏省在放疗输出剂量的质量控制上仍有待进一步提高。为了进一步提升放疗剂量的准确性，今后可采取以下改进措施：①合理地增加各个机构核查使用的玻璃剂量计的数量，或者在测量前筛选出均匀性较好的剂量计，因为棒状的RPLGD与粉末状的TLD相比，每个RPLGD的灵敏度不同，可能会导致RPLGD测读时出现误差[19]，从而对剂量偏差的结果产生影响。②推动基于水吸收剂量标准的TRS-398(Technical reports series No.398)测定方案[25]的实施。自2000年起，IAEA开始采用TRS-398测定方案替代之前基于空气比释动能标准的TRS-277(Technical reports series No.277)测定方案[26]对放射治疗剂量进行测定，以减少因修正因子过多而引起的剂量测量不确定度。经过本次调查发现，这31家机构至今还在使用基于TRS-277报告内容制定的JJG5 89-2008《医用电子加速器辐射源检定规程》[27]，这与目前江苏省甚至全国无法建立水中吸收剂量的测定方法有关[28]。不过目前，TRS-398测定方案已在其他国家推广开来，比如2003年引入该方案的英国[29]，早在8年前就将放疗剂量偏差控制在最优水平以内，仅±2%。③对在保证放疗剂量准确性方面扮演重要角色的医学物理师给予足够的重视[30-32]。这次不合格机器的复查结果显示，其不合格都是由人为因素所导致的，由此可见，物理师的技术水平对于保证放疗剂量的准确性，也是至关重要的。然而，目前国内存在三级医疗机构中的物理师水平参差不齐、部分医疗机构中的物理师工作负荷过重、基层医疗机构中的专职物理师缺乏的现象。因此，应加强医学物理人才的培养、对在岗的物理师定期进行培训、提高物理师的工资待遇，并建立专门的物理师职称晋升机制。④IAEA发布的1969-2018年的全球核查数据显示，加速器的合格率从最初的50%左右，上升到1990年初的65%~70%，再上升到2016-2018年的约97%[12]，这说明，定期的剂量核查可以有效地提高全球放疗剂量合格水平。因此，建议在今后的放疗剂量核查工作中，扩大剂量核查的覆盖面和频率，以促进中国放疗剂量合格率的提高。⑤扩大核查项目范围，加快剂量核查网络数据库的建立。目前，美国每年都要进行一次全面的剂量核查[33]，而我国目前仅能够确保大部分放射治疗所用的高能光子束每两年得到一次核查。因此，今后随着国内经济的发展，核查项目应逐步扩展到kV级X射线、近距离放射治疗、断层治疗、质子束等领域。除此之外，江苏省还可借鉴IAEA的经验，建立剂量学核查网络(Dosimetry Audit Network, DAN)数据库[34]，以便对数据进行更好地管理，并与全国其他省份和全球的数据进行比较。⑥建议机构定期做好机器的维护保养工作[35]。这就需要机器供应商的维护团队能够在设备发生故障时，及时赶到现场维修，并按时完成日常的维护工作。

利益冲突  本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，排名无争议，文章不涉及任何利益

作者贡献声明  祁浩负责方案制定、实施研究、数据采集、整理、统计分析、论文撰写和修改；杜翔负责实施研究、数据采集、数据复核、论文指导；杨春勇和李圣日负责实施研究、数据采集、论文指导；王进负责方案制定、获取研究经费及论文指导

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