低MU对不同加速器X射线剂量学影响的研究

王刚，王惠，张宗春

青岛市中心医院 放射物理科，山东青岛 266042

低MU对不同加速器X射线剂量学影响的研究

王刚，王惠，张宗春

青岛市中心医院 放射物理科，山东青岛 266042

目的通过研究低MU对医科达Precise、医科达Synergy、瓦里安21CX三台加速器X射线剂量学的影响，设置计划系统的优化参数。方法测量三台加速器在不同MU下输出剂量的线性、剂量分布均匀度和射线质3种描述射线束基本特性的参数。结果在1≤MU＜5时，每个MU的剂量差别≤1.9%，当MU≥5时，每个MU的剂量差别≤0.8%。MU≥3时三台加速器的平坦度、对称性、射线质误差均在允许范围内。结论不同型号加速器参数不同，低MU对加速器的影响大小是不同的，因此要定期测量加速器的启动特性。

低MU；输出剂量的线性；射野平坦度；射野对称性；射线质

0 引言

随着计算机和医学技术的发展，放射治疗技术发展突飞猛进，现今三维放射治疗已得到了广泛应用。三维适形放射治疗（Three Dimensional Conformal Radiation Therapy，3D-CRT）可以在保证靶区高剂量的基础上，有效地降低危及器官的受量。更为精确的调强放射治疗（Intensity Modulated Radiation Therapy，IMRT）是针对靶区三维形状和危及器官与靶区的具体解剖关系对束强度进行调节，整个靶区体积内剂量分布比3D-CRT更为均匀。

动态调强和静态调强是现代调强的两种主流方式，其中静态调强利用多叶光栅（Multi-leaf Collimators，MLC）将每个照射野分成若干个子野，且赋予不同的权重以达到预期的治疗效果。因此，静态调强中可能存在MU值很低的子野，低MU成为静态调强治疗中影响X线剂量学的因素之一，现基于我院三台加速器就低MU对X射线剂量学影响展开研究[1-2]。

1 材料与方法

本文采用X射线剂量学中的输出剂量线性、剂量分布均匀度和射线质三项指标来描述低MU对不同加速器X射线剂量学的影响。研究测量了医科达Precise、医科达Synergy、瓦里安21CX三台加速器，其剂量率分别为300 MU/min、600 MU/min、600 MU/min。

1.1 输出剂量线性

在加速器输出剂量校准条件下测量：SSD=100 cm，射野10 cm×10 cm，水下1.5 cm，利用电离室剂量仪（灵敏体积0.6 cm3）、IBA Dose静电计和容积为30×30×30标准水箱测量并标定上述三台加速器。分别重复测量1、2、3、4、5、7、10、15、20、30、50、100 MU时的实际剂量，重复次数为5次，计算不同MU实际照射剂量的平均值，然后以照射100 MU时得到的实际照射剂量平均值进行归一化处理，绘制MU与归一化剂量的关系曲线。

1.2 射野均匀性

射野的平坦度和对称性是用来评估射野均匀性的两大常用参数，具体测量方法分为胶片测量和矩阵测量两种。研究首先采用IBA电离室矩阵进行定性分析，电离室矩阵测量标准为源轴距SAD=100 cm，测量水下5 cm，分别选择射野大小为20 cm×20 cm。IEC规程建议当射野尺寸≤30 cm时，在射野80%范围内计算平坦度和对称性。平坦度计算公式为（Dmax-Dmin）/（Dmax+Dmin），其中Dmax和Dmin分别为最大剂量值和最小剂量值。对称性计算公式为[|Dleft-Dright|/|Dleft+Dright|]max，其中Dleft和Dright分别表示基于射野中心轴相互对称的两点的剂量值，IEC规程要求平坦度和对称性误差均≤3%。

1.3 射线质

各类加速器产生的高能X射线能谱是连续谱，最大能量可认为与加速电子打靶前的能量相同。由于高能X射线的穿透力较强，线性衰减系数随射线质变化值较小，因此高能X射线的射线质通常采用电子的标称加速电位表示。对于2～25 MV的X射线，推荐用标准照射条件源皮距SSD=100 cm，射野10 cm×10 cm下水模体中的80%中心轴脊梁深度d80，来确定其标称加速电位。所选择的X射线靶和均整器的材料、厚度等因素会影响X射线能谱，X射线质只能用反映其穿透能力的因素来表示，如用d80来确定标称加速电位的值。但此方法会因能量较高的反冲电子进入表浅部位，增加最大百分深度剂量，以致影响d80的数值。射线质的测量方法一般有两种：一是保持靶到探测器距离不变，分别以水模体中20 cm处与10 cm处的组织模体比（Tissue Phantom Ratio，TPR）比值表示；二是保持靶到模体表面的距离不变，以水模体中20 cm和10 cm处的百分深度剂量（Percentage Depth Dose，PDD）比值表示[3]。IEC剂量规程推荐采用TPR20,10作为描述射线质的参数。在加速器输出剂量校准条件下测量：SSD=100 cm，射野10 cm×10 cm，利用电离室剂量仪（灵敏体积0.6 cm3）、IBA Dose静电计和容积为30 cm×30 cm×30 cm标准水箱，分别测量10 cm深的剂量D10和20 cm深的剂量D20，通过公式TPR20,10=1.2661×D20/D10-0.0595可求得TPR20,10。

2 结果

2.1 输出剂量线性

本研究所用医科达Synergy、瓦里安21CX和医科达Precise三台加速器输出剂量的线性曲线，见图1。其中，三台加速器在1≤MU＜5时，每个MU的剂量差别≤1.9%，当MU≥5时，每个MU的剂量差别≤0.8%。

图1 三台加速器输出剂量的线性曲线

2.2 射野均匀性

瓦里安21CX、医科达Precise和医科达Synergy三台加速器输出剂量的平坦度曲线，见图2。

图2 三台加速器输出剂量的平坦度曲线

瓦里安21CX、医科达Precise和医科达Synergy三台加速器输出剂量的对称性曲线，见图3。

瓦里安21CX在输出跳数＞1 MU时平坦度和对称性误差均在允许范围内，医科达Precise和医科达Synergy在输出跳数≥3 MU时平坦度和对称性误差均在允许范围内，MU为1和2时误差较大。

图3 三台加速器输出剂量的对称性曲线

2.3 射线质

三台加速器在深度20 cm与10 cm的组织模体比TPR20,10体数值，见表1。

表1 三台加速器的组织模体比TPR20,10数值

通过分析这三台加速器的数据，可得出对于医科达Precise和医科达Synergy两台加速器，以100 MU时的PDD（10）为参考。其中医科达Precise、医科达Synergy、瓦里安21CX三台加速器的PDD（10）分别为67.5，66.9和68.2。医科达Precise在MU为1时偏差为3.7%，MU≥3时，偏差均在2%范围内；医科达Synergy在MU=1时偏差为2.9%，MU≥3时，偏差均在2%范围内；瓦里安21CX在MU=1时偏差为7.2%，MU≥3时，偏差均在2%范围内。按照《AAPM Report 13》、《ICRU Report No.24》和WHO相关文件以及国家相关标准，辐射质指数精度不能超过2%[4]，所以在MU≥3时能达到此标准。

3 讨论

2003年AAPM调强报告中提到在使用调强放射治疗的过程中需要检查每一个MU剂量的恒定值[5]。加速器内部的机械和电路问题都会影响到加速器的射线束能谱分布，因此需要定期检查不同厂家不同型号加速器低MU的剂量输出特性。校准三台加速器的输出剂量时，在二维水箱中使用IBA Dose剂量仪和0.6 cc电离室对IMRT所用的加速器进行检测和刻度，瓦里安21CX通过调整剂量检测系统得有关阈值电位器，医科达Precise和医科达Synergy两台加速器在工作站上手动输入自动控制进行调整，在标准条件下得到1 MU=1 cGy，误差＜0.1%[6-7]。

通过测量我科瓦里安21CX、医科达Precise和医科达Synergy三台加速器1～100 MU范围内输出剂量线性。我科三台加速器在1≤MU＜5时，每个MU的剂量差别≤1.9%，当MU≥5时，每个MU的剂量差别≤0.8%。对于加速器的平坦度和对称性的测量，瓦里安21CX在输出跳数＞1 MU时平坦度和对称性误差均在允许范围内。医科达Precise和医科达Synergy在输出跳数≥3 MU时平坦度和对称性误差均在允许范围内。MU≥3 时，三台加速器的射线质偏差均在2%范围内，符合国家相关标准。从测量结果可以看出，治疗计划中设定子野最小剂量5 MU是可以达到要求的。

不同厂家的加速器设计不同、加速器射线启动方式不同、剂量率有差别，因此低MU对不同加速器的影响是不同的。必须针对所使用的具体机型进行剂量学特性的测量、分析、研究，并采用合适的剂量修正方法，在使用放疗技术时才能更安全可靠。

[1]关莹,戴建荣,金大伟,等.两种调强放疗计划设计模式的比较[J].中华放射肿瘤学杂志,2007,16(2):147-151.

[2]徐英杰,符贵山,张可,等.西门子加速器x线束的启动特性[J].中华放射肿瘤学杂志,2007,16(5):38l-384.

[3]胡杰,陶建民,张莹,等.放射治疗用高能x线辐射质表示方法的比较和分析[J].中国医疗设备,2001,16(10):31-33.

[4]Ezzell GA,Galvin JM,Low D,et al.Guidance document on delivery,treatment planning,and clinical implementation of IMRT:report of the IMRT Subcommittee of the AAPM Radiation Therapy Committee[J].Med Phys,2003,30(8):2089-2115.

[5]胡逸民.放射治疗的质量保证与质量控制[M].北京:原子能出版社,1999:627.

[6]张玉海,夏火生,韩守云,等.三维治疗计划系统参数检测与剂量验证[J].中国医学物理学杂志,2007,24(3):163-165.

[7]徐云科,聂青,姜丽.医用直线加速器输出剂量测量方法的探讨[J].海军总医院学报,2006,19(2):114-116.

Study on the Effect of X-ray Dosimetry of Different Accelerators at Low Monitor Units

Objective By studying the effect of X-ray dosimetry of three accelerators,including Elekta Precise,Elekta Synergy,and Varian 21CX,this paper aimed to set up optimized parameters for treatment plan system.Methods On different level monitoring unit (MU),the research measured three basic parameters to describer X-ray characteristics: linearity of output dose,feld uniformity,and hardness.Results When 1≤MU＜5,the dosage difference of each monitoring unit was less than 1.9%;when MU≥5,the dosage difference of each monitoring unit was less than 0.8%;when MU≥3,the errors of the uniformity,symmetry,and hardness were all within the allowable range.Conclusion Different types of occelerators had different parameters,the effects of low MU on accelerators varied.Thus it was necessary to measure basic characteristics of different accelerators at regular intervals.

low monitoring unit (MU);linearity of output dose;feld uniformity;feld symmetry;hardness

WANG Gang,WANG Hui,ZHANG Zong-chun
Department of Radiation Physics,Qingdao Central Hospital,Qingdao Shandong 266042,China

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.029

1674-1633(2016)04-0111-03

2015-07-08

作者邮箱：sunnydaily@126.com