Truebeam与Triology加速器光子束匹配分析*

郭跃信王海洋马阳光贾 飞刘乐乐王芳娜

Truebeam与Triology加速器光子束匹配分析*

郭跃信①*王海洋①马阳光①贾 飞①刘乐乐①王芳娜①

目的:比较Varian公司Truebeam与Triology医用加速器光子束数据,探讨2台加速器6 MV和10 MV光子束射束匹配的可能性.方法:Truebeam和Triology加速器安装验收完成后,利用IBA blue phantom 2三维水箱采集2台机器光子束数据,数据包括40 cmX40 cm射野以下的百分深度剂量、离轴剂量曲线、输出因子;对数据进行射束匹配分析.利用Ecilpse计划系统两种机器模型设计测试例和患者病例调强放射治疗计划,利用IBA公司Matrixx电离室矩阵进行验证.结果:2台机器中,6 MV-X射线对应能量,PDD差异<1%,profile差异<1%或<2 mm;射野输出因子差别<1%;测试例2台机器模型剂量误差<1%,调强患者计划验证通过率均>98%.结论: Truebeam和Triology2台医用加速器6 MV光子束可以进行数据匹配.

射束匹配;射束分析;加速器

郭跃信,男,(1966- ),硕士,主任技师.郑州大学第一附属医院放射治疗部.研究方向:肿瘤精确放射治疗中的质量保证和质量控制.

[First-author's address] Radiotherapy Department, The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China.

Truebeam医用加速器是Varian公司新型放射治疗设备,Triology是其C系列中高端图像引导放射治疗(image guide radiation therapy, IGRT)设备,本研究对科室内部安装的这2台设备的光子束验收数据进行分析,分别采用2台机器模型在Eclispe计划系统中设计测试例和患者调强放射治疗计划,进行验证以发现这2台设备6 MV和10 MV射束剂量学匹配的可能性.

1 材料与方法

1.1 仪器设备

Truebeam医用加速器为瓦里安公司新型放射治疗设备,可以产生未均整射束(flattening filter free, FFF)和传统的均整射术.6 MV-FFF射束最高剂量率为1400 MU/min,10 MV-FFF最高剂量率为2400 MU/min;机头设计具有以下特点:①初级准直器较以前型号稍厚,射束跌落尖锐;②使用反反向均整器,降低了剂量对射野大小的依赖[1].此型加速器可以产生6 MV、6 MV-FFF、8 MV、10 MV、10 MVFFF以及15 MV光子束射线.

Triology加速器机头采用较小的独立均整器设计,可以产生6 MV(1000 MU/min)和10 MV两档高能光子束射线.2台机器在安装后依据制造商提供的验收手册进行验收,保证机器的机械性能和剂量学特性都满足标准.

1.2 数据采集工具

德国Iba blue phantom 2三维水箱及其软件OmniPro-Accept7.4,CC13和CC01电离室探测器;Origin 8.0数据分析软件.

1.3 采集数据内容

光子线数据采集依照Varian公司安装验收手册的要求来进行,包括40 cmX40 cm射野以下的百分深度剂量(percent depth dose, PDD)、射束离轴剂量曲线和输出因子.

1.4 治疗计划系统测试

利用Eclispe计划系统分别设计一系列测试例,利用AAA算法分别对测试例使用Truebeam和Triology机器模型进行剂量计算,以Triology结果为参考计算两者的差值百分比;选择1例鼻咽癌、1例宫颈癌设计调强放射治疗计划,选择这2台机器计算模型进行计划优化和剂量计算,利用IBA的Matrixx电离室矩阵进行剂量验证并对两者的绝对量γ通过率进行分析.

2 结果

2.1 光子线开野PDD

2台加速器光子线为6 MV和10 MV,采用模体固定源皮距离(source skin distance,SSD)测量方法,SSD为100 cm,测量深度为35 cm.测量的射野面积为4 cmX4 cm、10 cmX10 cm及40 cmX40 cm.不同射野PDD分别相对于最大剂量深度Dmax进行归一.从PDD曲线上分析Dmax深度和水下10 cm处的PDD,以及由此确定的射线能量.射线能量组织模体比(tissue phantom ratio,TPR)用TPR20/10表示,TPR20/10=1.2661 PDD20,10-0.0595[2]. PDD20,10指的是PDD在水下20 cm与10 cm的比值.误差%=PDDTruebeam-PDDTrilogy/PDDTriology,标准测量深度时的数据见表1.

2.2 光子线开野profile曲线

开放野profile在Dmax点和水下10 cm处测量, SSD为100 cm,被测野的面积为:10 cmX10 cm、40 cmX40 cm,测量方向为cross-plane.然后对射野中心轴的100%进行归一,对射束profile曲线之间的差异采用DTA分析方法,而对DTA的进一步分析用γ分析[3].Profile采样点为空间内1 mm,γ分析标准为剂量差异2%,DTA为1 mm.

将测量profile曲线叠加在一起,发现10 cmX10 cm射野,Truebeam和Triology加速器profile曲线近乎重合,40 cmX40 cm间稍有差异.6 MV和10 MV Profile曲线上半影区平均γ误差分别为0.37和0.31; Profile曲线上射野外平均γ误差分别为0.41和0.56.

半影分析:6 MV和10 MV光子束,照射野10 cmX10 cm和40 cmX40 cm,Truebeam和Triology半影基本相同,见表2.

2.3 开放野输出因子(MU)表output factor

测量条件为源～探头距离100 cm,探头位于水下5 cm.测量野的长宽为:3 cm、4 cm、6 cm、8 cm、10 cm、12 cm、15 cm、20 cm以及30 cm、最大整数边长(40 cm)的任意组合.6 MV-X射线输出因子比较如图1所示,10 MV-X射线输出因子比较如图2所示.

图中显示,Truebeam加速器的射野输出因子较Triology稍大,但差别<1%.

图1 6 MV putout factor比较曲线图

图2 10 MV output factor 比较曲线图

表1 Truebeam和Triology能量匹配分析

表2 Truebeam和Triology加速器profile曲线分析

表3 TPS计算及测试结果

治疗计划计算及Matrixx验证结果见表3.

3 讨论

成功进行放射治疗的前提是必须能够传递到患者准确的放射剂量,剂量传递过程中5%的差异就会导致肿瘤控制率10%～20%的变化和正常组织20%～30%出现放射副作用的可能性[4].因此必须保证放射治疗链条中的每个环节,从靶区和危及器官的勾画、吸收剂量计算、患者摆位到加速器出束,误差都必须符合要求,有作者提出必须满足剂量处方点的误差≤3.5%,整个计划靶区其他点的剂量误差≤5%,才能满足患者靶区剂量的准确[5].

射束匹配是指不同加速器间的剂量学特性相同或接近相同,射束匹配的条件是基于对一定的几何体积中所测量的PDD、profile曲线进行分析,这些数据的基本特征满足一定的标准.另外一个要求是治疗计划计算的剂量必须是相同或是相近.关于射束匹配及其概念许多作者都做了有益的研究,满足射束匹配加速器的好处是显而易见的,可以极大提高单位里不同机器间患者治疗的灵活性和效率,因为射束匹配的机器患者的治疗计划不需要任何变更,因此在同时购置多台加速器的单位,推荐购买厂商确定可进行射束匹配的加速器[6].

瓦里安Truebeam加速器是一款新型设计的放射治疗设备,与以前型号相比,最大的特点是可以产生均整和非均整射线,Triology加速器是具有图像引导功能,可以完成容积弧形放射治疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)的设备,在临床中应用比较广泛.根据瓦里安公司制定的规程,clinic机器和Triolog机器可以进行射束匹配[7].瓦里安的产品说明书中描述了射束匹配的概念和数据分析方法,射束匹配的概念也一直是许多文献中探讨的主题[8-10].

本单位varian公司的Triology和Truebeam加速器在装机时,并未要求按照射束匹配标准进行调试,只是在对机器采集数据后对2台机器的剂量学参数进行了分析.PDD曲线:①6MV光子线,标准射野最大剂量深度Dmax:Truebeam: 1.53 cm,Triology: 1.50 cm,差别为0.02%;PDD10:Truebeam: 66.4,Triology:66.4,两者数据完全一致; TPR20/10,Truebeam:0.133,Triology:0.136,射线质的相对误差为2.2%;②10 MV光子束,标准射野Dmax:Truebeam:2.26 cm,Triology:2.13 cm,差别为6.1%,偏差较大; PDD10:Truebeam:73.5, Triology:73.2,相对误差为0.4%;10 cmX10 cm标准射野,TPR20/10,Truebeam:0.199,Triology: 0.204,射线质的相对误差为2.45%.

将Profile曲线叠加在一起比对分析,发现6 MV-X射线和10 MV-X射线的profile曲线,10 cmX10 cm,40 cmX40 cm射野都接近重合,只是在射野边缘有些差异,但差异<1%.这与有些作者[6]的研究是相似的.

对射野输出因子的比较可以发现,Truebeam加速器数据的平均值较Triology大,但≤1%;并且数值变化量随射野大小变化较小,可能的原因是Truebeam加速器机头设计中反反向准直器的应用,以及机头结构中其他的变化.

对治疗计划系统进行测试,设计的一系列的测试例分别用Truebeam和Triology加速器模型应用AAA算法利用6 MV-X射线进行剂量计算,在测试条件为SSD=90 cm,水下d=10 cm,所有测试例的误差<1%;对真实患者的IMRT计划用IBA电离室矩阵Matrixx进行剂量验证,所选的1例鼻咽癌,1例宫颈癌,绝对量验证结果γ通过率全部在98%以上.

4 结语

6 MV-X射线Truebeam加速器数据与Triology有些差异,但差异在3%以内,故可以进行射束匹配.

[1]Beyer GP.Commissioning measurements for photon beam data on three TrueBeam linear accelerators,and comparison with Trilogy and Clinac 2100 linear accelerators[J].J Appl Clin Med Phys,2013,14(1):273-288.

[2]Followill DS,Taior RC,Tello VM,et al.Anempirical relationship for determining photon beam quality in TG-21 from a ratio of percent depth doses[J].Med Phys,1998,25(7Pt 1):1202-1205.

[3]Low DA,Harms WB,Mutic S,et al.A technique for the quantitative evaluation of dose distributions[J].Med Phys,1998,25(5):656-661.

[4]Chetty IJ,Curran B,Cygler JE,et al.Report of the AAPM Task Group No.105:Issues associated with clinical implementation of Monte Carlo-based photon and electron external beam treatment planning[J].Med Phys,2007,34(12):4818-4853.

[5]Wambersie A.What accuracy is required and can be achieved in radiation therapy (Review of Radiobiologic and Clinical Data)[J]. Radiochimica Acta,2001,89(4):255-264.

[6]Sarkar B,Manikandan A,Roy S,et al.SU-ET-68:Beam Matching of Linear Accelerators by Using Mathematical Functions.Med[J]. Phys,2011,38(6):3501-3501.

[7]SjöströmöD,Bjelkengren U,Ottosson W,et al.A beam-matching concept for medical linear accelerators[J].Acta Oncol,2009,48(2):192-200.

[8]Watts RJ.Comparative measurements on a series of accelerators by the same vendor[J].Med Phys,1999,26(12):2581-2585.

[9]Cho SH,VassilievöON,SeungsooöL,et al. Reference photon beam dosimetry data and reference phase space for the 6 MV photon beam from Varian Clinac 2100 series linear accelerators [J].Med Phys,2005,32(1):137-148.

[10]Hrbacek J,Depuydt T,Nulens ASwinnen A,et al. Quantitative evaluation of a beam-matching procedure using one-dimensional gamma analysis [J].Med Phys,2007,34(7):2917-2927.

Analysis of beam matching between Truebeam and Triology linac Accelerator

GUO Yuexin, WANG Hai-yang, MA Yang-guang, et al

Objective: To find the probability of beam matching between Truebeam and Triology linac accelerator by analysis the commission data. Methods: Truebeam and Trology linac accelerator were installed in our hospital. After these two machines were installed, physicists made the commission. The data of PDD, output factor and profile were collected by IBA blue phantom 2. The data were analyzed and compared by DTA method. A series of test cases were designed and calculated in Eclispe TPS by these two machines mode, then were verified by IBA Matrixx. Results: The difference of 6 MV,corresponding beam between Truebeam and Triology was small. The difference of PDD, output factor and profile was less than 1%. The calculating difference of two machines mode in Eclispe TPS was less than 1%, the passing rate of IMRT plan verified by Matrixx was more than 98%. Conclusion: The beam of 6 MV can be matched well between Truebam and Triology linac accelerator.

Beam match; Beam analysis; Medical linear accelerator

1672-8270(2016)07-0009-04 [中图分类号] R812

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.07.004

河南省医学科技攻关项目(201403056)"利用未均整射束进行调强放疗的应用研究"

①郑州大学第一附属医院放射治疗部 河南 郑州 450052

guoyx0371@126.com

2016-02-04