图像引导多源γ射束立体定向放射治疗临床测试

毛 凯，王宗烨，康静波

图像引导多源γ射束立体定向放射治疗临床测试

毛 凯，王宗烨，康静波

目的介绍图像引导的体部多源γ射束立体定向放射治疗系统性能测量。方法应用深圳市奥沃医学新技术发展有限公司生产的体部多源γ射束立体定向放射治疗系统及江苏瑞尔医疗科技有限公司的图像引导放射治疗定位系统，采用PTW-UNIDOS剂量仪、PTW 0.6 cc电离室、PTW 0.125 cc电离室、PTW 0.015 cc电离室、PTW-TW60008半导体探测器、EPSON 10000XL背透光扫描仪、EBT2免冲洗放疗胶片，测量γ射束立体定向放射治疗定位参考点偏差、焦点剂量率、治疗计划软件三维图像重建位置误差以及系统综合定位精度。结果定位参考点偏差Δ＝0.433 mm，焦点吸收剂量率285.5 Gy/min，三维图像重建位置误差0.8 mm，综合定位精度最大值Δ＝1.729 mm。结论该图像引导的体部多源γ射束立体定向放射治疗系统符合国家标准要求。

立体定向放射治疗；图像引导；焦点剂量率；定位精度

20世纪50年代初，瑞典Karolinska大学的Leksell教授首先研发使用γ射束立体定向放射治疗系统[1-2]。2000年后，我国也研发出自主知识产权的γ射束立体定向放射治疗系统，该系统为多源立体定向放射治疗设备，同时用多个密封放射源对一个等中心进行辐照。

放射治疗在肿瘤治疗中占有越来越重要的地位，60%～70%的肿瘤患者需接受放射治疗。图像引导放射治疗(image guided radio therapy，IGRT)是近十几年逐步发展起来的肿瘤精确放射治疗的最新理论和技术，通过先进的医学影像设备及图像处理方法对患者的病灶在治疗前和治疗中进行定位跟踪，实现对肿瘤的精确放射治疗，降低对肿瘤周边正常组织及关键器官的损伤，改善患者的治疗效果。图像引导是现代新兴放射治疗技术的基础，如立体定向神经放射外科手术、体部立体定向放射治疗(stereotactic body radiation therapy，SBRT)、图像引导调强放射治疗。

体部γ刀放疗系统，采用γ射线多元几何聚焦方式，通过精确的立体定向，将经过治疗计划系统计算规划的一定剂量的γ射线从不同方向集中射于体内的预选靶区，聚焦效应使该点产生一个γ射线高剂量区，一次性或分几次摧毁靶区内的病变组织，以达到外科手术切除或损毁的效果，而靶区周边的正常组织和关键器官仅受到很小剂量的瞬时照射，基本不受损伤。体部γ刀自诞生以来，一直沿用机械框架和体表画线相结合的传统定位技术，然而体部γ刀系统需要精确图像引导定位，以满足SBRT对精度的要求。

由江苏瑞尔医疗科技有限公司研发生产的IGPS-V型图像引导放疗定位系统，采用kV级X射线投影交角成像技术，用于体部γ刀以及其他放疗设备的精确图像引导定位。IGPS-V型系统采用的kV级X射线交角透视成像技术已成功应用于放疗中的图像引导定位多年，与电子直线加速器等多种放射治疗系统结合使用，技术成熟，临床应用广泛，大量的临床数据已证实了其有效性和安全性。美国Accuray公司的 CyberKnife目标定位系统和德国Brainlab公司的ExacTrac患者定位系统均采用类似的kV级X射线交角透视成像技术。CyberKnife和ExacTrac从2003年开始在全球得到广泛应用，到目前为止，在全球范围内已安装了近300台CyberKnife、600余台ExacTrac，已有数十万患者得到了安全、有效的治疗，并发表了几千篇技术和临床应用的学术论文。美国放射肿瘤学会和美国医学物理学家协会根据大量文献资料得到的临床应用历史数据，对SBRT的图像引导定位精度作了分析和总结，推荐符合SBRT要求的定位精度应≤1 mm。

IGPS-V型图像引导放疗定位系统，在线校正、验证患者摆位，实现图像引导体部肿瘤立体定向放射治疗。

1 材料与方法

1.1 材料 采用深圳市奥沃医学新技术发展有限公司生产的体部多源γ射束立体定向放射治疗系统、江苏瑞尔医疗科技有限公司的图像引导放疗定位系统，以及PTW-UNIDOS剂量仪、PTW 0.6 cc电离室、PTW 0.125 cc电离室、PTW 0.015 cc电离室、PTW-TW60008半导体探测器、EPSON 10000XL背透光扫描仪和EBT2(美国International Specialty Products公司)免冲洗放疗胶片分别对焦点剂量率和绝对剂量精度进行测量。

1.2 方法 根据临床质量保证和质量控制要求[3]，测量定位参考点偏差、焦点剂量率、治疗计划软件三维图像重建位置误差、综合定位精度。

1.2.1 定位参考点偏差 定位参考点偏差≤0.5 mm。测量方法:①把裁剪好的胶片装入焦点测量棒的暗盒腔内，用白色透明胶带固定，在胶片上标志方向并写上编号。②将胶片平面处在X-0-Y平面，把焦点测量棒固定安装在测量支架上，预选足够辐照时间。开启直径10 mm准直器进床辐照。③辐照结束用焦点测量棒的专用扎针在胶片上扎出标志点。胶片上的小孔作为定位参考点的机械中心位置。重复以上3步，把胶片摆在X-0-Z方向进床辐照。

1.2.2 焦点剂量率 水中的吸收剂量率不应小于2.0 Gy/min。用于测量的电离室和剂量仪应满足测量条件的要求[4-12]。将直径160 mm的专用球形模体安装在定位支架上(图1)，模体中心位于定位参考点，插入电离室，使其有效测量点与模体中心重合。将专用模体随治疗床送入预定辐射位置，使用最大聚焦野，开启辐照系统进行辐照。辐照时间为t分钟，读取剂量计读数，计算焦点处相应于水中的吸收剂量Dwater。焦点处在水中的吸收剂量率DRate按式(1)计算[13]:

其中，DRate为测量时刻最大聚焦野水中焦点吸收剂量率，单位为Gy/min；Dwater为最大聚焦野时模体内焦点处水中的吸收剂量，单位Gy。

图1 专用球形测量模体实物图(左)及横断面示意图(右)

利用式(2)将测量时刻水中的剂量率转换到初装源时刻的剂量率[14]:

其中，D0Rate为初装源时的焦点剂量率，T0为初装源的日期，T1为测量日期，T1/2为放射源衰变的半衰期。对于钴-60，T1/2＝5.27年＝1 926 d。

1.2.3 治疗计划软件三维图像重建位置误差 治疗计划软件三维图像重建位置偏差≤1.5 mm。采用2个直径160 mm有机玻璃球模、测量支架。分别将2个直径160 mm有机玻璃球模放置在测量支架上和负压袋(负压袋上的球模放上N型尺)上进行CT扫描，将扫描后的图片进行治疗计划设计。计算出测量支架上球模中心的坐标与实际坐标的误差，分别计算出X、Y、Z 3个方向上3个靶区的位置坐标，按式(3)计算治疗计划软件三维图像重建位置偏差:

式中:Δ为实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的距离，单位为mm；ΔX为X轴方向实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的距离，单位为mm；ΔY为Y轴方向实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的距离，单位为mm；ΔZ为Z轴方向实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的距离，单位为mm。

1.3 综合定位精度 综合定位精度≤2.5 mm。采用一个直径160 mm有机玻璃球模、负压袋/负压床、仿真体模(海军总医院射波刀仿真体模)、N型尺。用胶片法测试，测试结果应符合企业标准中5.6.2的要求，胶片应采用低灵敏度的自显影胶片。测试步骤:

(1)把球模/仿真体模连同测量专用的空暗盒装于负压定位床的A位置，送入CT机扫描(分别用N型尺定位和激光定位)。

(2)把球模连同测量专用的空暗盒装于负压定位床的B位置，送入CT机扫描(分别用N型尺定位和激光定位)。

(3)把球模连同测量专用的空暗盒装于负压定位床的C位置，送入CT机扫描(分别用N型尺定位和激光定位)。

(4)根据CT片治疗计划系统分别采用4种方式(做4种计划)用1号准直器在靶点中心布靶:①扫描使用N型尺定位，治疗使用IGRT辅助定位；②扫描使用N型尺定位，治疗不用IGRT辅助定位；③扫描使用激光定位，治疗使用IGRT辅助定位；④扫描使用激光定位，治疗不用IGRT辅助定位。计算出该中心在患者坐标系的坐标X0、Y0、Z0。

(5)将X0、Y0、Z0经坐标转换后输出到服务器由控制机/IGRT计划软件读取。

(6)把胶片放入暗盒中，将胶片粘牢于暗盒上，并用专用扎针在胶片上扎出标志点，作为靶点在胶片上的位置，将暗盒装进球模/仿真体模中。

(7)分别把胶片、球模/仿真体模、负压袋装于治疗床上，并分别:①扫描使用N型尺定位，治疗使用IGRT辅助定位；②扫描使用N型尺定位，治疗不用IGRT辅助定位；③扫描使用激光定位，治疗使用IGRT辅助定位；④扫描使用激光定位，治疗不用IGRT辅助定位。用1号准直器进行辐照。

(8)取出胶片，测量靶点中心对辐射野中心的偏离，即为在该方向的定位偏离。把3个方向的偏离合成即得空间偏离。

取4个靶点中心与辐射野中心的距离偏离值ΔX中的最大值、ΔY中的最大值、ΔZ中的最大值按式(4)计算靶点位置总误差:

式中:Δ为实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的距离，单位为mm；ΔX为X轴方向实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的偏离最大值，单位为mm；ΔY为Y轴方向实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的偏离最大值，单位为mm；ΔZ为Z轴方向实际靶区中心与治疗计划软件重建靶区中心之间的偏离最大值，单位为mm。

2 结果

定位参考点偏差，△＝0.433 mm，小于0.5 mm，合格(表1)；焦点吸收剂量率平均值285.5 Gy/min (表2)；治疗计划软件三维图像重建位置误差(表3)；综合定位精度最大值Δ为1.729 mm，小于2.5 mm，合格(表4)。

表1 定位参考点偏差(mm)

表2 焦点吸收剂量率(Gy/min)

表3 治疗计划软件三维图像重建位置误差

表4 综合定位精度

3 结论

辐射剂量学指标测量结果满足《体部多源γ射束立体定向放射治疗系统》要求。

4 讨论

用0.6 cc电离室可准确刻度直径30 mm以上的聚焦野，能够得到准确的刻度参数[15]。湿度修正(20%～70%):Kh＝0.997；电离室照射量修正因子: Nx＝1.003；离子收集非饱和修正因子:Ks＝1；Katt为光子在电离室材料(包括平衡帽)中的吸收与散射的修正因子；Km为电离室材料非空气等效的修正因子:Katt×Km＝0.975；有机玻璃与空气的组织本领比:So，air＝1.120；扰动修正因子:Pu＝1.02；电离室中心电极的非空气等效的修正因子:Pcel＝1；水对有机玻璃的质能吸收系数:u/p＝1.03；R-cGy转换因子＝2.58×10－4×33.97＝0.876。

由于0.6 cc电离室体积过大，对于直径30 mm以下的聚焦野测量不准；用0.125 cc电离室和0.015 cc电离室，能准确测量直径30 mm以上尺寸聚焦野。胶片测量有待更深入研究。对于直径30 mm以上尺寸聚焦野，胶片测量也能测量准确；而对于直径30 mm以下尺寸聚焦野，胶片测量效果则不理想。采用半导体和电离室结合的测量方法，能较好地完成γ射束立体定向放射治疗质量控制中焦点剂量率和绝对剂量精度的测量，先用电离室测量准直径30 mm以上尺寸聚焦野的焦点剂量率和绝对剂量精度，再由高灵敏度半导体测量出各个尺寸聚焦野的输出因子，推出各个尺寸聚焦野的焦点剂量率和绝对剂量，能较好地完成γ射束立体定向放射治疗质量控制工作。

【参考文献】

[1]Leksell L.The stereotaxic method and radiosurgery of the brain[J].Acta Chir Scand，1951，102(4):316-319.

[2]Leksell L.Echo-encephalography.Ⅰ.Detection of intracranial complications following head injury[J].Acta Chir Scand，1956，110(4):301-315.

[3]冯宁远.实用放射治疗物理学[M].北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社，1998.

[4]国家安全生产监督管理局.GB 2894－1996安全标志[S].北京:中国标准出版社，1996.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 9706.1－2007医用电气设备——第1部分:安全通用要求[S].北京:中国标准出版社，2007.

[6]国家质量技术监督局.GB 9706.15－1999医用电气设备——第1部分:安全通用要求1.并列标准:医用电气系统安全要求[S].北京:中国标准出版社，1999.

[7]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 9706.17－2009医用电气设备——第2部分:γ射束治疗设备安全专用要求[S].北京:中国标准出版社，2009.

[8]国家技术监督局.GB 9969.1－1998工业产品使用说明书总则[S].北京:中国标准出版社，1998.

[9]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 191－2008包装储运图示标志[S].北京:中国标准出版社，2008.

[10]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 18987－2003放射治疗设备坐标系、运动与刻度[S].北京:中国标准出版社，2003.

[11]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.YY 0831.1－2011 γ射束立体定向放射治疗系统——第1部分:头部多源γ射束立体定向放射治疗系统[S].北京:中国标准出版社，2011.

[12]国家质量技术监督局.JJG 589－2001外照射治疗辐射源检定规程[S].北京:中国计量出版社，2001.

[13]国家质量监督检验检疫总局.JJG 1013－2006头部立体定向放射外科γ辐射治疗源检定规程[S].北京:中国标准出版社，2006.

[14]胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社，1999:538-572.

[15]毛凯，王宗烨，于修怀，等.伽玛射束头部立体定向放射治疗质量保证[J].医疗装备，2009，22(3):1-4.

热烈祝贺《转化医学杂志》入选中国科技核心期刊(中国科技论文统计源期刊)

在编委会成员、作者和读者的大力支持下，《转化医学杂志》近年来取得了长足的进步，办刊质量逐年提高。2016年10月12日在北京国际会议中心举行的“中国科技论文统计结果发布会”上，杂志经多项学术指标综合评定及同行专家评议推荐，成功入选“中国科技核心期刊(中国科技论文统计源期刊)”。

在此谨向全体编委、作者和读者表示最诚挚的感谢，希望大家一如既往地关心、支持、帮助杂志，并提出宝贵的意见和建议。杂志将以此为契机，严把质量关，提高办刊水平，突出特色，推动转化医学发展。

(本刊编辑部)

Clinical performance test for an image-guided multi-source gamma beam stereotactic radiotherapy system

MAO Kai1，WANG Zongye2，KANG Jingbo3
(1.Department of Radiation Oncology，China-Japan Friendship Hospital，Beijing 100029，China；2.Tumor Therapy Cancer Center，the 306th Hospital of PLA，Beijing 100101，China；3.Tumor Diagnosis and Treatment Center，Navy General Hospital，Beijing 100048，China)

Objective To introduce performance measurement methods of an image-guided multi-source gamma beam system for body stereotactic radiotherapy.Methods The performances of a multi-source body gamma beam stereotactic radiotherapy system(Ournewmed Co.，Shenzhen)and an image-guided radiotherapy system(Rays，Jiangsu)were tested and studied in this paper.A PTW-UNIDOS dosimeter，a PTW 0.6 cc/PTW 0.125 cc/PTW 0.015 cc ionization chamber，a PTW-TW60008 semiconductor detector，an EPSON 10000XL backlight scanner and EBT2 films were used to measure the accuracy of reference positioning point，the focus dose rate，the position error of three-dimensional reconstructed images，and the overall positioning accuracy.Results It is showed that the measurement results of radiation dosimetry index could meet the requirements of Multi-Source Stereotactic Radiotherapy System with Gamma Beam for Body Lesion.Conclusion The imaged-guided multi-source gamma beam system for body stereotactic radiotherapy could meet the requirements of national standard.

Stereotactic radiotherapy；Image guided；Focus dose rate；Positioning accuracy

R730.55

B

2095-3097(2016)06-0352-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2016.06.009

2016-06-31 本文编辑:冯 博)

100029北京，中日友好医院放射治疗科(毛 凯)；100101北京，解放军第306医院肿瘤治疗中心(王宗烨)；100048北京，海军总医院肿瘤诊疗中心(康静波)

康静波，E-mail:kjbnet＠126.com