Luna-260型伽马刀输出因子的测量和分析

林鸿宇，王军良，高文超，张征召，曹井丽

中国人民解放军总医院第五医学中心（南院区） 放疗科，北京 100071

引言

伽马刀作为立体定向放射治疗的主要手段之一[1-4]，其原理是将球冠状或呈扇形排列的几十颗钴源发出的伽马射线旋转聚焦于靶区病灶内，使得高剂量集中在肿瘤上而周围正常组织可得到保护，一般给予单次大剂量的放射治疗。

Luna-260全身伽马刀是由深圳一体医疗设备有限公司研发，目前全国有四十多台Luna伽马刀在用，这是中国首创的C型臂全身伽马刀，由于设备C轴是个半圆，形似一枚月牙，又被称为“月亮神”伽马刀。Luna-260型全身伽马刀就是典型的扇形旋转聚焦的代表机型[5-6]，该设备有42颗放射性钴源排布在治疗头的纬度上，治疗头可沿弧形轨道做180°拉弧旋转，治疗床可垂直于月牙处于±90°位置，同时治疗床可沿X（左右）、Y（前后）和Z（头脚）轴运动，该结构保证了射线几乎可以从任意方向照射瘤体，配有6组准直器，可满足立体定向放射治疗的需求。

输出因子主要是用来定量描述模体内射束中心轴上某点吸收剂量与照射野大小的关系，定义为相同测量条件下给定点处任意照射野吸收剂量与参考射野吸收剂量的比值[7-8]。Luna-260全身伽马刀的射野为矩形准直器在等中心位置处形成的聚焦野，以6号准直器作为标准野。准直器输出因子的准确度直接影响剂量计算的准确性[9-12]，而各个准直器的输出因子差别较大，因此本研究采用不同方法对准直器输出因子进行测量并与厂家提供的输出因子进行比较，期望该研究结果能为Luna-260型全身伽马刀准直器输出因子的测量提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

Luna-260全身型伽马刀和6种型号准直器（1号6 mm×6 mm，2号8 mm×8 mm，3号14 mm×14 mm，4号14 mm×20 mm，5号14 mm×40 mm，6号14 mm×60 mm）；专用φ160 mm有机玻璃球模及电离室适配器；具有PTW-UNIDOSE静电计、PTW 31010指形电离室、PTW 60019宝石探测器、IBA cc04指形电离室、EBT3剂量胶片；采用PTW VerisoftFilmca软件和PTW Verisoft 3.2胶片剂量分析软件以及Epson V850 pro扫描仪。

1.2 方法

1.2.1 基准选择条件

在相同温度、大气压下测取各个尺寸准直器在焦点的吸收剂量，以6号准直器（14 mm×60 mm）的焦点吸收剂量归一化，计算各个准直器的输出因子。

1.2.2 探测器输出因子测量方法

将射野中心检具安装在治疗床L上并锁好，将PTW-31010指形电离室、PTW60019宝石探测器、IBA cc04指形电离室分别与相应的适配器组装完毕；将装好适配器的探测器插入φ160 mm的Luna-260伽马刀专用球模中心位置，并将球模与测量支架固定，在操作台调用检测程序将探测器送至焦点中心位置。对每组准直器出束相同时间测量3组，取平均值。

1.2.3 EBT3胶片输出因子测量方法

在60Co治疗机上对EBT3胶片进行刻度，设置条件：射野尺寸10 mm×10 mm，源皮距80 cm，固体水厚5 cm。选择0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和 5.0 Gy共12个剂量点进行刻度；将刻度胶片放置24 h后，使用Epson V850胶片扫描仪扫描，再利用PTW VerisoftFilmcal软件拟合刻度曲线。

将同一批次的EBT3胶片剪裁合适后，装入φ160 mm的Luna-260伽马刀专用球模的胶片盒中，将球模和测量支架一起固定到治疗床上，进行照射，对每组准直器出束相同时间测量3组，利用PTW Verisoft 3.2胶片分析软件获取胶片中心剂量并取平均值。

1.2.4 计划系统输出因子计算

根据计划系统内所查取的各个准直器焦点剂量率参数，通过公式(1)计算出计划系统中各个准直器的输出因子。输出因子（Output Factor，OUF）定义为输出剂量率与参考射野输出剂量率的比值，计算伽马刀输出因子时，以最大射野尺寸的6号准直器的射野为参考射野。

式中OUF为伽马刀射野输出因子，x为准直器型号，D为剂量率，即单位时间内的输出剂量。

2 结果

通过四种测量方式来测量Luna-260伽马刀的输出因子，均以6号准直器为基准归一，分别与计划系统内输出因子比较，如图1所示，准直器的尺寸大于14 mm×14 mm（3号准直器）时，各种方式测得的输出因子差别不大，趋于一致，最大的误差为-0.9%（表1）；准直器的尺寸小于14 mm×14 mm（3号准直器）时，各种方式测得的输出因子的差别较大；特别是最小射野的1号准直器（6 mm×6 mm）的测量结果，使用PTW 31010指形电离室测得的误差为-72%，PTW 60019宝石探测器测量和EBT3胶片测量的结果误差为-15%～-13%（表1）。三种探头的基本参数，见表2。

图1 各种测量方式得到的输出因子

表1 各种测量方式得到的输出因子

表2 三种探头的基本参数

3 讨论

射野输出因子是放射治疗计划系统计算模型建立的重要数据之一，这与实际的治疗效果息息相关，以往因输出因子测量不准确造成的放疗事故屡见不鲜，究其原因多为物理师采用了不恰当的测量方式。伽马刀的剂量学特点（射野小、焦皮比高、剂量梯度大、射野半影小）对于放射治疗来说有着独特的优势。其中，伽马刀的剂量学测量属于小野测量，测量工具的选择直接关系着测量结果的正确与否。使用目前常用的指型电离室和半导体探测器测量小野时，由于尺寸不合适往往会造成结果偏差，造成这种偏差的原因主要有三个主要因素：① 平均容积效应[13-15]；② 灵敏体积内介质与测量介质不等效造成的通量和能谱的扰动；③ 中心收集极和壁室材料与测量介质不等效造成的扰动。当照射野很小时，部分源被准直器遮挡，从而改变了射线能谱，使得射束平均能量变高[16]，使得次级电子的射程变大。当次级电子的射程接近或者超过照射野的尺寸时，将打破侧向电子平衡。由于侧向电子不平衡，过大体积的探头会测量周围低剂量从而导致测量结果小于有效测量点的剂量，这就是平均容积效应。探头灵敏体积内的介质为空气时，其密度远小于测量介质，次级电子进入到灵敏体积内时，由于沉积于灵敏体积内的次级电子数量较少，会形成注量扰动，造成测量结果偏低。Luna-260全身伽马刀的射野为矩形野，呈正方形或长方形，见图2。用电离室测量时，应保证测量精度放置方向与射野长边方向一致。

图2 准直器照射野

对于4～5号准直器，几种测量工具的测量结果是一致的，随着射野变小测量结果相差越来越大。分析原因为准直器尺寸越小，其剂量分布曲线坪区越窄，图3～5给出了1～3号准直器的离轴比曲线。

图3 1号准直器X-Z平面中X方向剂量曲线

图4 2号准直器X-Z平面中X方向剂量曲线

图5 3号准直器X-Z平面中X方向剂量曲线

袁继龙等[17]利用伽马刀厂商技术文档的相关参数，建立Luna全身伽马刀蒙特卡罗模型，模拟计算得到输出因子，其结果在3%的偏差范围内，蒙特卡罗模型计算出的输出因子与厂商提供的输出因子有很好的一致性。所以测量Luna-260伽马刀各个射野输出因子结果存在的偏差是由于各种实际测量方法的缺陷导致的。PTW 31010和IBA cc04探头的有效测量体积分别为0.125和0.04 cm3（表2）。用1～3号准直器测量时，电离室在射野中心轴时，灵敏体积不能完全被覆盖，侧面电子不平衡，导致测量结果不准确[18-19]。射野越小，测量结果相差越大，PTW 30010和IBA cc04探测器测量8 mm×8 mm的射野时，得到的输出因子与计划系统的偏差为-48%和-13%；测量6 mm×6 mm的射野时，偏差增长到-72%和-34%；电离室灵敏体积越大测量结果相差越大。PTW60019宝石探测器的灵敏体积为0.004 cm3，灵敏体积很小，所以这类探测器体积效应产生的影响很小，但灵敏体积介质的密度与测量介质（有机玻璃）不一致，也使得测量结果产生偏差[20]，在测量过程中探测器灵敏体积与射野中心的微小机械偏差也会对测量结果有着巨大的影响[21]，从而导致PTW 60019在测量最小的6 mm×6 mm射野时，结果偏差为-13%。EBT3胶片剂量计分辨率高，不受温度、气压等外界环境影响，EBT3胶片剂量计是常用的剂量测量工具，因应用烦琐，测量结果受胶片刻度、扫描条件、胶片分析等多种因素的影响，虽不适用小野的绝对剂量测量，但用于小野的相对测量结果较为理想。

综上所述，小野输出因子测量时，测量介质与探测器收集极密度不一致及侧向电子不平衡等因素，均会导致测量结果不佳。常规探测器测量Luna-260全身型伽马刀时，不仅需要根据射野大小选择合适尺寸的探测器[22]还需要高精度的质量控制和相关的射野修正因子修正[23]，利用PTW宝石探测器60019和EBT3胶片剂量计测量可得到较准确的结果。