Synergy医用加速器3年输出剂量测量及其稳定性回顾分析

罗斌，李贤富，曹璐，郭飞，谢力，许鹏，阳华东

1.川北医学院附属医院 肿瘤科，四川 南充 637000；2.医学影像四川省重点实验室，四川 南充 637000

引言

国家癌症中心2019年发布的全国恶性肿瘤流行报告显示，近年来恶性肿瘤的发病率、死亡率呈逐年上升趋势，其致死率已占居民全部死因的29.31%[1]。作为恶性肿瘤放射治疗的主要设备，医用电子直线加速器的内部元器件众多、影响因素繁杂，任何细微的误差都可能导致患者的靶区在治疗过程中没有得到准确的剂量或者临近的危及器官超量，从而影响整个疗程的效果。而保证良好的加速器输出剂量校准与长期稳定性则能够在很大程度上规避上述问题的出现，这也是关乎精准放疗能否顺利实现的重要前提[2-3]。所以，为了提高患者的生存率、达到较好的生活质量，质控物理师必须严格遵守相关质量保证规程，执行标准的规范化操作。

本研究以川北医学院附属医院放疗中心使用的Synergy加速器为主要研究对象，按照AAPM TG-142、IAEA TRS-277和WS 674-2020等国内外标准的要求进行测量和评价。前后共采集了从2017年8月至2020年8月为期3年的141例周检数据，对其中的异常点进行分析并提出改进方法，确保精准放疗能够行之有效。

1 材料与方法

1.1 理论基础

国内较为常见的剂量校准单位如中国计量科学研究院和上海计量测试技术研究院虽然都隶属于IAEA/WHO所组建的二级标准剂量学实验室网，但是由于国内尚未建立水中吸收剂量标准，在医用直线加速器的输出剂量标定上一直沿用的是空气比释动能或照射量校准的方法[4]。参照IAEA TRS-277号报告的描述及要求，参考测量点处的吸收剂量Dw计算，见公式(1)。

式中，Mu—剂量仪仪表读数；ND—电离室空气吸收剂量校准因子；(SW/Sa)u—水与空气阻止本领比；Pu—扰动因子；Pcel—电离室中心收集极空气等效不完全校准因子；KT,P—温度气压校正系数。其中，(SW/Sa)u、Pu和Pcel为无量纲数值，其具体取值可根据电离室类型和射线质的不同查表求得[5]。KT,P则需要采集测量现场的温度、气压值进行计算，可表述为公式(2)[6]。

式中，P0—电离室在二级标准剂量学实验室（Secondary Standard Dosimetry Laboratory，SSDL）校准时的气压，默认值为101.325 kPa；T0—电离室在SSDL校准时的温度，默认值为20 ℃；P—测量现场的大气压；T—测量现场电离室空腔内的气体温度。

而式(1)中的关键因素ND可通过有资质单位所出具的剂量计校准证书进行设置，本研究参考的是中国测试技术研究院于2021年所给出的空气比释动能校准因子NK。具体的换算关系如公式(3)所示[7]。

式中，g—次级电子以韧致辐射所损失的能量份额，对60Co衰变产生的γ射线而言，g的取值为0.003；Katt—电离室材料对射线吸收、散射的校正因子；Km—电离室材料空气不完全等效校准因子。Katt、Km为无量纲数值，其取值也与所用电离室的类型和平衡帽材料相关，可在IAEA的277号报告中查表求得[8]。

当然，如果SSDL给出的是照射量校准因子NX，则需要按公式(4)进行和ND的换算[9]。

式中，W/e—空气平均电离能，33.97 J/C；Katt、Km的取值同上。但需要注意的是，在使用R即伦琴为照射量X的单位时，公式(4)还需乘以转换系数2.58×10-4。

所以，对于型号确定的剂量仪，除了KT,P需要现场采集数值外，其余参数的乘积都可以提前计算，也就是我们经常输入的User Factor或者K值。

1.2 实验设备及测量仪器

院内放疗中心现使用的加速器为医科达公司生产的Synergy，配备有先进的IGRT图像引导功能。每次周检所用的剂量仪为德国PTW公司出产的PTW-UNIDOSE，配合使用的水箱尺寸为30 cm×30 cm×30 cm。配套使用的为TW30013 Farmer指型电离室，其灵敏体积为0.6 cm3。在国家实验室校准时的T、P条件分别为20℃、101.325 kPa。

1.3 测量方法及参数设置

参考1.1节中的理论基础，周检时首先将测量水箱按照激光灯的指引放置在治疗床上，保证水箱底部的十字线与之重合。连接好电离室和剂量仪，通过升降床操作调整水箱内的凹液面使SSD为100 cm。插入电离室探头，启动剂量仪。在CORRECTION界面输入测量现场的T、P和K值，量程调至Med，使用Null功能测量本底并进行清零处理。待整机预热完毕后，按下STA键即可开始测量。

在操作室旋转机架和准直器至0°，调用10×10的射野，预设100 MU。加速器出束3次，通过监控摄像头查看剂量仪显示数值并求出平均剂量[10-11]。若其归一值超出误差标准，则调用SERVICE模式下的Calibration和Calculate Reference Dose模块进行标定修改。剂量仪具体的参数设置界面示意图，见图1。

图1 参数设置示意图

1.4 统计学分析

采用统计学软件SPSS 20.0对测量结果进行统计分析：标定前、后2组数据应首先进行单样本K-S检验，若P＞0.05则服从正态分布，可采用配对样本t检验；否则采用配对样本秩和检验。上述两种配对检验方法均以P＜0.05为标准对统计学差异进行判断，结果采用±s表示。

2 测量结果

通过3年的测量，除去剂量仪送检等不可抗力因素外，按时间先后共获得141例周检数据。将常用标称能量为6 MV的测量值进行归一化处理，标定修改前、后的结果记为第1、2组，所得结果随时间变化的趋势如图2所示。

图2 6 MV测量值的归一值变化趋势图

对上述2组数据分别进行单样本K-S检验，标定修改前、后均为正态分布（P＞0.05），其结果如表1所示。

表1 6 MV归一值单样本K-S检验结果

由于2组数据均符合正态分布，故采用配对样本t检验进行配对分析，修改前、后无统计学差异（t=0.480，P=0.632）。再以6 MV为例，第1～2组数据的箱图、Q-Q图和直方图可参见图3～5。

图3 6 MV标定的箱图

图4 6 MV标定的Q-Q图

图5 6 MV标定的直方图

3 讨论

在为期3年的测量时间里，6 MV的测量归一值在标定修改前、后均围绕标准值100%的红色基线上下波动，标定前的数据有较明显的异常点出现，但标定后的波动范围明显小于修改前，且更贴近基线值。

归纳整理表1中的周检数据统计分析结果可知，6 MV标定修改前、后的归一值离散度分别为94.17%～103.6%和98.93%～100.95%。按照国家标准GB/T 19046-2003、NCC/T-RT 001-2019、WS 674-2020及AAPM TG-142中关于剂量偏差及稳定性的描述规定，标定修改后的归一值符合周检≤±3%的标准[12-16]，与IAEA剂量偏差＜±2%的要求较为贴近[17-19]。同时，第2组数据的标准差为0.42528，也大幅小于标定修改前的1.02571。这表明6 MV标定修改后的归一值差异程度更小，数据之间的均匀性更好，离散度优异性有了较大的提升。而且第2组数据的单样本K-S检验P值为0.250，较修改前的0.052也有较大改善。

参考6 MV测量归一值标定修改前的箱图3a，图中以星号标记的主要异常点20和图3b形成了鲜明对比。对图4中的Q-Q图进行比较也可以看出，由小圆点组成的实际累积分布线大部分围绕在正态累积概率分布线即对角线周围。但图4a还是提示有异常点出现，且不如图4b紧密，这和图5中的概率直方图的分布趋势基本一致。

检阅Synergy加速器3年来的维修保养记录，发现各异常点发生的主要原因归纳起来有以下几点：① 对于20号异常点，其5.83%的偏差为3年来的最大值，这主要是12区的剂量输出控制Dose电路板故障和更换储能元件脉冲形成网络后反复调试所致；这导致了加速器SERVICE模式下模块Calibration参数反复调整或调整无效，严重影响了剂量输出的稳定性，这和前人就Synergy加速器剂量故障常见原因中的剂量控制板问题和检测频率重要性的统计说明[20-21]一致；② 对于19、20、33、44、85号偏差范围为2%～3%的异常点，由于维修记录上并没有相关联的记载，故应该是受到随机误差、模体摆位及T、P等参数的影响。其中，剂量仪校准前后T、P条件不一致或测量现场T、P改变较大所导致的电离室空腔空气质量改变，值得引起大家的注意，还有研究者基于此充分分析了KT,P的相关变化规律及其1%左右的剂量波动[22-23]；③ 其他一些没有出现在图3箱图上偏差较小的异常点，大部分则是元器件的损耗所致。例如偏差值为1.26%的113号，这主要是加速器磁控管故障无法出束，重新更换备件后调教枪伺服器改变模块381、327参数的结果。前期有研究者专门报道了相关元器件故障损坏所带来的影响，严重时其剂量变化范围可达4.7%[24]。此外，还有一些不易察觉的因素，如参数(Sw/Sa)u、Pu等是否正确使用线性插值方法求得、电离室有效测量点是否按照种类不同分别上移0.6 r或0.5 r（r为所用测量电离室半径）以及标称能量校准深度是否位于指数衰减区等[25]。

综上所述，本院Synergy加速器常用标称能量6 MV的剂量监测方法、频率及校准结果皆符合当前国内外的各项标准和规范。对于剂量监测过程中所涉及的众多影响因素如电路板故障，外部T、P条件改变，磁控管元器件更换等，无论故障大小均需谨慎对待并及时调整剂量，这样才能确保现阶段基于空气比释动能或照射量校准的方法与结果有效可靠，尽量减少由于剂量误差所带来的不确定度，做好有的放矢的精准放疗。