刘书朋 侯明扬

(南方医科大学南方医院，1.放疗科；2.设备器材科，广州 510515)

当今，放射治疗技术发展已逐步进入“精确定位、精确计划、精确治疗”时代，其中调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)、容积调强放射治疗(volume modulated arc therapy,VMAT)和螺旋断层放射治疗(TomoTherapy,TOMO)等技术在放射治疗中的使用也越来越普遍[1]。以往使用的三维适形(3D-CRT)技术与现有技术最大的不同，在于多叶光栅(multi-leaf collimator,MLC)的应用以及治疗计划系统(treatment planning system,TPS)中关于MLC透射因子(transmission factor,TF)及剂量学间隙(dosimetric leaf gap,DLG)的使用。放疗计划中的照射野通过MLC的移动分成了多个子野，并在治疗中随着时间变换子野，从而形成更加均匀、符合临床需要的靶区剂量。但子野的增多则意味着，一旦在治疗计划系统中的靶区剂量与实际照射的靶区剂量出现误差，整体剂量会产生较大的偏差，从而导致放射治疗差错甚至事故出现[2-4]。

目前，国内外对于直线加速器的放疗计划验证，普遍采用Gamma验证(3mm,3%)的评判标准[5]。当Gamma验证通过率大于95%时，则认为该放疗计划可以执行。非晶硅电子射野影像系统(electronic portal imaging device,EPID)虽然最初设计用于病人的摆位验证，然而由于EPID材料所表现出的良好的剂量线性响应、测量的重复性以及长期的稳定性，如今也逐渐用于射野质量保证及调强放疗的剂量验证之中[6-10]。

1 验证失败表现

该研究数据引自南方医科大学南方医院放疗科2号机房瓦里安加速器Trilogy型高能直线加速器。加速器portal dosimetry (PD)计划验证系统[11]对于大部分IMRT计划验证失败，Gamma验证通过率(3mm,3%)低于95%，甚至会出现80%以下情况。但该机器2013年装机投入使用以来，并没有出现过此现象，验证失败情况如图1所示。

图1(a)为TPS计算的剂量分布图，图1(b)为实际PD验证系统测量的剂量分布图。图1(c)为Gamma验证通过分布图，红色区域为无法通过的剂量点。图1(d)第一行为Gamma验证通过率，Value为92.6%，低于验证标准。

2 验证不通过原因

2.1 检测逻辑

在实际的检测中，导致IMRT计划的验证失败的原因较多，其中包括直线加速器的硬件故障、走位精度故障、剂量故障、软件故障、治疗床的走位故障、验证系统自身硬件或软件故障等。因此需要通过从计划验证系统到直线加速器进行一定方向逻辑推断和验证排查，才能以最快的效率找到问题所在。图2为故障的判断逻辑图。

2.2 硬件排查

图1 瓦里安计划验证系统Portal Dosimetry验证结果

首先，重新校准PD系统后，计划验证通过率依旧没有改善。为排除单纯是PD硬件导致的问题，采用第三方验证系统Sun Nuclear公司的MapCheck3产品对同一例放疗计划进行计划验证[12]。如图3所示，计划的Gamma通过率仅为85%，依旧失败。该结果排除了PD系统故障，TPS计划结果的确与加速器实际剂量有所偏差。

图2 故障的逻辑判断

图3 第三方计划验证系统Mapcheck3验证结果

其次，为排除该次故障是由于这一计划设计自身的特殊性原因导致的验证失败，随机选取了近期10例IMRT计划病例，通过PD验证系统和第三方计划验证系统MapCheck3，验证Gamma通过率，结果如表1所示。由于Mapcheck3和PD验证系统在二维剂量验证上的测量射野范围不同，两者的验证结果稍有区别，但整体结果依旧显示，只有少数放疗计划可以通过验证。因此，排除了是由于单一计划产生的原因。

之后参照IAEA277报告[13]，重新对加速器进行机械精度质控，确保加速器治疗等中心无误，机架的角度误差、旋转中心误差、准直器的角度误差、旋转中心误差满足标准。再使用二维水箱、PTW UNIDOS剂量仪、PTW 30010指形电离室对加速器进行点剂量验证，测量结果与标准剂量误差不足2%，满足误差范围，确保了加速器在射野10cm×10cm，源皮距SSD=100cm时，最大剂量点处100cGy等于加速器机器跳数100Mu的剂量校准要求。随后操作加速器，使准直器直接形成10cm×10cm、25cm×25cm的开野以及MLC形成的窄形野，对准直器和MLC硬件进行质控。当加速器机械精度、剂量精度、开野和MLC窄形野都可以通过验证时，加速器硬件部分显示正常。

2.3 TPS软件排查

由于目前所有验证的放疗计划都是在能量6MV下进行设计制作，因此该次排查使用美国Sun Nuclear厂家，型号为3D Scanner1230的三维水箱，参照国家标准[14]，测量直线加速器在能量6MV下的百分深度剂量(percentage depth dose,PDD)、射野输出因子(output factor)和射束剂量分布(beam profile)等相关参数，并与瓦里安Beam Configuration中的建模数据进行比对，如图4、5所示，比较加速器现有数据是否发生改变。

最后，根据Arnfield MR[15]等人的测量方法，从计划系统中导入相应的测量计划，使用PTW 30010电离室在二维水箱中测量TF和DLG相关因子，通过计算后得出结果，并与TPS中现有MLC数据进行比较。

3 结果

硬件排查过程中，虽然剂量误差在标准范围内，但为了保证精确性，重新校准了加速器剂量，保证剂量的准确性。同时加速器机械质控结果全部满足要求，开野、窄形野的验证结果也全部通过，基本排除了硬件故障的原因。

软件排查中，首先使用三维水箱扫描对比，结果显示PDD、Beam Profile等参数无误，全部满足质控要求。其次在MLC参数的测量与计算中，首先使用指型电离室测量开野输出量Ropen、MLC在瓦里安加速器的左右Bank的平均透射量RT，得到多叶光栅的透射率TF=RT/Ropen。

表1 10例IMRT放疗计划在两种验证系统的Gamma (3mm,3%)通过率（%）

图4 建模数据中不同射野的PDD曲线

图5 建模数据中不同射野的Beam Profile曲线

然后通过测量多叶光栅间隙为2mm到20mm的特定计划，得到相关剂量参数Rg，同时减去TF在计划中的占比Rgt，从而得到与DLG相关的剂量参数Rg'=Rg(Gap)-Rgt。最终通过拟合不同间隙时的Rg',得到加速器的DLG值。

DLG测量曲线如图6所示，通过实际测量与计算，MLC透射率TF为1.43%，剂量学间隙DLG为0.1141cm，而TPS数据中TF为1.6%，DLG为0.17cm，TF两者相差12%，DLG相差0.055cm。

图6 DLG测量曲线

将实测数据重新填入TPS数据后，将10例病人在TPS中重新计算剂量并导入PD验证系统后，发现验证通过率有了大幅度的提高。其中图1病人通过率从92.6%升至98%。Kielar KN[16]等人提出，TF和DLG的实测数据会由于不同的测量设备（例如不同型号、大小、材料的电离室）和测量条件而有所区别，因此在测量结束后仍需要通过微小调整并验证，才可将剂量准确性做到最好。经过最终调整，将TF调试为1.35%，DLG为0.115cm后，将10例病人计划导入PD和MapCheck3验证系统中，结果如表2所示，放疗计划的验证通过率大幅度提高，全部满足Gamma验证标准，问题彻底解决。

4 讨论

随着IMRT、VMAT和TOMO等调强放疗技术的发展，放疗计划的剂量分布越来越复杂，剂量陡降的区域越来越多，对器官的保护也越来越好。同时，治疗技术的发展也让肿瘤放疗变得越来越精准。但这些优势也意味着，对于加速器的质控，计划的质控更加重要，一旦实际剂量出现较大偏差，将会造成严重医疗事故。因此，对于每一个放疗计划，都需要做好严格的质量控制[17]。

造成放疗计划无法验证通过的原因较多。例如，PD系统本身采用的非晶硅材料，在连续采集下也会对放疗计划的通过率产生影响等[18]。同时，不论是硬件走位精度、放射剂量的准确度，还是物理数据的测量精细度，都会影响到整个计划在病患身上的实际实施。因此需要对该问题进行全面的质量控制与排查，缺一不可[19,20]。同时，由于要查找该故障出现的原因并不容易，因此需要提前做好逻辑分析，从而保证故障的顺利解决，并提高效率。该次故障是由于MLC本身透射率和剂量学间隙与计划系统中数据计算参数相差较大所导致，可能由于加速器在使用过程中MLC滑动、坏损及更换所导致。而目前针对这两项参数的质量控制标准较少，多认为在加速器安装完成时进行校准即可。但通过排查发现，对于多叶光栅的质量控制，不仅需要考虑叶片走位精度、走位速度、子野大小等硬件问题，还要考虑其在长期使用中对剂量学参数的影响，并将这部分内容加入到日常的QA质控之中，保证放疗计划的准确性和安全性。

表2 10例IMRT放疗计划调整MLC参数后的Gamma (3mm,3%)通过率（%）