北京协和医院 放疗科，北京 100730

引言

近距离治疗在妇科肿瘤治疗中应用广泛，作用不可替代[1-2]。施源器作为近距离治疗过程中的剂量实施载体，其本身的材质、结构参数将影响最终的剂量分布[3]，因此施源器投入临床使用前需进行物理参数确认及端到端测试，确保临床治疗的正确实施，这部分工作也是近距离治疗质量保证和质量控制的关键内容[4]。Vargo等[5]的研究表明，在阴道癌治疗中，与单通道施源器相比多通道施源器在实现同等靶区覆盖时能够显著降低膀胱、直肠的受量，所以多通道施源器有更广阔的应用前景。但多通道施源器结构复杂，投入使用前需要明确重建参数及剂量分布，避免发生系统性错误。Gaudreault等[6]研究金属及塑料材质的施源器对剂量的扰动，结果表明虽然蒙卡模拟过程中，金属材质管道对剂量的衰减高达4%，但临床实例中由于管道材质导致剂量的差异在1%左右，原因在于通道数量增多后空腔体积和管道材质间的补偿效应。Kim等[7]从图像引导近距离治疗流程质控角度分析了可能引入的误差来源，其中施源器的特性参数、重建精度以及施源器与导源管的连接总长度等都将影响最终的剂量分布。因此，本研究通过实际测量明确多通道施源器参数以及基于模板重建施源器可能存在的问题，通过ETE测试进一步明确基于模板重建施源器的剂量分布验证，为后续治疗的精准实施提供保障的同时也为质量保证和质量控制工作提供方法和依据。

1 材料与方法

1.1 多通道柱状施源器

医科达公司生产的多通道柱状施源器（Nucletron part#110.750）由中间管道和环周多通道构成，施源器有直径25、30和35 mm三款。以直径25 mm施源器为例，如图1所示，环周六根管道均匀分布，距施源器外表面5 mm。因顶端为球面形设计，中间管道可向前多驻留5～8 mm，管道平行于外壁并截止于球面内缘。该施源器广泛用于宫颈癌、子宫内膜癌术后残端预防性照射以及阴道病变的治疗，联合宫腔管可完成宫体照射。采用源模拟尺及放射源拍片的方法对中间管道及周围通道内软管进行长度和最远驻留点位置的确认[8]。

图1 直径为25 mm的多通道施源器外观图

1.2 3D打印测量模体

为确保施源器置入的重复性，提高电离室和胶片相对于施源器的位置精度，本研究采用的柱形模体是通过3D打印技术实现的。该模体由直径200 mm、长300 mm的柱形主体和胶片夹持体构成，外壁材料为尼龙，厚度为3 mm，设有阀门，内部充满去离子水。主体及夹持体设有中心间距30 mm、直径25 mm的电离室插棒和施源器插槽，可同时完成点剂量和胶片剂的测量，是较为理想的端到端（End to End，ETE）测试用均质模体（图2）。

图2 圆柱形模体、施源器、胶片和电离室构成的ETE模体

1.3 胶片及电离室的刻度

采用井型电离室HDR-1000（standard imaging，美国）完成放射源活度的校准。剂量的确定需借助具有均整结构的钟形施源器（Valentia，医科达公司），其处方深度位于施源器表面下3 mm，该处剂量值为放射源活度与空气比释动率和驻留时间的乘积，施源器的衰减因子为0.1659。CC13电离室（IBA，德国）和EBT3免洗胶片（GafChromic，美国）置于Valentia施源器下方处方剂量点处进行刻度，电离室有效测量点位于几何中心。电离室的刻度在点剂量测量开始前进行，仅获得电荷-剂量的对应关系，不考虑环境条件的影响。胶片进行剪裁后按照剂量范围从0～1000 cGy，间隔100 cGy分别进行照射，曝光24 h后进行读取，建立剂量-光密度曲线，具体可参考作者前期工作[9]。

1.4 CT扫描和轮廓勾画

扫描时将特定位置夹持废旧胶片并做好标记点，用于在CT图像中识别胶片并确认与模体的相对位置。重建层厚为1 mm。治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）内勾画靠近电离室的靶区1和胶片所在位置的靶区2，并勾画膀胱、直肠作为危及器官用于剂量优化，见图3。

图3 CT图像扫描及轮廓勾画

1.5 施源器重建及计划设计

采用商用TPS（Oncentra V4.1，医科达公司）中施源器库进行施源器添加并完成重建。采用模拟退火算法分别针对靶区1和2进行优化，两个靶区各设计3例计划，单次剂量分别为5、6和7 Gy[10]，放射源的步进长度为2.5 mm，剂量计算网格为1 mm3。优化完成后记录每个计划内电离室气腔体积剂量平均值并导出针对靶区2计划的RT dose文件。

1.6 点、面剂量的获取和分析

按照CT扫描时刻的模体构成夹入胶片并插入电离室，胶片批次与刻度胶片相同，标记参考点后完成通道连接及计划执行。采用Max4000静电计（Standard Imaging，美国）连接CC13电离室进行测量，按照刻度时刻电荷剂量的对应关系将执行计划过程中静电计收集的总电荷量转换成剂量，与对应TPS结果进行比较；胶片通过维达扫描仪[DosimetryPRO Advantage (Red)TM，美国]于曝光24 h后进行扫描，使用OmniPro I’mRT 1.7软件（IBA，美国）完成胶片剂量的转换与TPS输出的dose Cube中对应层面间的γ分析，以2 mm/2%、10%的剂量阈值、全局归一下，γ值小于1的点的占比大于95%作为符合度通过的评价标准。

2 结果

2.1 施源器参数的确认

各参数实测值与施源器说明书中的标称值具有良好的一致性，通过施源器模板库调取该施源器时，相应参数与前两者略有差异（表1）。采用该模板进行施源器重建，将三维显示的重建起始点到管道外边界的距离及出源长度按照实测值进行修改，管道的重建方向采用“tip end”，“offset”设为0。

表1 多通道施源器参数表（mm）

2.2 点剂量测量结果

针对靶区1和靶区2，给予不同处方剂量照射，电离室测量结果如表2所示。因电离室靠近靶区1，所以测量剂量值较高，结果偏差较小，但随着处方剂量的增加，偏差有增加的趋势；相反，靶区2计划与电离室测量点位置较远，测量剂量值较小，结果偏差较大，但测量结果相对稳定。所有点剂量测量偏差为0.97±0.32%。

表2 电离室测量结果

2.3 面剂量测量结果

对PTV2进行照射的3例计划进行了水平面及矢状面的胶片测量，矢状面测量结果与计划系统面剂量分布符合良好，γ通过率分别为97.4%、98.2%和98.8%。水平面由于胶片中间开孔处无剂量以及剪裁边缘破损，影响通过率。若将此区域滤过，则通过率分别为99.3%、98.4%和98.7%。其中5 Gy处方计划的胶片分析结果如图4所示。

图4 胶片与TPS的面剂量分布γ分析结果

由于施源器需穿过胶片，所以剪裁后胶片中间长度25 mm区域无剂量。矢状位因测量位置接近模体边缘，测量区域相对较小如图5所示。

图5 面剂量分布比较

3 讨论

目前，多数近距离治疗TPS采用AAPM TG43号报告[11]所述的放射源剂量学参数模拟在水中进行剂量分布计算，并未考虑物质密度对剂量分布的影响。因此，本研究所设计的柱形模体为中空设计，需灌水使用，3D打印技术生成3 mm厚的外壁，材料采用高强度的尼龙近似水等效，避免因为模体本身密度问题导致测量结果与TPS计算之间偏差较大，但由于加工限制，电离室插棒及胶片夹持装置位置和大小有待完善。

施源器作为剂量实施载体，其本身的结构、物理参数、剂量特性及连接方式等在投入使用前需要确认。其中重建起始点到第一驻留点的距离为offset长度，若设置错误会带来系统性剂量误差[12]。施源器的重建方式有手动描迹和基于模板库的重建以及最新开展的基于人工智能的自动重建[13]。对于宫颈癌常用的Fletcher三管道施源器，因几何关系不固定且管道数量较少，首选手动描迹并指定相应的offset值。而环形施源器由于结构原因手动描迹重建可能导致误差较大。Hellebust等[14]针对施源器重建精度对剂量分布影响的研究表明，近源处每毫米的重建误差将导致剂量变化8%～12%。对于多通道柱状施源器，通道数量通常为7～10根，手动描迹比较耗时，而且周围管道前端在CT/MR图像上难以分辩，所以采用模板库重建优势明显。而此时重建起始点及offset值取决于模板及施源器的符合度，所以应用模板重建施源器的实际剂量分布有待于进一步验证。

192Ir放射源最高能量为602 KeV，平均能量为370 KeV，近源处剂量极高。随着距离的增加，剂量的跌落与距离的平方近似成反比。因此，采用电离室进行剂量测量时能量响应和体积平均效应问题尤为凸显。通常指形电离室用于192Ir放射源辐射场的测量，刻度因子由250 KeV和60Co内插获得。Bondel等[15]的研究表明，内插处理可将刻度因子的不确定度降低至1%以内。本研究采用CC13小体积电离室降低了体积平均效应的影响，而且通过井型电离室确定源活度后利用Valentia施源器得到平坦野输出，完成电离室及胶片的刻度，达到了同源刻度与测量，提高了刻度的准确性。经过均整后的射束线质略有硬化，对CC13电离室及胶片的影响较小。对于靶区1的三个计划，电离室所处位置剂量高、剂量梯度较大，测量结果虽然偏差相对较小但差异较大。而靶区2远离电离室，对电离室的剂量贡献相对较低，而且梯度不明显，所以测量偏差稍大，趋势较为一致。

EBT3免洗胶片具有能响宽泛、剂量测量范围广及分辨率高等优点，已广泛应用于放射治疗设备质控和面剂量测量工作中。Oare等[16]通过3D打印自制模体并通过胶片验证3D打印材料相对于水的剂量沉积特性，他们的结果表明在192Ir辐射场下进行EBT3胶片的刻度，经修正后测量与计算间的平均剂量偏差在1%以内，且扫描仪不同颜色光源之间无显著差异。本研究所采用的维达扫描仪光源为单一红光，故未做修正。大多数剂量分布测量研究采用施源器与胶片平行放置测量冠状面剂量分布[17-18]，本研究通过胶片开孔测量与施源器长轴方向垂直的层面剂量分布，但由于剪裁等原因导致靠近施源器边缘的胶片测量单元破坏严重，该处剂量无法准确测量。对于近距离剂量分布分析中γ通过率标准目前尚无统一定论，AAPM TG-218报告[19]推荐了调强放射治疗通过率限值，以3%/2 mm为标准、10%的剂量阈值时通过率不低于90%，对于立体定向放射外科和立体定向体放射治疗的计划要求更加严格。本研究采用2%/2 mm为标准，通过率要求大于95%，较为折中。

ETE测量是整个技术应用过程中量化系统误差的有效手段。对于新施源器投入临床使用前，需要对很多参数及综合剂量误差进行验证，包括源活度、放射源到位精度、计时器精度、管道连接长度、TPS算法、参数设置以及施源器重建精度等。Bassi等[20]通过3D打印模体完成多中心近距离治疗的ETE验证，电离室和热释光剂量仪的误差分别为0.5%和2.5%，EBT3胶片平均通过率大于95%，与本研究结果一致。对于多通道施源器，ETE测试主要验证模板重建施源器的可靠性，本研究结果也充分说明了这一点，结论有一定的推广价值。

综上所述，本文报道了通过自制模体进行多通道施源器投入临床使用前的端到端测试方法，实测结果与计划内剂量一致，充分说明了通过模板重建施源器过程中所配置的施源器各项参数准确，剂量实施精准，为该施源器投入临床使用提供了数据支持，希望本研究的方法及结果能够对同行们的工作有所帮助。