TomoTherapy HT系统长期剂量及能量稳定性监测

杨秀美，段继梅，岳麒，王志伟，谷丹

昆明医科大学第一附属医院 肿瘤放疗科，云南 昆明 650032

引言

Tomotherapy HT是一种可以对肿瘤进行高度适形照射并同时最大可能地对周围正常组织进行保护的调强放疗设备。广泛应用于各种肿瘤的放射治疗，尤其适用于各种复杂肿瘤的治疗，如鼻咽癌[1]、非小细胞肺癌大分割放疗[2]、全身放疗[3-4]、全中枢放疗[5]等。Tomotherapy HT的放射源是安装在类似于CT的滑环机架上的一个直线加速器。由于采用动态的螺旋照射方式，照射野的微小改变都可以导致动态剂量分布的变化。Tomotherapy HT用64片二元多叶光栅调制照射野，源轴距为85 cm。射线束形状为窄扇形，射野最大宽度（X方向）40 cm，射野最大开度（Y方向）为5 cm，其最大治疗范围60 cm×160 cm[6]。由于该系统功能复杂，且具有高度集成和自动化特性，监测其运行稳定性和可靠性并不断给予完善成为HT系统质量保证的重要组成部分[7]。在长期使用过程中，HT系统的部件会老化和损坏，需要更换新部件。比如更换靶，磁控管，加速管等，Shimizu等[8]认为监测能量与输出剂量可以探测由磁控管和靶引起的输出变化。还有系统的升级如加入剂量伺服系统（Dose Servo System，DCS）等。每一次部件更换和系统升级后都需要对整个系统进行物理测试，以保证物理参数的准确[9]。我单位TomoTherapy HT系统使用6年以来更换靶6次（其中2014年7月将原旋转靶更换成固定靶）。更换磁控管5次，更换加速管5次，另2015年7月系统升级了剂量伺服系统。经长期监测结果发现系统更换加速管和磁控管对剂量和能量几乎无影响。本文主要研究更换固定靶和升级DCS系统对剂量和能量的影响。

1 材料与方法

1.1 输出剂量

AAPM TG148[10]报告推荐：射线输出的稳定性需日检。使用静态或旋转程序监测输出剂量。每日输出剂量应该保持在±3%范围内连续稳定。校准的电离室用于测量输出剂量。每月输出剂量应保持在±2%范围内。测量方法：把Tomo平板固体水模体（0.5 cm厚+带电离室孔5 cm厚）放到治疗床上，按绿激光灯，SSD=85 cm和d=1.5 cm摆位。执行静态输出剂量测量程序（Field Width=5 cm），利用TomoElectronmeter 采集电荷，然后转化成输出剂量。输出剂量与参考值比较并计算出偏差。

1.2 能量稳定性

AAPM TG148报告[10]推荐：射线能量稳定性可通过在等效水模体中测量TMR（组织最大比）曲线或同时测量在两个深度处的剂量率比值来决定。根据Tomotherapy《PHYSICS GUIDE》中的指导，采用多块平板固体水模体组合摆位。同样采用SSD=85 cm和d=1.5 cm摆位，电离室孔分别位于10 cm和20 cm深度，分别插入电离室进行测量（Field Width=5 cm）。计算出Ratio_P20/P10的值。参考值0.527，Ratio_P20/P10与参考值比较并计算出偏差[11]。

Binny D[12]认为电离室测量能量和输出的变化是可靠的。此外还有其他工具和方法可测量能量和输出剂量，如：ArcCheck 模体[13]、TomoCheck 软件[14]。

1.3 数据处理

收集整理2011年3月至2017年3月以来所有日检能量输出及静态模式下束流能量测量数据。用Excel及SPSS软件进行数据整理及分析。分析方法主要采用比较均值及独立样本t检验，P＜0.05有统计学意义。

2 结果

2.1 输出剂量结果

日检剂量输出散点图，见图1，共统计实际测量次数N=1412次。图中蓝色参考线是（2014年7月）旋转靶更换成固定靶的时间。红色参考线是（2015年7月）系统升级DCS的时间。

图1 日检输出散点图

数值分析结果，见表1。六年日检剂量输出平均绝对偏差是1.2%。在±3%范围内通过率是94.6%。更换固定靶前后偏差值分别是1.30%，1.30%，独立样本t检验P=0.986，样本无统计学差异。系统安装DCS前后输出剂量偏差均值为1.30%、0.96%，P＜0.001，二者有显著差异。

表1 输出剂量分析结果

2.2 能量监测结果

射线能量稳定性监测结果折线图，见图2。共统计实际测量数据N=58次。图中蓝色参考线是（2014年7月）旋转靶更换成固定靶的时间。红色参考线是（2015年7月）系统升级DCS的时间。

图2 能量监测折线图（Ratio_P20/P10）

数据分析结果，见表2。六年Ratio_P20/P10平均绝对误差是0.82%，±2%范围内的通过率是98.3%。更换固定靶前后偏差值分别是0.82%，1.11%，独立样本t检验P=0.248，无统计学差异。系统安装DCS前后偏差均值为1.10%、0.64%，P=0.088，二者无统计学差异。

表2 能量分析结果

3 讨论

TomoTherapy HI-ART系统是一种治疗精度高、剂量率高、结构复杂、集成化程度高的放疗设备。任何一个环节出错都可能会造成不可挽回的损失，所以HT的QA尤为重要和复杂。除了输出剂量和能量两项，还有很多项需要进行测试，如空间/几何精度测试、图像质量和配准精度以及Profile测定等[15]。我单位都严格按照TG-148和TG-51号报告的要求按时保质保量做了HT的各项QA。本文所有数据都是在保证其他各项检测完成或同步进行情况下测量的。有个别月份因为机器换配件、剂量仪送检等原因未做能量测试，所以实际数据略少于应测数据量。

在国内外文献中研究HT系统稳定性和质控的文章很多，而研究结合更换系统重要部件的较少。丛小虎等[16]监测HI系统五年输出剂量平均值偏差是1.032%，能量监测结果Ratio_P20/P10平均偏差0.8%，这与本文六年监测结果1.30%、0.82%差异不大。管秋等[17]对剂量输出及能量稳定性监测结果分别是为(-0.6±1.1)%、(-0.01±1.26)%，监测结果都优于本文结果。本文结论是旋转靶和固定靶剂量输出和能量稳定性均无差异。DCS的安装使输出剂量更稳定，而对能量稳定性无影响。但在实际使用中发现，自从安装了固定靶和DCS后机器故障率明显下降，磁控管和加速管的更换频率也随之降低。本单位的Tomotherapy HT系统购买时间较早，机型较老，后期较新的Tomotherapy HT系统实现了更多的功能，如动态铅门、断层径照。同时Tomotherapy正在开发新的技术，如：自适应放疗—用剂量重建和形变技术考虑解剖变化引起的剂量改变；运动自适应技术—解决受分次内运动影响的靶区的照射问题[17]。新技术的发展使系统变得更加精确和复杂，机器的质量保证和质量控制也将变得更为重要。