常用方法测量中子剂量

第六节　放射治疗的质量保证和质量控制

随着肿瘤放疗技术的发展，放疗过程变得越来复杂，因此需要一套综合的质量控制和保证体系(quality control and quality assurance，QC＆QA)来确保放疗的每一个过程都能够准确实施。

质量保证贯穿于患者实施正确放疗的全过程，总体上包括设备、剂量学和临床三大块。本节只介绍前两个方面的内容。质量保证的含义是指经过详细计划而采取的一系列质量标准和措施，质量控制是指为保证标准和措施按国际标准准确安全地执行而建立的一整套程序。质量保证有两方面的内容：①质量评定，即按一定标准评价整个治疗过程的治疗效果;②质量控制，即采取必要的措施保证质量标准得到执行。

从放疗全过程来看，质量保证是一个组织问题，因此放疗科的质量保证工作需要有一个专门委员会来负责。具体执行过程中，放疗医生、放疗物理师、放疗剂量师和放疗技师应共同来完成整个质量保证的内容，相辅相成，缺一不可。

放疗医生负责治疗方针的制定、治疗计划的评定等内容，其中最重要的是确定靶区、处方剂量、靶区剂量和正常组织的限量等内容。放疗物理师的任务是对治疗机及其辅助设备特性的确定和定期检查，参与治疗计划的设计，保证工作人员和患者的辐射安全及确定治疗计划的质量保证程序。放疗剂量师负责获取患者图像数据、设计治疗计划、计算剂量，并在放疗医生和放疗物理师指导下提交患者的治疗计划文件，协助放疗物理师实施质量保证程序。放疗技师是放疗计划的主要执行者，具体负责治疗计划的某些方面如患者体位的固定、模拟定位和治疗计划的复核等。

一、物理设备的质量保证内容

(一)剂量仪及辅助仪表的质量保证措施

用于检查的仪器、仪表的质量保证工作是整个质量保证和控制环节中最重要的一环。其中主要的是电离室和剂量仪，包括与电离室配套使用的温度计及气压计，其他的还包括半导体剂量计、热释光剂量计、自动测量水箱、胶片剂量计和黑度计、用于CT模拟机检测和IMRT验证的工具等。这些仪器本身都需要做质量保证，在验证合格后才能用来验证放疗设备的准确性和精度。

电离室每年与国家一级标准或次级标准作法定的刻度，现场电离室至少每年一次或在修理后用参考电离室进行标定。

(二)常规模拟机的质量保证措施

1.常规模拟机机械性能检查的内容模拟机的靶到旋转轴的距离通常处于100 cm的标准位置，可变范围大约在60～140 cm，检查的精度为±2 mm。①日检，即检查靶到旋转轴距离和光学距离指示器的一致性。②月检，即对参考位置处即100cm或80cm处进行检查。③年检，即对整个运动范围进行检查。影像增强器升降位置(即靶到片夹的距离)精度的检查，精度要求±2 mm，每月对一两个典型的距离进行检查(表2-1)。

2.模拟机X线球管的检查主要包括X线的半价层、电压表的精度、电流表的线性、计时器精度及线性、自动曝光控制及透视系统的质量保证措施等。这些内容需要与厂家的工程师一起来完成，一般情况下只在安装或机器大修后检查。

表2-1　常规模拟机和治疗机的机械性能质量保证措施

(三)CT模拟定位机的质量保证措施

CT模拟机是现代放疗技术实施不可缺少的一种重要设备，其质量保证措施包括辐射剂量防护、机械几何参数、影像质量和CT虚拟软件等方面的内容。

1.CT的辐射剂量防护CT模拟过程中患者的辐射安全是质量保证的一个重要内容。CT产生的辐射剂量相比放疗的剂量要小得多，它对工作人员、公众和患者产生的辐射剂量也要符合国家的相关规定或生产厂家的标准。其质量保证内容如下：剂量屏蔽检查(工作人员和公众受量)，在CT机安装后开始使用前检查一次;患者辐射安全，即扫描时患者的受照剂量，每年一次或在CT大修后。需要强调的是，对于装有门连锁和紧急开关的机房，在患者扫描时如有人意外进入机房，以不停止扫描为好，尤其是在患者注射有造影剂的情况下。

2.机械几何参数

(1)激光定位灯。

(2)CT床和平板床面(检查时，床上负重75 kg)：①床面应水平和正交于影像平面，即床不旋转，床面的短轴水平于影像，床面的长轴也水平于影像(即正交)。②床上下和前后移动的距离与读数一致。③平板床不能有产生伪影的材料。

(3)CT机架：①机架的旋转角度与实际角度一致。②机架旋转一定的角度后返回到垂直于影像平面的精度。

(4)影像扫描的几何位置。

(5)CT准直器。

(6)X线产生装置(主要指球管)：峰值电压(kVp)、半价程(HVL)、电流表的线性和时间精度。

3.影像质量测试影像质量直接影响靶区和正常组织的勾画。影像质量的测试要符合厂家的标准，不同的厂家其CT设计思路和影像有较大差别，因此，影像质量测量没有统一标准。

(1)CT值的随机误差(噪声)：采用头腹部水模体来测量，并用噪声公式计算，其结果应符合厂家标准。

(2)系统误差(照射野不均匀性)。

(3)CT值精度、电子密度和CT值的转化。

(4)平面空间的完整性。

(5)空间分辨率和对比度分辨率。

4.CT模拟软件CT模拟是一个几何模拟的过程，即模拟治疗机的情况来设计照射野的方向和大小，不包含任何的剂量计算。CT模拟的核心是使用模拟软件来处理患者的影像，因此软件的精度是一个重要的质量保证项目。其主要内容包括空间几何精度检查和DRR图评估两大类。

(1)空间几何精度检查：包括影像输入检查、结构的勾画、多种影像的融合、治疗机参数(准直器，机架旋转等)、等中心点计算及移动和影像重建等。

(2)DDR图评估：包括空间和对比度分辨率、几何和空间精度以及拷贝质量(DRR图和其他打印项目)等。

(四)治疗计划系统

放疗是一个涉及临床、物理和剂量学等多学科的复杂过程，治疗计划系统(TPS)的应用，有助于治疗计划的改进和治疗精度的提高。一个完整TPS的保证体系包括系统文件和人员培训、TPS验收项目、系统定期质量保证项目和患者治疗计划的检查。随着计算机技术的不断提升，TPS的质量保证内容也在不断演变。

1.系统文件和人员培训厂商提供系统文件和人员培训是TPS质量保证的开始，厂商必须向用户提供足够的信息。这些信息包括：①TPS的总体描述，对系统所需软硬件一般结构的说明;②详细的用户使用指南;③数据文件格式及其内容;④交互文本文件和用户对该文件的编辑说明;⑤计算方法说明，在文件中明确给出物理模型的数学表达式、计算精度、系统功能和局限性、剂量归一说明和最新的参考文献等内容;⑥能根据用户要求提高源代码，用于本地测试和调整;⑦系统与外设的配置说明;⑧提供必要的数据库和程序员手册;⑨数据参数和输入说明;⑩提供验收测试范例，包括标准条件、轮廓弯曲、组织不均匀、挡块和楔形板等内容。

人员培训是质量保证过程中的一个重要方面，一般包括3个层面：①厂商的培训课，内容包括系统软硬件的基本结构、系统的操作和使用方法等;②用户单位对操作人员的详细培训;③第三方公司或用户提供的特殊培训课程。

2.TPS验收验证规格是系统购买合同中的一个技术文件，需要用户和厂商共同协商制订。验收指标一般可分为3类：①计算机和外围设备;②管理软件;③验收测试范例的测试，即用非常特定的数据检查算法、剂量计算的正确性，并考虑计算所需的时间。

验收测量总的步骤是将指标分别改写成测量内容，重要的是要确保所进行的测试能够检出指标达到与否。在设计测试步骤时还应仔细优化程序，尽量减少所需的测量，所作的测试步骤应完整记录并归档，并且这些步骤应同时被销售商和用户认可。表2-2列出了验收测试的推荐项目。

表2-2　TPS验收测试的推荐项目

注：SSD为源皮距;MLC为多叶光阑;DVH为剂量-体积直方图。

3.系统定期质量保证项目在TPS验收完成后，就可以投入到临床上使用。为了保证系统能一直保持在验收时的水平，需要定期做质量保证检查，定期重复主要的验收测试项目(表2-2)，用户可根据本单位的实际情况来设计具体的测试项目和相应的测量频度。

4.患者治疗计划检查质量保证除了需要针对TPS外，对每一个患者在治疗计划设计完成后也要做相应检查。一方面，物理师采用一个独立的计算机程序验算每个照射野的机器参数。复旦大学附属肿瘤医院的做法是，对适形计划用自己开发的软件检查参数的准确性，一般对简单布野情况，验算值与计划系统的结果差异控制在3%之内;而对于复杂照射野情况，差异控制在5%之内;对IMRT计划，则采取剂量验证的方法。另一方面，由高年资或同年资的物理师核对全部治疗计划资料。

(五)体外照射治疗机的质量保证措施

体外照射治疗机包括深部、浅部X线治疗机、⁶⁰Co治疗机和MV级直线加速器，这里主要介绍加速器的质量保证措施。质量保证检查的具体项目、频度以及国家(或国际)标准如表2-1所示，总的项目可划分为以下几类。

(1)辐射防护措施。

(2)加速器的其他连锁：包括门连锁、机头机架运动防碰环或感应防碰装置、CCTV闭路监视器和对讲装置等。

(3)机械检查措施：准直器旋转稳定性、准直器光栏平行对称性、准直器旋转角指示、灯光野大小指示、机架等中心、机架转角指示、床座转角等中心、床座转角指示、床面负重下垂指示、创高位置指示、光距尺、定位激光灯的对齐等。

(4)等中心检查：机架旋转轴与照射野中心轴的一致性，床座旋转轴与照射野中心轴的一致性，准直器旋转轴与照射野中心轴的一致性等。

(5)剂量学特性：灯光野与照射野的一致性、照射野平坦度和对称性、射线质、照射野输出剂量的校对、楔形板及治疗附件的质量保证等。

(六)后装治疗机的质量保证措施

近距离后装治疗机的质量控制总的原则有两条。第一，治疗的准确性原则，包括位置准确性、时间准确性和剂量准确性。第二，患者和工作人员的公共安全。下面我们介绍192Ir高剂量率后装治疗机的质量保证内容。

1.安装验收

(1)安全和连锁：后装机机头连锁、施源器连接、分度盘位置连锁、假源运行检测、假源手动退源测试、电源状态检查、放射源位置指示、辐射警示灯、系统状态、治疗和待机状态切换及警鸣音等，这些内容的检查标准是通过测试。换源操作培训也是安全连锁的一个重要内容，在后装机安装验收后，操作人员必须进行该项目的培训。

(2)放射源到位精度检查：用假源配合公司提高的放射源定位标尺来完成，可分别选择治疗管内允许的距机头最远、最近及中间位置3个点来测定放射源到位情况，放射源到位精度为±0.5 mm。放射源的精度检查还包括放射源的步进精度和到位重复性测量，这两方面的内容可按照厂家提供的手册，与工程师共同完成。

(3)计时器准确性检查：需要检查系统日期、时钟是否准确，分别测试5秒、10秒、20秒、30秒、100秒、300秒计时的准确性，厂家提供的验收标准为(300±0.2)秒。

(4)辅助设备的检查：包括CCTV监视系统、对讲机、机房辐射检测仪、打印机、磁盘备份恢复和应急设备等。

2.临床认可验收

(1)放射源验收：要考虑192Ir放射源的安装更换、校准和源衰变核对等内容。放射源的更换必须由合格的专业技术人员来操作，在具备安全防护措施和有现场剂量监测的条件下完成。具体操作分为退旧源和换新源两步，其中旧源必须及时退还生产厂家或送交指定的放射性废物库统一处理。放射源更换后必须做现场校准，建议使用井式电离室作校准。没有该电离室的单位也可用指型电离室，该电离室的问题是会产生更大的测量误差。通过现场测量放射源的空气比释动能强度而计算出放射源的活度，经过时间衰变校准后与厂家推荐的活度值相比较，差异应小于3%。如超过这个值，应努力寻找原因或通知厂家。

(2)TPS验收：核对治疗设备参数输入的正确性、影像学数据的输入(胶片，CT等)、靶区器官勾画功能、施源器重建准确性、剂量计算结果、治疗计划评估等。根据厂家提供的验收文件或与厂家的协议来完成验收。

3.常规质量保证措施常规质量保证措施可分为日检查项目、月检查项目和年度检查项目。

(1)日检查项目：包括未出束前的后装治疗机开机自检，CCTV、对讲机和打印机是否正常工作，应急设备是否失效，警示标志是否完整等，出束时的机房门连锁是否有效，机房内辐射监测仪和辐射指示灯是否正常工作，调用一个测试计划检查治疗能否正常执行。日检查项目应在患者治疗前完成。

(2)月检查项目：包括施源器钥锁、施源器连接、分度盘位置连锁、真假源运行检测、紧急开关连锁、治疗中断开关连锁、机房门连锁、放射源到位精度检查、计时器准确性检查、放射源核对和文档完整性检查(包括质量检查记录、维修记录和放射源更换记录等)。

(七)计算机系统和数据库管理

现代治疗计划系统配有计算机硬件系统、软件系统及数据库和存储设备，这些设备的正确管理也是整体质量保证程序的一部分。

1.计算机系统管理计算机系统管理的一项重要任务是维护硬件和软件的运行。硬件维持涉及服务协议或贵重硬件的保养人员。系统管理员应向责任物理师建议必要和经济的可行服务协议，并进行定期的维修或非定期的维修。软件的维持是一项更复杂的工作，新的系统软件更新必须慎重，因为计划软件与新版系统软件间会有不兼容问题。计算机系统管理员还要管理磁盘空间、用户账号以及提供系统运行必要的材料，如打印消耗材料、备份介质等。

2.数据管理任务当前治疗计划的数据应备份到适当的媒体上，以供诉讼、研究或患者重新使用，患者数据库的建设是放疗科数据管理的重点。复旦大学附属肿瘤医院自己研发了患者数据库系统，将相关数据存在2T的专用磁盘阵列上，该阵列具有无限的扩展性。为了防止磁盘阵列硬件的损坏，同时将相关数据刻录在DVD光盘上。该光盘一式两份，以备出错。对备份的数据要测试其恢复精度与当前数据的匹配性，还要测试恢复的数据与目前使用的程序版本的兼容性。在考虑数据备份介质时应考虑数据的容量，因为每个患者的CT/MRI三维图像可占据50～500 MB容量。

3.计算机网络CT或其他影像数据通过网络输入TPS，网络中的众多用户还可以共享患者资料。系统管理人员应维护网络的运行，以确保TPS与外界交换信息。

4.系统安全性其中的软件、硬件、网络和患者数据是系统安全性的主要内容，须由系统管理人员仔细管理。应有限制进入计划应用软件和治疗计划系统数据的防范措施，所有的系统都应设置保护密码。随着计划系统功能的不断完善，系统安全性也变得更加复杂，对关键的服务器建议使用双机热备份技术。我们建议的相关措施为：①服务器安装TREND Server Scan杀毒软件，各终端安装TREND Office Scan杀毒软件，1～2周更新一次病毒库。②各终端软驱、优盘插口、光驱均不对外开放。③各终端均采取固定IP地址，与网卡绑定，排除外部电脑介入内部网络。

二、调强放射治疗剂量学验证体系

随着计算机技术的飞速发展、加速器设备的改进和MLC在临床上的广泛应用，MLC的调强放疗技术也逐步发展起来，并成为放疗的主要手段。调强放疗的剂量分布在三维方向上与靶区高度适形，且在靶区边缘变化梯度大，因此在实施过程中任何环节出了差错就会引起很大的治疗误差。

调强放疗的质量保证是一个非常重要的问题，其主要内容有：治疗机(包括MLC)、CT模拟机、模拟机、治疗计划系统等常规质量保证检查;靶区(GTV，CTV和PTV)的精确确定;治疗体位的精确确定及固定立体定位框架、体表标记、内置金球、呼吸门控;治疗前模体内治疗计划模拟的测量和验证;照射中的监测(EPID技术、活体剂量技术、治疗模拟器);误差分析。由于篇幅所限，本节仅介绍复旦大学附属肿瘤医院使用MLC调强技术的剂量学验证方法。

(一)验证内容和流程

针对患者的剂量学验证通用的方法是采用点面结合的方法。该方法用电离室测量一个或数个剂量参考点的绝对剂量，和用胶片测量一个或数个平面的剂量，与TPS计算的该点的平均剂量比较，结果符合一定的要求就认为该计划合格。目前，使用聚合体凝胶剂量计(polymer gel dosimetry)的立体测量方法也正在研究之中。

调强放疗的步骤如下：通过CT模拟机获取患者影像资料;勾画靶区和危及器官的轮廓;将患者资料通过网络传送到三维计划系统工作站;逆向设计治疗计划;验证医生认可的治疗计划;将符合要求的计划传到加速器;治疗。

调强计划剂量学验证的步骤如下：通过CT模拟获取模体影像资料(带剂量仪);将完成的逆向治疗计划搬到模体中;在计划中获得所需点剂量值和二维剂量分布;用模体实际测量点剂量值和二维剂量分布，与TPS的值进行比较。该步骤适用于点剂量和胶片平面剂量比对。其他的验证方法不一定都采用上述步骤，如用Sunnuclear公式的Mapcheck半导体剂量仪，它不需要通过CT模拟获取模体影像资料。

(二)点剂量验证

点剂量验证需要验证模体和电离室。验证模体在市场可购买，也可自己设计，关键是模体在CT模拟机扫描时应将电离室放在模体中一起扫描，以真实模拟测量实际情况，从而减少不必要的测量误差。

目前较通用的电离室有0.6 ml、0.125 ml和0.015 ml等。对于调强剂量验证，较大的电离室如0.6 ml具有一定的容积效应，对较小的子野会产生较大的测量误差。而0.015 ml这种小电离室虽然克服了容积效应，但由于制造工艺的问题，有较大的电荷漏电现象，每次测量都必须进行校正，测量也不够准确。0.125 ml的电离室有较小的容积效应，电荷漏电也在可以接受的范围内，比较合适用于调强的剂量学验证。

剂量参考点的测量数据和TPS计算数据的误差，可用下面的方法计算：

［(测量点计算的剂量－测量点测量的剂量)×100%］/测量点测量的剂量

这个误差如果小于5%，平面剂量的误差也在可以接受的范围内，那么可以认为这个患者计划的剂量准确度符合临床要求。根据复旦大学附属肿瘤医院对210名患者的点剂量验证分析，其中有2名患者超过5%，有6名患者为3%～5%，其他患者在3%之内，平均误差为0.35%。对于超过5%的患者计划，我们采用的策略是先重新寻找剂量参考点，重做验证;如还是不合格，则重新设计逆向计划。

点剂量验证的一个要点是剂量归一点的选择，该点一般情况下在照射野等中心点上。该点的选择原则是让电离室在剂量均匀处，以减少电离室因素带来的测量误差。

(三)胶片剂量验证系统

胶片剂量验证系统的组成：胶片(Kodak X-Omat-V和EDR2)、胶片冲洗机、胶片数字化仪(Vidar VXR-16)和胶片剂量测量软件(RIT 113)。测量过程分为胶片曝光、冲洗、数字化、软件分析等步骤。

图2-45是调强放疗的胶片剂量验证流程图。胶片剂量验证的基本步骤如下：模体的扫描与重建;患者IMRT计划的设计;计算计划在模体内的剂量分布，并将计划搬到模体上产生混合计划;混合计划在模体上的实施;以最优化的条件冲洗胶片并数字化和分析;混合计划与实测点或平面剂量的登记与比较;剂量评价;分析误差来源，提交验证报告。

图2-45　调强放疗的胶片剂量验证流程图

用胶片剂量仪测量面剂量时环节很多，易导致许多误差，所以在每个环节上都要认真仔细。表2-3列出了胶片测量可能的误差来源以及是否可以避免。

表2-3　胶片测量可能的误差来源

van Dyke在1992年提出了针对调强放疗计划的剂量学评价标准(表2-4)。该标准对于低梯度、高剂量区域的绝对剂量差异用百分比作为指标，可接受的限值为3%或者4%;对于高梯度区域的剂量差异用距离作为指标，可接受的限值为4 mm。高梯度区域的定义为每厘米间距的相对剂量差异＞30%。

表2-4　胶片的剂量学评价标准

(四)Mapcheck半导体剂量仪

Mapcheck半导体剂量仪是Sunnuclear公司研制生产的由一系列半导体探头组成的剂量检测设备，标号1175(图2-46)。

图2-46　Mapcheck半导体剂量仪

1.剂量学特性

(1)剂量脉冲响应：即检查不同剂量率时探头的响应，从图2-47中可见，在脉冲0～2 Gy时，Mapcheck半导体剂量仪的脉冲响应差异都在1%之内。

图2-47　剂量脉冲响应

(2)剂量响应：在0～250 cGy内，剂量响应曲线为线性;超过300 cGy后，探头的剂量饱和(图2-48)。因此在测量时，要将测量点的最大剂量控制在250 cGy以内。

图2-48　剂量响应曲线

(3)温度响应：Mapcheck半导体剂量仪随温度的改变，对剂量的响应呈线性变化，变化率为每摄氏度0.54%。建议每天测量时都要做绝对剂量校准，以校正温度引起的不同剂量响应。

2.照射野大小和校准深度影响在20cm×20cm范围内，Mapcheck半导体剂量仪使用的半导体探头与电离室对照射野大小的响应是一样的，与电离室的照射野输出因子也是一样的。因此TPS上不同照射野的计算结果，可以用Mapcheck半导体剂量仪来检查，而不需要修正因照射野大小引起的输出因子的变化。

在不同校准深度下测量，可引起约1%的剂量误差，因此在不同深度下测量时，最好在该深度下做绝对剂量校准，以消除不同深度的剂量响应误差。

3.探头的刻度和校准Mapcheck半导体剂量仪有445个半导体探头，每一个探头对相同剂量的反应不完全一样。因此，在实际测量前的第一步就是对这445个探头进行刻度。Sunnuclear公司在这方面申请了专利，用他们的方法在20分钟内即可得到不同探头的响应关系。这样我们只需刻度出一个探头的绝对剂量响应，即可得到所有探头对剂量的影响。一般情况下，我们对中间探头进行绝对剂量刻度。

445个探头间的剂量校准一般是1年1次。中间探头的绝对剂量刻度，每次测量都要进行，以消除探头对温度的响应。

4.验证和评价标准Mapcheck半导体剂量仪对IMRT的剂量验证是对每个照射野单独进行验证。在每个照射野的照射平面垂直测量出所在深度的平面剂量，并与TPS在相同深度处的平面剂量进行比较。

图2-49是Mapcheck半导体剂量仪在IMRT剂量验证上的应用。左上图是测量结果，右上图是TPS计算结果，左下图是比对结果，右下图是每一条线上的比对结果。下面是对左下图用黑线圈出部分的说明。

图2-49　Mapcheck半导体剂量仪在IMRT上的应用

(3，3，10)：第一个3表示测量值与TPS计算值小于3%;第二个3表示在测量点3 mm内，寻找一个点与测量点进行比较;10表示测量点的剂量如果小于最大剂量的10%，那就不参加比对。

Total 193：表示在照射范围内共有193个探头。

Passed 187：有187个探头符合(3，3，10)的要求。

Failed 6：有6个探头不符合(3，3，10)的要求。

%Passed 96.8：合格率为96.8%。

使用(3，3，10)的标准一般要求合格率在90%以上，也有使用(4，4，10)标准的，这时要求合格率在95%以上。

(五)聚合体凝胶剂量计

调强放疗技术要求辐射剂量计能够准确地测量立体剂量分布，提供高的空间分辨率。聚合体凝胶剂量计是最近才发展的新型剂量计，可在复杂放疗中测量立体剂量分布。照射后剂量计用高场强度(5T以上)和小孔径MR扫描器扫描，空间分辨率可达0.1 mm×0.1 mm×0.1 mm，这是其他测量方法无法达到的。它能放入任何形状的体模中测量剂量分布，克服了常规测量方法(如TLD和电离室)不能测量实际模拟形状的缺点。

聚合体凝胶剂量计仍处在快速发展阶段，目前它需要解决3个问题：完全了解凝胶对剂量的响应;研究出精度更高、更适合制备的凝胶;研究出价格便宜、容易凝胶成像设备，作为核磁共振的补充。相信随着这些问题解决，聚合体凝胶剂量计在医学上的应用会越来越广泛，并可能逐步替代其他常规的剂量测量方法。

(徐志勇　李　兵)

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