二十世纪末期肿瘤放射治疗学最大的进展是三维适形治疗技术的开展, 而进入新世纪的以后以逆向调强为代表的三维适量治疗将实现肿瘤医生追求近于完美的目标, 是当今最为先进和精确的放疗技术^[1]。而传统的治疗理论也将从追求射野剂量均匀变成调强适量照射, 放射治疗向精确计划、精确定位、和精确治疗为特征的“精确放疗”时代过渡^[2]。三维适形和逆向调强技术的出现, 可以保证所要治疗的靶区受到均匀照射, 同时周围正常组织得到最好的保护, 因而允许对肿瘤进行高剂量照射, 提高了肿瘤的局部控制率^[3], 使复发率降低和远处转移减少^[4], 同时减轻患者放疗副作用, 提高生存质量, 但大剂量的照射也使治疗风险增加, 容易伤及要害器官, 出现严重的放射性损伤。因此放射治疗的质量保证和质量检测受到前所未有过的重视。对患者的放射治疗中不但要验证患者的治疗摆位, 还要验证患者所受的剂量^[5]。适用于精确放疗的质量控制设备是保证放射治疗全过程各个环节按国际标准准确、安全地执行的重要条件。目前的质量控制设备已经从以前的简单模室设备发展成为辅助设备, 定位设备, 模室设备, 剂量仪器四大类, 几十种系列产品。放疗质量控制设备对应肿瘤靶点精确定位起到越来越重要的作用, 发展也比较快^[6]。笔者在这里对质量控制设备在放疗中的应用与进展作一综述。

1 设备 1.1 辅助设备

常用的仪器有等中心射野校准仪, 可在常规放疗前校验机架、治疗床, 准直器、光距尺、激光灯等的几何精度; 验证光野与射野的一致性, 射线等中心与机械等中心的一致性。测深头盔可在作头部X-刀摆位治疗前验证标记是否变化, 并用模基等中心坐标金属球动态复查, 多重检验^[7]。

1.2 定位设备

目前高精度影像设备(CT、M RI、PET-CT)和高精度的治疗机(钴60机和直线加速器)、高精度模拟定位机的出现和采用使得高精度治疗得以进行。而体位定位设备经历从石膏模到真空成型头盔再到热记忆成型模几个阶段, 目前临床上得到承认和推荐应用的还是“固定架+头枕真空垫+热记忆成型模”结构, 这是以有机玻璃材料或碳素纤维材料制成的仰卧位、俯卧位各种角度头部固定架、头肩部固定架、胸部固定架、腹部固定架、和乳腺托架为基础, 患者体部下部垫以头枕或真空成型垫, 患者上部敷以热记忆性面膜、头肩膜、胸膜、腹膜。采用热记忆膜作体位成型固定, 优点是方便简捷、重复性好、定位精度高、可专人专用、避免使用彩色墨水在患者体表定标。

1.3 模室设备

采用铅锡铋镉制成的熔点为国为70℃的低熔点合金浇铸成型作为射野挡块, 将规则野变成不规则野, 使射野形状与靶区形状一致, 并保护正常组织和重要器官, 是目前临床应用的可靠方法。模室设备包括手动或程控热丝切割机, 低熔点合金及其控温铅炉, X射线或电子线挡块浇铸模具, 以及挡块验证仪等。需要制作三维调强补偿板时可以使用AUTIMO系列的程控挡块切割机和补偿板铣削机, 其优点是准确性高、简便。

2 剂量仪器

对各类型治疗机放射剂量进行监测和控制需要各类型剂量仪器, 伴随着大剂量和精确放疗的推荐, 也有相适应的各类型剂量仪器出现, 剂量仪器可分为以下几类:

2.1 电离室和静电计

对X射线吸收剂量进行绝对值测量最成熟方便的还是FAMER类型的石墨铝电极的指形电离室, 常规放疗一般采用0.6cc电容电离室, 近年来为了对X-刀、γ-刀进行剂量测量发展了0.015 cc, 0.125 cc之类微点电离室, FAMER电离室借助一根低噪声长达10-20 m的电缆与静电计相接测量辐射场累计剂量和剂量率。对电子线的测量使用0.05-0.5 cc的平行板电离室。射线束分析仪俗称三维自动水箱是常用的测量与分析射线束的设备, 其常用的探头有半导体探头和电离室。为测量辐射场的动态分布, 产生了探测器直线阵列或二维的电离室矩阵, 各种验证IMRT用的模体以及应用软件^[8]。目前一般进口剂量仪如英国NE公司, 德国PTW公司, 美国VICTOREEN公司都是高质量的参考级剂量仪供应商。剂量仪经过三个发展阶段:a.定时作累积剂量监测, 需人工进行各种温度、压力、剂量因子换算以表针或LED显示的第一代静电计, 如NE公司的2503型静电计。b.可以作累计剂量也可以作剂量率测量, 可自动进行温度、压力、剂量因子修正。以LED显示的第二代仪器如NE2570, CAPINTEC192等。c.在第二代仪器基础上加上大屏幕液晶显示器, 可与计算机联接, 自动存储、处理、分析测量数据的第三代仪器如NE2670, PTW UNIDOS等。静电计分为参数级和工作场级两种。前者稳定性、重复性较好, 放疗部门可作绝对值测量, 并送到国家计量部门比对作基层放疗部门的标准剂量计, 而后者担任一般治疗机的日常测量工作。静电计剂量仪的优点是可以获得较高精度和较稳定的测量。可实时测量射野强度分布的半导体探测器阵列有SUNNUCLEAR公司的MAPCHECK等^[9]。当能量大于10MV医用电子直线加速器产生高能X射线时, 会有中子污染, 使用CR-39固体径迹探测器是测量中子污染简单经济的方法^[10]。

2.2 热释光剂量仪

利用掺杂元素为镁、铜、磷或镁、钛的氟化锂(LiF, TLD-100)晶体被射线辐照后, 有少量吸收能量滞留在晶格中, 当晶体被加热后又转为可见光释放能量的过程, 可以制成热释光剂量仪(TLD), 它具有量程宽, 达6个数量级(1 μGy ~ 10 Gy), 灵敏度高, 能响好, 核查非参考条件下, 放射治疗临床剂量学参数方便, 准确性高^[11], 测量数量大和成本低的优点, 是一种既可作辐射野测量, 又可作防护测量的仪器。氟化锂的有效原子序数为8.2, 与软组织(7.4)比较接近, 适合临床应^[12]。英国HARSHAW公司的4500和5500型热释光剂量仪可自动完成对50片TLD的测量和记录。应用头部和体部X-刀作三维适形治疗时, 由于要对肿瘤靶区、健康组织和要害器官作多点剂量监测, 即使使用多道电离室也只能最多作12道剂量监测, 而且价格较贵。而使用成本低廉的TLD片可以几乎无限制的监测数十甚至数百点的吸收剂量, 如果把热释光剂量仪和仿真人体模型结合使用, 便可以得到体内剂量的验证。随着辐照体模技术长足的发展, 将电离室、热释光剂量仪、驻极体探测器、半导体探测器、剂量胶片置入人体模型内进行实测的“模型模拟法”, 避免了繁杂的计算, 结果也较为真实。现代临床剂量学中高度拟人化人体模型, 高灵敏剂量探测器与高性能的计算机系统已成为不可分割的整体。对实现肿瘤病灶的“精确定位”、辐射剂量的“准确传递”、实施过程的“真实验证”、各种信息的“系统集成”起到重大作用, 极大的促进了立体放射治疗、适形放射治疗、调强放射治疗、肿瘤定位治疗一体化的发展^[13]。

2.3 胶片剂量仪

胶片剂量仪是一种资格最老的剂量仪器, 利用胶片在射线曝光以后黑度的变化, 由一个光源、一个控制光线的光阑和一个测量透过胶片光密度的光电路组成的仪器就可以测量黑度从而可以分析射野场的剂量分布。胶片剂量仪很难作绝对值测量, 但对光野-射野重合性, 射野平坦度、对称性和离轴比性能测量却极其方便、快捷。对于包绕、镶嵌型肿瘤使用逆向调强可以获得形状复杂的照射野, 这时使用静电计和热释光剂量仪进行剂量验证都十分复杂且效果不好, 只有胶片黑度计有满意的效果。因此, 对于肿瘤放射物理学中的常规剂量测量和放射治疗计划尤其是调强适形放射治疗计划的剂量验证具有重要的实用价值^[14]。近来, 新问世的高剂量胶片(KODAK EC-L FILM)、12位、16位激光胶片扫描仪VXR-12/16和相应胶片黑度分析软件系统RT113和SCARTS可以清晰地显示出调强射野的形状和大小, 以及剂量的分布情况, 是目前验证调强射野相对剂量的有利工具^[15]。

3 射野影像系统

照射野验证是放射治疗质量保证的关键之一, 近年来电子射野影像装置(electronic portal image device, EPID)已成为放射治疗中监测照射野、体位重复性的重要工具。EPID是作加速器常规质量控制和检测的快速工具, 同时随着调强适形放射治疗在临床中的应用, 还用于检测逆向治疗计划设计的调强照射野强度分布、多叶准直器(multileaf collimator, MLC)叶片的运动及实时检测^[16]。射野影像系统可动态监测照射时患者体位和射野位置及形状, 治疗体位下的EPID影像通过局网(例如Lantis)进人TPS, 与DRR和模拟机X片进行比较和误差分析^[17]。由于胶片法、热释光剂量计和半导体等验证方法存在许多缺点, 如胶片法虽可快速获得照射后的二维黑度分布, 并可进一步转换为剂量分布, 但存在处理和数据读取工作费时, 不能进行实时验证, 且需要在照射过程中中断治疗等缺点, 热释光剂量计和半导体只能做点剂量测量, 且热释光剂量计无法做实时验证。作为一种快速的剂量测量系统, EPID可以在短时间内获取大量照射野的信息, 每天使用EPID可快速检测照射野和灯光野的重合性, 检测多叶准直器每个叶片是否正常及到位精度, 在调强照射野验证、实时患者剂量验证与监测等方面具有广阔的应用前景。

结论 工程技术人员和肿瘤医生的合作促进了放射治疗质量控制设备的产生与发展, 不断发展的质量控制设备是保证放射治疗全过程各个环节按国际标准准确、安全地执行的重要条件, 它必将有力提高了肿瘤的局部控制率, 推动精确放疗不断发展, 挽救更多肿瘤患者, 为人类造福。