醫用加速器碳纖維治療床延長板結合部對放療劑量的影響

李定宇， 劉飛， 王俊峰， 黃河， 袁響林， 邱紅

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·影像技術學·

醫用加速器碳纖維治療床延長板結合部對放療劑量的影響

李定宇， 劉飛， 王俊峰， 黃河， 袁響林， 邱紅

目的：探討加速器碳纖維治療床結合部對調強放療劑量的影響。方法：利用二維平板電離室矩陣，測量6MV X射線穿射過碳纖維治療床延長板結合部和避開結合部后的劑量。分析不同機架角度下治療床結合部對X射線劑量的影響。比較實例放療計劃穿射與避開結合部的治療計劃的驗證通過率。結果：二維矩陣電離室實測結果顯示，射野處于110°～180°機架角范圍，穿射結合部位后射線會產生較大衰減，結合部衰減范圍集中在延長板分界向床頭方向3cm，床尾方向11cm的范圍。116°～180°機架角，部分測量點劑量偏差值超過10%。145°機架角時測量點最大偏差值達24.2%。10例實例測量VMAT治療計劃中，射野穿透結合部的Gamma通過率較避開結合部顯著降低(t=4.349，P=0.002)。結論：加速器碳纖維治療床延長板結合部可顯著降低放療劑量。在放射治療擺位應盡可能避免治療射野穿射碳纖維治療床結合部，無法避免時，應將其產生的射線衰減考慮在治療計劃的設計中。

放射療法； 結合部； 放射治療劑量

精確放療中，高劑量及低劑量效應與其體積有關，2008年國際輻射單位和計量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83號報告推薦以接近最小劑量D2和接近最大劑量D98代替D0和D100進行評估[1]。調強放療技術越來越多地應用于臨床放射治療中，靶區劑量分布的良好適形性及準確性是調強放療的主要優點。多角度給野及照射野中設置多個子野是保障劑量分布適形性是重要因素，然而后野及后側斜野的照射都將穿過治療床，治療床對照射野及子野劑量影響是個不容忽略的問題。陸續有學者分析測量發現碳纖維床實心板直射穿透因子為96.7%，碳纖維網狀板直射穿透因子為99.6%，去桿斜入射床面穿透因子為98.6%，總體而言碳纖維治療床在對劑量影響相對較小[2]。然而由于治療需要，醫科達等加速器廠家設計的治療床均有延長部位，為增加延長部位治療床穩定性，廠家均采取了一定加固措施，稱之為結合部。目前尚無結合部對調強治療射線劑量影響的分析報道，本研究旨在分析結合部對調強計劃劑量分布的影響程度。

1.測量設備

二維電離室矩陣系統IBA MatriXX由平板探測器陣列、固體水和分析軟件組成。平板探測器31.5 cm×31.5 cm×4.0 cm，含1020個空氣電離室并排列成32×32的平面矩陣(四角上各缺一個電離室)，每個電離室外徑4.5 mm，高5 mm，靈敏體積0.08 cm3，間距7.619 mm。固體水模體MultiCube為32 cm×34 cm×22 cm。MatriXX具有良好劑量響應特性[3]，多用于加速器調強放療劑量驗證[4-5]。分析軟件為OmniProI'mRT，用于獲得二維矩陣測量平面內點劑量，分析任意切面離軸劑量分布。治療計劃系統采用Elekta Monaco，CT模擬定位機采用GE/e，加速器采用Elekta Synergy。

2.測量方法

方野照射穿過結合部的測量方法為將二維矩陣MatriXX和固體水模MultiCube擺放到碳纖維治療床結合部上方中央處，結合部刻度線與加速器等中心激光線重合，MultiCube模體刻度線也與加速器等中心激光線重合，即二維矩陣有效測量平面中心與加速器等中心重合。采用6 MV X射線，100 MU機器跳數，22 cm×22 cm對稱方野，在機架角90～180°以5°間隔定義射野入射方向，110°～120°以1°間隔定義入射方向，150°～160°以1°間隔定義入射方向，測量射線穿過結合部的劑量(圖2a)。方野避開結合部時的測量方法基本同前，將MatriXX和MultiCube整體翻轉180°后擺放，其它條件不變，在機架角270°～360°以5°間隔定義射野入射方向，290°～300°以1°間隔定義入射方向，330°～340°以1°間隔定義入射方向，利用測量裝置和機架旋轉對稱性，采取倒置測量方法獲得相當于正置測量機架角度為90°～180°間的射線沒有穿結合部的測量結果(圖2b)。

選擇10例容積弧形調強放射治療技術(volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT)進行實例放療計劃測量。VMAT計劃射野需要旋轉360°，與靜態調強相比能更好排除物理師主觀選擇通過床板射野角度的影響，擺位條件和方野相同，分別將MatriXX和MultiCube正向放置在床板結合部上方等中心處或測量設備向床尾方向移動40 cm且避開結合部的加速器等中心位置，機架旋轉出束，測量二維矩陣平面劑量。

3.劑量分析方法

針對同一入射角度，比較方野兩組數據的劑量圖在相同空間位置的劑量差別，統計劑量各個入射角度偏差大于3%和大于10%的測量點個數所占百分比，再比較相同入射角度兩組數據的最大劑量差別，最后對兩組數據進行Gamma分析[6]。實例放療計劃測量時，用Monaco計劃系統計算出無床板情況下的二維矩陣測量平面的劑量分布，再用兩組實測結果分別于計劃系統計算出的劑量分布進行Gamma分析，比較兩組數據γ值差異。

4.統計學方法

采用SPSS 18.0進行配對樣本t檢驗， 以P<0.05為差異具有統計學。

結　果

1.方野測量

照射野穿過結合部，超過90°機架角的射野中存在不規則劑量衰減材料，在很多角度顯示有近似三角形的衰減材料阻擋射野，而避開床板結合部的不同機架角劑量變化均勻(圖2)。

90°～110°機架角方野射野穿射結合部時的點劑量偏差<3%；隨著機架角增大，射野穿透結合部，當機架角≥111°時，射野內出現多點劑量偏差值超過3%；當機架角≥116°時，部分測量點劑量偏差值開始超過10%(圖3)。穿射結合部時，方野測量平面內，測量點最大劑量偏差比例見圖4， 145°機架角測量點最大偏差值達24.2%。避開結合部時，采用22 cm×22 cm方野測量進行Gamma分析，結果顯示112°和151°之間劑量的Gamma通過率<90%(圖5)。

2.實例測量

對10例實例測量VMAT治療計劃時避開結合部的Gamma通過率均大于90%，可通過劑量驗證。實例測量穿射結合部范圍后的Gamma通過率明顯降低，差異具有統計學意義(t=4.349，P=0.002，圖7)。

放療采用的碳纖維治療床板對射線的衰減較小，目前物理師在計劃設計及放療技師在放療擺位過程中，均不予以考慮治療床板的影響[2]。但由于目前尚不清楚治療床結合部對射野劑量分布的影響，在實際放療計劃設計及放療擺位工作中，大多數放療物理師及技師均未予考慮治療床結合部的影響。

本研究顯示，碳纖維治療床內部結合部的加固材料會使射線產生較大的衰減。在機架角大于110°時，結合部對劑量衰減的阻擋作用隨著角度增加而增大。臨床實際工作中，由于床板衰減和擺位誤差導致的劑量偏差在小于3%時是可以接受的，但在110°～145°機架角范圍內，射野穿射結合部時隨著機架角度增加，結合部的衰減阻擋作用所致方野內劑量測量點偏差值也越來越大，大于116°機架角時部分測量點劑量偏差值超過10%，145°機架角時結合部對6MVX射線最大衰減偏差值高達24.2%，這大大超過了臨床可以允許的偏差范圍。ICRU 24號報告指出，腫瘤原發灶根治劑量的精確性誤差應<5%，靶區劑量偏離最佳劑量5%時，有可能使腫瘤原發灶失控或并發癥增加，從而最終導致治療計劃的失敗。本研究提示，考慮床板內結合部對稱的加固材料，如果有射野處于110°～250°的機架角時，放療技師擺位時應盡可能將照射野避開治療床結合部。

物理師常使用Gamma分析方法對比計劃劑量和實測劑量Gamma通過率來進行劑量驗證，采用33標準(距離3 mm，劑量偏差3%)，通過Gamma通過率的變化，來判斷兩組劑量分布圖的相似程度，一般來說，當Gamma通過率>90%時，即認為兩組劑量分布圖差別小能夠通過驗證。本研究亦采用Gamma分析方法，比較方野兩組數據Gamma通過率的差別。由于Gamma通過率在實際中易受測量面積影響，本次方野測量中采用的是22 cm×22 cm的方野，如果縮小射野只讓射野通過加固范圍時，Gamma通過率會更低。兩組方野測量結果的Gamma分析結果也顯示112°～151°之間劑量的Gamma通過率<90%，即當射野為22 cm×22 cm的方野時，對應角度的兩幅劑量分布圖差別較大，無法通過劑量驗證。在實例計劃驗證通過與否的分析中，筆者可以看到避開結合部的實測VMAT治療計劃驗證通過率均大于90%；如果相同計劃穿射結合部范圍后的Gamma通過率明顯降低。在這10例實測VMAT計劃中，由于穿射結合部的射野權重不同，所以結合部對整個治療計劃的驗證通過率的影響根據實際計劃變化，但總體而言穿射結合部均會導致驗證通過率的下降。

通過標尺工具測量CT重建圖中的加固結構影像，筆者發現本院Elekta Synergy加速器一側加固結構的長度約為11 cm，其中延長板分界床頭方向長2.5 cm，床尾方向長8.5 cm。比較不同角度射野穿射結合部加固材料的測量結果后，受測量面積影響，筆者發現劑量的不均勻衰減主要集中在延長板分界向床頭方向3 cm及床尾方向11 cm的范圍內。筆者認為此范圍為射線穿射延長板加固材料的范圍。考慮到加速器假源到等中心距離為100 cm，床寬約46 cm，因此患者的靶區范圍在擺位時建議避開延長板分界床頭方向4.6 cm，床尾方向16 cm的區域，盡量防止加固材料劑量衰減造成的靶區照射劑量不足。在臨床擺位時，放療技師習慣將患者的頭頸肩部置于延長板結合部，而這也是顱內腫瘤、頭頸部腫瘤甚至胸部腫瘤的靶區范圍，現在VMAT和逆向調強放射治療技術(Intensity-modulated radiation therapy，IMRT)大量應用于臨床，大部分計劃中都有射野處于110°～250°的機架角范圍內，擺位中應有意識的使患者靶區避開延長板結合部。但如髓母細胞瘤、白血病顱內侵犯等勾畫靶區縱軸較長時，受床板整體長度的限制，擺位中靶區很難避開延長板結合部的范圍，后野會通過床延長板結合部，臨床多采用俯臥位使射野避開碳纖維床及床面延長板結合部。但由于俯臥位舒適度及重復性差，臨床如果采用仰臥位治療時由于實際條件限制，無法避開結合部時，放療技師應與物理師協商，重新調整計劃設計，將不同角度的劑量衰減情況考慮到計劃設計中，從而保證靶區足夠的照射劑量，避免照射野內劑量冷區的存在。

[1]International Commission on Radiation Units and Measurements.Prescribing,recording,and reporting photonbeam intensity- modulated radiation therapy (IMRT)[J].J ICRU,2010,10(1):NP.

[2]郭海亮，袁軍，許明君，等.通過電離室測量分析碳纖維床對放療劑量的影響[J].臨床醫學工程，2013，20(11)：1336-1337.

[3]Amerio S，Boriano A，Bourhaleb F，et al.Dosimetric characterization of a large area pixel-segmented ionization chamber[J].Med Phys，2004，31(2)：414-420.

[4]Araki F，Tajiri S，Tominaga H，et al.Application of a 2D ion chamber array for dose verification of dynamic IMRT with a micro-MLC[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys，2006，66(3)：703-704.

[5]Stasi M，Giordanengo S，Cirio R，et al.D-IMRTverification with a 2D pixel ionization chamber：dosimetric and clinical results in head and neckcancer[J].Phys Med Biol，2005，50(19)：4681-4694.

[6]苗利，孫彥澤，李新民.放射治療劑量驗證中常用劑量分布比較方法及分析[J].輻射研究與輻射工藝學報，2012，30(4)：246-250.

Effect of the conjunction area in accelerator carbon fiber treatment couch on radiotherapy dosage

LI Ding-yu，LIU Fei，WANG Jun-feng，et al.

Department of Oncology，Tongji Hospital，Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,P.R.China

Objective：To study the effect of the conjunction area in accelerator carbon fiber treatment couch on radiotherapy dosage.Methods:The dose of X-ray penetrating and avoiding the conjunction area in carbon fiber treatment couch were measured by using two-dimensional ionization chamber matrix (MatriXX).Effect of the conjunction area in carbon fiber treatment couch on X-ray dose of different gantry angles were analyzed.Gamma pass rates for ten VMAT radiotherapy plans with X-ray penetrating or avoiding the conjunction area were compared.Results: Great attenuation of X-ray could be observed when the X-ray penetrated the conjunction area in carbon fiber treatment couch especially with the gantry angle between 110°～180°.The attenuation range was between front 3cm and back 11cm at the extended boundaries of the treatment couch.When the gantry angle was between 116°～180°，the dose deviation of some measurement points exceeded 10%.At 145° gantry angle,the max deviation reached 24.2%.In the VMAT radiotherapy plans of ten real patients，the Gamma pass rate of X-ray penetrating the conjunction area in carbon fiber couch reduced significantly compared with that of X-ray avoiding the conjunction area (t=4.349，P=0.002).Conclusion:The conjunction area in accelerator carbon fiber treatment couch could reduce radiotherapy dosage significantly.The body position of radiotherapy should avoid the radiation fields penetrating the conjunction area in carbon fiber treatment couch.If it can't be avoided，ray attenuation caused by the conjunction area should be considered in the design of radiotherapy plan.

Radiotherapy; Conjunction area; Radiotherapy dosage

430030武漢，華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院腫瘤中心

李定宇(1983-)，男，湖北武漢人，碩士，主管技師，主要從事放射物理相關工作。

邱紅，E-mail：tjqiuhong@163.com

R815

A

1000-0313(2016)07-0662-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.020

2016-02-23)