Mapcheck 3的劑量學特性測量及比較

王頔，董惠芬（通信作者），張馮迪

1 武漢大學基礎醫學院 （湖北武漢 430071）；2 武漢大學附屬同仁醫院 （湖北武漢 430060）

隨著放射治療技術的快速發展，放療越來越多地應用于各類腫瘤患者治療中，并取得了良好的療效。雖然目前各種新型放療技術不斷涌現，但基礎的適形調強放射治療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）以其高度適形且均勻的劑量分布特性，較為低廉的設備門檻，已成為目前國內應用最為廣泛的放射治療技術之一。而IMRT技術作為一種對多葉準直器（MLC）精度高度依賴的放療技術，為了保證治療的安全性和準確性，IMRT的劑量學驗證工作就變得尤為重要[1]。

計劃驗證在很長的時間內依賴于膠片驗證，但膠片驗證因為其操作復雜且單次驗證耗時較長的特點，已經越來越少地應用在日常的驗證工作中[2]。而以Mapcheck家族為代表的二維或三維半導體矩陣在計劃驗證工作上使用相對比較簡單，已在過去的十年間廣泛應用于IMRT計劃的劑量驗證[3]。SunNuclear作為Mapcheck的制造商，在2018年底推出了新一代的計劃驗證二維矩陣，命名為Mapcheck 3，用以替代Mapcheck 2應用于IMRT的驗證工作。本研究旨在對新一代的Mapcheck 3探測器劑量學特性進行測量，對其性能進行分析，并將新舊兩代Mapcheck進行比較，從而為放射治療計劃的驗證提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究采用美國Varian EDGE直線加速器，飛利浦Pinnacle計劃系統，二維半導體探測器陣列Mapcheck 2、Mapcheck 3及其配套的SNCPatient V8.2劑量分析軟件。Mapcheck 2和Mapcheck 3在主要參數上基本一致，均具有1 527個半導體探測器，這些探測器以中心間距1 cm的間隔均勻分布在一個26×32大小的矩形平面上，上方覆蓋一定厚度的固體水[4]，見圖1。而Mapcheck 3采用Sunpoint 2半導體探頭，與Mapcheck 2所使用的Sunpoint 1探頭相比，最顯著的區別在于兩者體積的變化，2代的有效測量體積只有1代的一半大小（表1），更小的體積可以帶來更高的空間分辨力和更小的體積平均效應。

圖1 Mapcheck 2和Mapcheck 3探測器分布

表1 Sunpoint探測器參數比較

1.2 Mapcheck 2和Mapcheck 3模體中探頭劑量學特性的測量

1.2.1 探頭一致性精密度

分別將Mapcheck 2和Mapcheck 3中心放于治療加速器等中心處，加速器機架和小機頭均設置為0°，采用6 MV光子線，400 MU/min劑量率，射野大小35×35，照射200 MU劑量到Mapcheck，使用SNCPatient軟件記錄測量結果。再將Mapcheck沿長軸旋轉180°后重復測量，再次保存結果，重復上述測量結果3次，取平均值[5]。

1.2.2 劑量線性

分別將Mapcheck 2和Mapcheck 3中心放于治療加速器等中心處，加速器機架和小機頭均設置為0°，采用6 MV光子線，400 MU/min劑量率，射野大小25×25，按照不同跳數照射6次，每次跳數分別為100、200、300、400、500、600 MU，重復測量3次[6]。

1.2.3 重復性

分別將Mapcheck 2和Mapcheck 3中心放于治療加速器等中心處，加速器機架和小機頭均設置為0°，采用6 MV光子線，400 MU/min劑量率，射野大小25×25，照射200 MU劑量到Mapcheck，使用SNCPatient軟件記錄測量結果。重復上述測量10次。

1.3 結果計算方法

1.3.1 探頭一致性精密度

使用SNCPatient軟件獲取每次測量中每個探頭的實測劑量值，利用Excel計算同一位置的探頭劑量差異百分比，再求出所有1 527個探頭差異百分比的平均值。

1.3.2 劑量線性

使用SNCPatient軟件采樣Mapcheck中心周圍8個探頭在不同劑量下的測量讀數，用最小乘二法擬合出線性回歸方程，方程回歸系數即為劑量線性結果。

1.3.3 重復性

使用SNCPatient軟件采樣Mapcheck中心周圍8個探頭10次測量的結果，在測試結果中采樣8個探測器，定義任意探測器在第i次測量中的讀數為Ri，則第n個探測器在所有測量中的平均值為：

求出所有測量結果的標準差，則該標準差即為矩陣重復性的值。

2 結果

2.1 探頭一致性精密度

將3次測量結果取平均值，將旋轉前后兩次相同位置的探頭的劑量值相減，得到圖2和圖3所示的劑量百分比差異，橫軸為探頭所在的行數坐標、縱軸為各探頭偏差的百分比。計算所有1 527個點測量差值的平均百分比，Mapcheck 2為0.1563%，Mapcheck 3為0.0154%。

圖2 Mapcheck 2劑量百分比差異

2.2 劑量線性

對于劑量跳數在100～600 MU時所得到的模體中部8個探頭的絕對劑量做線性回歸（圖4），其中橫軸為單次照射的跳數，縱軸為歸一化的測量結果平均值。得到的擬合后的回歸方程為：

圖3 Mapcheck 3劑量百分比差異

Mapcheck 3：Y=-0.09232+1.054107X

其中X為劑量跳數；Y為探頭測量劑量常量平均值；常數項為-0.09232，回歸系數為1.054107，各探頭測量值的最大差異百分比為0.0394%。

Mapcheck 2：Y=0.047372+1.057462X

常數項為0.047372，回歸系數為1.057462，各探頭測量值的最大差異百分比為0.0337%。此最大差異百分比反應了Mapcheck的劑量線性，可以看出Mapcheck 2和Mapcheck 3均具有良好的劑量線性，且兩者劑量線性結果接近。

圖4 Mapcheck 2和Mapcheck 3探頭劑量線性曲線

2.3 重復性

以10次測量200 MU所得的矩陣中心區域的8個探頭的劑量結果得到重復性變化曲線（圖5），其中橫軸為測量次數，縱軸為單次測量后探頭測得的劑量值。計算得出Mapcheck 2的平均值為211.43013，標準差為0.04586，偏差百分比為0.0217%；Mapcheck 3的平均值為210.6332，標準差為0.02553，偏差百分比為0.0121%。

圖5 Mapcheck 2和Mapcheck 3探頭的重復性曲線

3 討論

IMRT的復雜性在于其使用了高精度的MLC和高度依賴于放療計劃系統（TPS）的建模和計算精度，所以必須在患者實際治療前進行準確的計劃驗證工作，從而保證放療計劃可以準確的實施。Mapcheck作為最廣泛使用的計劃驗證設備之一，必須保證驗證設備本身的劑量學特性滿足臨床要求[6]。新一代的Mapcheck 3很好地繼承了上一代的特點，而其采用的Sunpoint 2探頭相較于上一代產品具有更好的劑量學特性，能夠滿足臨床的使用要求。

在上述測試中，Mapcheck 3重復性偏差為0.0121%，反映了Mapcheck 3本身具有優異的穩定性，比較2代產品進一步提升。而穩定性的提升很大程度上取決于Mapcheck 3采用了新一代的Sunpoint 2半導體探測器。部分研究中也指出該半導體探測器連續重復15次測量，每次機器跳數60 MU，探測器的響應變化為±0.15%[7]。距標定9個月后，采用該型探測器的Mapcheck的探測響應變化為±0.2%[8-9]。證明采用Sunpoint探測器的探測矩陣比同種類采用空氣電離室的矩陣具有更好的穩定性[10]。

目前中國部分醫院已經可以開展立體定向放射治療（SRS），該治療方式的特點是單次大劑量且射野面積小。這對于傳統的計劃驗證設備提出了新的要求，單次大劑量要求驗證設備在接收大劑量測量時仍然能夠保持良好的劑量線性。本研究中對于線性的測量從常規的100 MU一直延伸至單次600 MU，結果顯示在該狀態下Mapcheck 3依然能夠保持良好的劑量線性；同時對于小體積的靶區，射野半影區具有更大的比重[11]。半影區具有劑量分布變化快的特點，而探測器本身的體積越大，存在的體積平均效應越明顯[12]。Mapcheck 3采用的Sunpoint 2探頭在劑量響應特性不改變的情況下將有效測量面積縮小了一半，提供了更高的空間分辨力和測量精度，使得探頭的體積平均效應更低，更能夠滿足現代放療中測量劑量梯度增大的射野需求[13]。