醫用加速器碳纖維治療床和固定底板盆腔部位對旋轉射野及固定野吸收劑量的影響*

馬 筠 柏正璐 李 軍* 桂龍剛 陳永東

隨著放射治療技術的發展，調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)等傳統放射治療手段已普及，容積旋轉調強治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)等新技術正逐步開展。VMAT以旋轉弧照射為基礎，照射過程中機架非勻速旋轉，同時劑量率和子野連續變化，是進行單弧或多弧調強照射的一項放射治療技術[1-2]。治療床面及固定底板以下的照射野經常應用于IMRT和VMAT治療中，治療床和固定底板對患者照射劑量衰減的影響需要給予充分的考慮[3]。后野和后斜野照射時，射線需要穿過治療床和固定底板到達靶區，治療床及固定底板會改變射線的建成區域，使得皮膚表面劑量升高。有關醫用直線加速器全碳纖維治療床對后斜射野劑量的影響，國外已多有文獻[4-8]報道，但主要集中研究治療床在不同入射角度固定照射時對劑量的影響。隨著VMAT新技術逐步在臨床中開展，旋轉照射一圈時有一半的照射弧處于治療床和固定底板下方，且存在VMAT多參數協作的不確定性，僅研究不同入射角度固定照射時對治療床和固定底板的影響遠遠不夠。為此，本研究以盆腔部位腫瘤為例，探討在不同入射角度固定照射和旋轉弧照射兩種情況下，治療床及固定底板對劑量的衰減。

1 材料與方法

1.1 設備與材料

采用Varian Clinac IX型直線加速器(美國VARIAN公司)；配備圖像引導放射治療(image guided radiation therapy，IGRT)全碳纖維治療床和ORFIT AIO型碳纖維固定底板(比利時ORFIT公司)，整個床板從靠近機架端開始分別為薄(Thin)、中(Medium)、厚(Thick)3個部分[9]。采用能量為6 MV的X射線，劑量率為400 MU/min。測量設備采用SunNuclear型劑量儀(美國SunNuclear公司)；多層疊放的C134固體水模體(30 mm×30 mm×20 mm，德國IBA公司)；IBA的FC65-G型電離室(德國IBA公司)，該電離室測量敏感體積為0.65 cm3，具有很高的空間分辨率。

1.2 測量方法

(1)將治療床前后長度移至150 cm，固體水模體擺放位置為厚(Thick)床部分，對應人體盆腔部位，調整水平，并使固體水模體于床板左右邊距等距。碳纖維固定底板疊加在治療床上，頂端與床平齊，將固體水模放置在兩者之上，使電離室有效測量點置于模體的幾何中心，電離室中心點距上下表面均為10 cm，測量治療床及固定底板對放射治療劑量的影響[10]。每次照射機器跳數設置為100 MU，在不同照射野下采用同中心照射源到電離室中心距離(source to chamber distance，SCD)為100 cm進行實驗。移去固定底板，擺放情形與上述相同，測量治療床對放射治療劑量的影響。兩者相比較得出固定底板對能量為6 MV的X射線透射因子。

(2)旋轉弧照射。分別將360°均分成4弧、8弧、12弧，即測量旋轉弧弧度為90 °、45°和30°時的吸收劑量，分別記為弧度(ARC)4(270 °～0 °、0 °～90°、90 °～180°和180 °～270 °)、ARC8(270 °～315 °、315 °～0 °、0 °～45 °、45 °～90 °、90 °～135 °和135 °～180 °)和ARC12(270 °～300 °、300 °～330 °、330 °～0 °、0～30 °、30 °～60 °、60 °～90 °、90 °～120 °、120 °～150 °和150 °～180 °)。

每次吸收劑量均記錄3次后取平均值。

(3)固定野照射。機架順時針方向每隔10 °測量190 °～180 °機架角轉一周的吸收劑量，記為Fixed36，此結果和旋轉照射結果相比較。

(4)旋轉弧照射和固定野照射實驗中以IGRT治療床以上270 °～90 °的各點測量值作為參考數值Dr，治療床以下90 °～270 °的各對應測量點的讀數為Dc，碳纖維材料對X射線的透射率(F)計算為公式1:

2 結果

2.1 旋轉弧照射中F值隨射野角度的變化

(1)當射線穿過碳纖維床板及固定底板時，ARC4、ARC8和ARC12在照射野5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、15 cm×15 cm、20 cm×20 cm和25 cm×25 cm中不同弧度處的F值見圖1。

(2)移去固定底板，不同弧度處，治療床對6 MV X射線透射率的變化趨勢與上述類似。不同弧度處固定底板對射線的衰減因子見表1。

2.2 固定野照射中F值隨射野角度的變化

(1)當射線穿過床板及固定底板時，F值在10 cm×10 cm和20 cm×20 cm照射野情況下隨入射角度的變化見圖2。

(2)當F值在120 °時最小，分別為92.21%和92.96%。治療床下方射野中，90 °～180 °和180 °～270 °兩個區間中F值隨入射角度的變化趨勢呈對稱性。以90 °～180 °區間為例，120 °之后，F值隨入射角度的增加而升高，并在180°時達到最大。從110 °變為120 °時，F值有一個陡然降低的趨勢。不同角度處固定底板對射線的衰減因子見表2。

圖1 ARC4、ARC8和ARC12在不同照射野下不同弧度處的透射率

表1 不同弧度處固定底板對射線的衰減因子(%)

圖2 固定野中F值隨入射角度的變化趨勢

3 討論

治療床和固定底板是患者放射治療時重要的載體，用于支撐患者，治療床和加速器機架配合，可以使射線從任何方向射入病灶[11]。當使用后斜野照射，即機架角度在治療床以下(90 °～180 °、180 °～270 °)時，部分射線會先穿過治療床及固定底板后再到達模體，在實際治療患者時，會使得靶區平均劑量下降，處方劑量覆蓋靶區面積下降。單個斜入射野的最大衰減達到7.1%，因此有必要考慮治療床和固定底板對射線衰減的影響。

表2 不同角度處固定底板對射線的衰減因子(%)

ORFIT AIO碳纖維固定底板的參考說明顯示:6 MV的吸收量＜1.4%。廠商僅僅注明固定底板受到射線垂直照射時的衰減系數，并未說明射線從其他方向射入時，以及不同射野大小照射時，固定底板對射線的衰減作用[12]。當入射角為120 °，照射野為10 cm×10 cm時，射線穿過治療床板和固定底板疊加后的F值僅有92.21%，遠遠超過了國際輻射單位與測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)24號報告的“原發灶的根治劑量的精確性應好于±5%”[13]的要求。隨著機架角度進一步減小，只有少數射線穿過治療床板和固定底板，F值增加，當90 °垂直照射時，左右射野幾乎都不穿過治療床板和固定底板，F值接近100%，無衰減。當入射角度從120 °開始增大時，F值也隨之升高，并在180 °時達到最大。所以在考慮射線衰減時，并不能完全依賴廠商提供的參考說明，即使是在垂直照射的情況下，也應綜合考慮碳纖維床板和固定底板的影響。F值在10 cm×10 cm和20 cm×20 cm照射野中分別為95.41%和96.23%，衰減率接近ICRU指標。

無論是固定野照射還是旋轉弧照射，F值隨射野的增大而增加，當使用20 cm×20 cm或更大照射野時，除了個別角度和弧度，其他的透射率幾乎都在95%以上，而使用小野照射時，比如食管癌術后患者，在設計計劃角度時要格外注意，盡量不選用治療床下方120 °～150 °和210 °～240 °之間的這些射野。條件允許時可以考慮選用VMAT制作計劃，相比使用120 °和240 °射野帶來的極低透射率，單弧或多弧照射時可以削弱某一角度射線帶來的高衰減率的影響，提高靶區的劑量及整體透射率。

4 結語

治療床和固定底板在IMRT和VMAT治療中的劑量衰減明顯，旋轉弧照射時的總體透射率略低于固定野照射，但固定野照射時120 °和240 °角度的透射率受治療床和固定底板的影響較大，制作計劃時不宜采用。本研究在基于治療床和固定底板對固定野照射吸收劑量影響的基礎上，對比分析旋轉照射野穿透治療床和固定底板的透射率情況，可為制定放射治療計劃時提供有益的參考[14-15]。