Elekta Infinity直線加速器治療床對放療劑量的影響

宋洪兵，潘景輝，楊雄，阮長利，李祥攀

武漢大學人民醫院放療科，湖北武漢430060

前言

隨著腫瘤放射治療技術的發展，特別是容積旋轉調強（VMAT）技術的廣泛應用，對放療劑量精度的要求也越來越嚴格。根據ICRU 24 號報告的要求［1］，腫瘤原發灶根治劑量的誤差應小于5%，否則將出現復發或并發癥。AAPM TG 53號報告指出，放療計劃系統的劑量計算精度應控制在3%左右［2］。為了減少放療中劑量的衰減，現代醫用直線加速器大多采用碳纖維治療床，但是研究表明碳纖維床對放療劑量的影響依然明顯［3-12］，特別是在某些特定的角度和位置［13］，X 射線的衰減非常大，致使患者在治療過程中靶區實際接受的劑量可能遠低于計劃設計劑量，無法有效地殺死腫瘤，實現根治。此外，碳纖維床還會增加皮膚的劑量，甚至對皮膚造成嚴重傷害［14-18］。因此，對碳纖維治療床進行針對性的劑量學研究十分必要。本文以武漢大學人民醫院放療科新投入使用的Elekta Infinity 直線加速器作為研究對象，測量并評估了該型加速器碳纖維治療床在不同位置對不同能量X射線的衰減影響，為后期放療劑量的精確計算和劑量修正提供了必要的數據基礎與治療保障。

1 材料與方法

Elekta Infinity 直線加速器采用德國Medical Intelligence公司生產的iBEAMevo Couch碳纖維治療床和iBEAMevo Extension 415 延長板，尺寸分別為：（200×53×5）cm3和（41.5×53×2）cm3，該類型治療床板采用三明治夾層結構［19］，外層材料為碳纖維，內層材料為填充泡沫。將IBA FC65G型指形電離室置于圖1所示Polymethyl Methacrylate（PMMA）材質圓柱體模體中，模體長25 cm，外徑15 cm，內部嵌套放置指形電離室且直徑為3 cm的圓柱體腔塞。將治療床左右偏差調整為0 mm，移動模體至床正中，并調節治療床使指形電離室剛好位于源軸距（SourceAxis Distance,SAD）=100 cm的位置，將鉛門與多葉準直器調整至10 cm×10 cm方形射野，準直器角度歸為0°。如圖2所示，分3組將固體水分別置于延長板、延長板與治療床銜接處（簡稱銜接處）以及治療床正中，切換X射線能量，分別在6和10 MV兩檔常用能量下，旋轉機架，每隔10°出束3次，每次100 MU，記錄每次的讀數并取平均值，劑量率均為600 MU/min。考慮到后斜野角度在115°和245°附近衰減可能達到最大［5］，本文在機架角110°～130°和230°～250°以及它們在治療床上部對稱的角度區間內每隔5°進行測量。測量前，模體和測量儀器均提前一天放置在加速器機房，測量當天PMMA模體測量孔內溫度為20.8 ℃，壓強100.9 kPa。

圖1 模體外形與尺寸Fig.1 Shape and sizes of the phantom

2 結果

經過測量，模體分別擺放在延長板、銜接處和主治療床中間時的劑量分布如圖3 所示。為了便于比較，本文將6和10 MV 能量下，機架角100°～260°的測量結果投影至280°～80°對應的位置，形成6 MV-REF和10 MV-REF。可以觀察到，兩種治療模式下，機架在280°～80°區間的測量劑量與100°～260°區間內的測量劑量幾乎呈左右對稱分布，但在銜接處（圖3b），120°和240°兩個位置附近的劑量分布曲線有明顯凹陷。射線在這兩個角度附近要先穿過銜接處的掛鉤以及內部的高密度金屬，致使電離室實際測得的劑量偏低，因而在實際的治療過程中應盡量避免射線從銜接處兩側穿過，特別是要避免在銜接處120°和240°這兩個角度附近給野。從圖3 同樣可以觀察到，3 個位置處10 MV 能量下測量的劑量均要明顯高于6 MV，說明隨著能量的上升，治療床對射線的衰減會降低。

將加速器機架位于治療床上方280°～80°區間內的劑量測量值作為參考值Dr，機架在治療床下方100°～260°的劑量測量值作為對應的對比值Dc，計算治療床對劑量的衰減因子fa，fa=( )

圖2 模體擺放位置Fig.2 Location of the phantom

Dr-Dc Dr×100%，得到6 和10 MV 兩種治療模式下，延長板、主床板和銜接處3 個位置的劑量衰減曲線，如圖4 所示。可以明顯觀察到在銜接處，120°和240°兩個機架角處的劑量衰減達到最大，6 和10 MV 兩種治療模式下的fa分別達到了36.02%和36.01%以及30.46%和30.63%。10 MV 能量的X 射線在這兩個位置的衰減要比6 MV的小5.5%左右，這與10 MV能量的X射線穿透能力更高相符。主治療床的最大衰減角度與銜接處相同，也出現在120°和240°，6和10 MV 兩種能量下的衰減因子分別為4.87%和4.85%以及3.72%和3.98%。延長板厚度比主治療床要薄3 cm，幾何外形上有較大改變，其最大劑量衰減角度出現在115°和245°，6 和10 MV 兩種能量下的衰減因子分別為4.08% 和3.97%以及3.20%和3.34%。在這3 處位置，機架在從100°逐漸旋轉至260°的過程中，劑量衰減因子均呈現先上升，達到最大值后逐漸下降，并在180°達到最小值之后又對稱性地上升再下降的情況。兩種治療模式下，延長板、銜接處和主治療床處的衰減因子變化范圍及中位數如表1 所示。因為延長板厚度比治療床要薄，對X 射線的衰減要小于主治療床，但其最大劑量衰減因子超過了3%，6 MV和10 MV 能量下分別達到了4.08%和3.34%；6 MV 能量下主治療床對X 射線的最大衰減因子達到4.87%，10 MV 能量為3.98%；銜接處的最大劑量衰減因子明顯高于其它兩個位置，6 MV 能量和10 MV 能量下分別達到了36.02%和30.63%，已經嚴重影響了治療的精度，制定計劃和擺位時應規避使治療位置出現在這個機架角區域附近。通過圖4 和表1 可以觀察到機架角在140°～220°區間范圍內，治療床對射線的衰減變化非常小，其絕對值也比較小，其中延長板在該區間內6和10 MV 射線的劑量衰減因子平均值及標準差分別為1.55%±0.24%和1.07%±0.25%，銜接處與主治療床在6與10 MV能量下的劑量衰減因子平均值及標準差分別為2.56%±0.49%和2.14%±0.39%以及2.55%±0.48%和1.95%±0.41%。因此，當后斜野出現在140°～220°區間時，對實際劑量的影響是較小的，特別是銜接處所在區域的衰減因子與主治療床非常接近，證明該區域在該角度區域也是可以被利用的，這與廠商僅要求射野避開兩側梯形區域是相一致的。

圖3 3個測量位置處機架旋轉不同角度測量的劑量分布Fig.3 Dose distributions measured at different gantry angles

圖4 兩種治療模式下劑量衰減因子fa隨機架角度的變化Fig.4 Attenuation factors fa changing with gantry angles under 6 MV and 10 MV

表1 兩種治療模式下不同治療位置的衰減因子變化范圍及中位數（%）Tab.1 Change intervals and medians of attenuation factors at different locations under 6 MV and 10 MV(%)

3 討論

后斜入射野照射時，碳纖維治療床對劑量的影響已大量見諸報道［3-13］，但主要關注對主治療床本身的影響，而比較少關注延長板和銜接處的劑量衰減與修正。延長板主要用于頭頸部腫瘤的治療，Elekta Infinity 直線加速器采用的iBEAMevo Extension 415延長板比主治療床薄3 cm，劑量衰減明顯低于主治療床，這與頭頸部腫瘤劑量精度要求更高的現實情況相符合，有必要單獨對其進行劑量學研究。甘家應等［5］測量了6 MV 能量X 射線在Elekta Precise直線加速器治療床不同位置的衰減，證實了延長板的劑量衰減可能小于主治療床。曹婷婷等［4］和陳舒婷等［6］利用多層固體水分別研究了聯影uRT-linac 506c直線加速器和醫科達Synergy 直線加速器的碳纖維治療床對6 MV 能量X 射線的衰減影響；郭紅博等［3］在Monaco 計劃系統中建立了治療床模型，通過調整模型參數使固體水中等中心的吸收劑量計算值與實際測量劑量一致，并進一步比較了加床與不加床情形下的靶區與危及器官劑量分布變化情況。但是機架在沿中心軸旋轉時，射線經過方形固體水到被電離室接收過程中走過的路徑不一致［4］，加上多層固體水疊加時易出現微小的錯位，導致最終測量的結果在對稱兩側可能出現偏差，本文采用圓柱體PMMA模體進行測量，有效地避免了上述情況的發生。

本文研究Elekta Infinity 直線加速器6 和10 MV兩種常用治療模式下，主治療床、延長板和銜接處對射線的衰減影響。研究結果表明，延長板對6 和10 MV 高能X 射線的最大衰減為4.08%和3.34%，大部分后斜入射角度對劑量的影響小于2%，是治療頭頸部腫瘤的優先治療區域；主治療床對劑量的衰減小于5 %，大部分后斜入射角度對劑量的影響要小于4%。延長板和主治療床的高衰減區域分別集中于機架角115°和245°附近以及120°和240°附近。主治療床與延長板銜接處在機架角120°和240°附近對劑量的衰減整體偏高，不適合用于治療，但在140°～220°區間內對劑量的影響接近于主治療床，依然可作為治療區域。在進行計劃設計時，應綜合考慮靶區與治療床的位置，選擇合適的角度給野，提升劑量精度。