放射治療楔形照射野應(yīng)用中應(yīng)特別注意的幾個(gè)問(wèn)題

【作 者】胡杰，陶建民，張瑩，張穎

同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院腫瘤及放射治療科，上海，200072

腫瘤放射治療中，常使用楔形板，以獲得一定梯度劑量分布的楔形照射野。根據(jù)治療方式的不同，楔形板可分為物理楔形板和動(dòng)態(tài)楔形板(Dynamic Wedge)。物理楔形板一般由銅、鉛等金屬鑄成，對(duì)射線束進(jìn)行濾過(guò)修整，從而改變劑量分布的形狀。它又分兩種類型，一種是楔形角分別為15°、30°、45°和60°四種不同規(guī)格的楔形板,臨床上按實(shí)際需要選用；另一種是將楔形角60°的楔形板作為主楔形板,用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)主楔形板按一定的劑量比例與平野輪流照射，合成0-60°范圍內(nèi)任意楔形角的楔形板。動(dòng)態(tài)楔形板是利用獨(dú)立準(zhǔn)直器的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，照射過(guò)程中讓準(zhǔn)直器的鉛擋塊在治療中諸次移動(dòng)到不同位置且停留不同時(shí)間，來(lái)調(diào)制野內(nèi)的射線強(qiáng)度，產(chǎn)生楔形板效果。在放射治療單位，由于從事腫瘤放射物理工作的人員水平和理解方面的問(wèn)題，導(dǎo)致部分單位在楔形照射中發(fā)生較大的劑量誤差。本文通過(guò)分析不同楔形板的優(yōu)缺點(diǎn)、物理楔形板對(duì)輻射質(zhì)的影響、物理楔形板楔形因子的影響因素、物理楔形板重復(fù)性精度和到位精度對(duì)劑量學(xué)的影響、加物理楔形板后射野劑量計(jì)算中存在的問(wèn)題和動(dòng)態(tài)楔形板使用中應(yīng)注意的問(wèn)題，提出我們的解決方法，供同行參考。

1 不同楔形板的優(yōu)缺點(diǎn)

物理楔形板是一種特殊形式的射線濾過(guò)器，對(duì)射線輻射質(zhì)有一定的影響。同時(shí)，加了楔形板后，射野輸出劑量率減低，照射時(shí)間延長(zhǎng)，也會(huì)增加加速器磁控管的使用負(fù)荷，可能減少磁控管等真空部件的使用壽命，提高使用成本。使用動(dòng)態(tài)楔形野相比傳統(tǒng)物理楔形野而言，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如可以節(jié)省加速器出束量，縮短治療時(shí)間，減少技術(shù)員的一系列手工操作，減少人為失誤，以及可在治療計(jì)劃系統(tǒng)上對(duì)楔形角做優(yōu)化處理，形成更符合治療要求的劑量分布[1]。

2 物理楔形板對(duì)輻射質(zhì)的影響

由于物理楔形板由銅、鉛等金屬鑄成，而X射線為連續(xù)譜，在穿過(guò)楔形板時(shí)必然要與這些金屬材料發(fā)生作用而發(fā)生一定的吸收。光子與物質(zhì)發(fā)生作用主要有光電效應(yīng) 、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)三種方式。對(duì)于一定原子序數(shù)的物質(zhì)，光電效應(yīng)的吸收截面隨能量的增大而減少，與能量的立方成反比；康普頓效應(yīng)的吸收截面在能量較低時(shí)與能量無(wú)關(guān)，在能量較高時(shí)近似與能量成反比；電子對(duì)效應(yīng)的吸收截面臨界能量為1.02 Mev，光子能量超過(guò)此能量時(shí)，吸收效應(yīng)迅速變大，與能量的平方成正比。三種作用方式聯(lián)合導(dǎo)致同時(shí)存在硬化效應(yīng)和軟化效應(yīng)。對(duì)高能X射線而言，最高能量等于管電壓的峰值能量，而平均能量約為峰值能量的1/4～1/3。因此，10 Mev以上X線的平均能量在3 Mev左右,，整個(gè)能譜中能量在1.02 Mev以上的占有相當(dāng)比例，這導(dǎo)致射線穿過(guò)楔形板時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)被吸收的低能部分較少，而電子對(duì)吸收則比重提高，高能部分損失增加，綜合下來(lái)射線平均能量改變不大。對(duì)10 Mev以下尤其是6 Mev—X線，平均能量低，在這個(gè)能譜結(jié)構(gòu)中，有較強(qiáng)的光電吸收和康普頓吸收，低能部分被吸收較多，電子對(duì)吸收份額則相對(duì)較少，高能部分損失相應(yīng)較少，因而穿過(guò)楔形板后射線平均能量提高。國(guó)際上采用J20/J10作為輻射質(zhì)指標(biāo)I(Quality Index)。胡杰等報(bào)道對(duì)于6 Mev—X線，與平野相比楔形野的J20/J10變化最大可達(dá)2.9%，而15 Mev—X線, J20/J10則基本保持不變[2]。根據(jù)國(guó)際衛(wèi)生組織WHO的建議: J20/J10超過(guò)2%，劑量數(shù)據(jù)應(yīng)作相應(yīng)的修正。因此，應(yīng)特別注意的是在使用物理楔形板時(shí)，對(duì)于能量低于10 Mev的X線，應(yīng)注意物理楔形板對(duì)輻射質(zhì)的影響。在放射治療臨床劑量學(xué)中，由于輻射質(zhì)直接影響的是百分深度劑量和組織最大劑量比，有許多報(bào)道認(rèn)為楔形板硬化效應(yīng)導(dǎo)致PDD增加，為此在楔形野劑量計(jì)算時(shí)應(yīng)采用楔形野條件下的PDDw，而不是開放野的PDDo[3]。

3 物理楔形板楔形因子的影響因素

物理楔形板的使用，不僅改變了開放野的劑量分布，也使射野的輸出量減少，為此引入了楔形因子Fw(wedge factor)的概念。Fw的準(zhǔn)確測(cè)量和計(jì)算，對(duì)臨床處方劑量計(jì)算和各種治療計(jì)劃系統(tǒng)中物理劑量計(jì)算，都具有重要意義。根據(jù)ICRU24號(hào)報(bào)告，F(xiàn)w定義為加和不加楔形濾板時(shí)水體模中射野中心軸上某一點(diǎn)的劑量率之比，但該報(bào)告中沒(méi)有指定測(cè)量Fw時(shí)的照射野大小和測(cè)量深度。對(duì)高能X線，多數(shù)文獻(xiàn)和作者在參考條件(射野10 cm ×10 cm、深度10 cm)下測(cè)量。通常假設(shè)Fw不隨照射野大小和測(cè)量深度的變化而變化或變化很小，而在劑量計(jì)算時(shí)采用參考條件下測(cè)量到的唯一一個(gè)Fw進(jìn)行劑量計(jì)算[4]。但是實(shí)際情況并不是這樣，照射野大小和深度均對(duì)Fw有一定的影響。胡杰等報(bào)道GE Saturne41和SIEMENS MD7745兩種直線加速器6MV－X線，照射野大小和深度對(duì)Fw均有影響。其中射野大小對(duì)Fw的影響較小，而深度對(duì)Fw的影響較大，深度從1.5 cm增加到15 cm時(shí)，SIEMENS MD7745加速器的Fw增加了6.5%，而GE Saturne41加速器的Fw增加了3.4%[5]。因此，應(yīng)特別注意楔形照射野中Fw變化對(duì)臨床劑量學(xué)的影響。如果采用參考條件10 cm×10 cm射野、10 cm深度的Fw作為楔形野劑量計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)值而不作任何修正，則照射野較小而深度較淺時(shí)，由于實(shí)際的Fw比標(biāo)準(zhǔn)值要小許多，這將導(dǎo)致在治療諸如上頜竇癌這些深度較淺腫瘤時(shí)，腫瘤實(shí)際受量比預(yù)置處方量偏低；而當(dāng)照射野較大深度較深時(shí)，實(shí)際的Fw比標(biāo)準(zhǔn)值要大許多。脊髓等危險(xiǎn)組織位于較深部位，如果按標(biāo)準(zhǔn)Fw進(jìn)行計(jì)算，則這些危險(xiǎn)組織實(shí)際受量比計(jì)算劑量要高，容易造成嚴(yán)重放射并發(fā)癥。

4 物理楔形板重復(fù)性精度和到位精度對(duì)劑量學(xué)的影響

物理楔形板通過(guò)手動(dòng)方式或電動(dòng)方式插接在固定托架上，由帶彈簧的限位開關(guān)確定物理楔形板的位置，因此物理楔形板必然存在重復(fù)性和到位精度問(wèn)題。這一點(diǎn)很少有文獻(xiàn)報(bào)道，也為大多數(shù)臨床物理師所忽略。我們?cè)趯?shí)際工作中，總結(jié)了一套測(cè)量并定量分析物理楔形板重復(fù)性和到位精度的方法，測(cè)量分兩部分進(jìn)行，(1)直線加速器機(jī)架0o，準(zhǔn)直器0o，電離室與射野中心軸垂直，與楔形方向垂直，楔形板向同一個(gè)方向重復(fù)開啟10次，分別測(cè)量10次劑量D1、D2、D3……D10。然后計(jì)算出10次的均值Di。重復(fù)性精度指數(shù)SV={[(Di-D1)2+(Di-D2)2+……(Di-D10)2]/(10-1)}1/2Di×100% ，SV包括平野重復(fù)性精度和楔形板重復(fù)性精度兩部分，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)規(guī)定平野重復(fù)性精度指數(shù)SVo的精度必須好于0.7%，我們認(rèn)為楔形板重復(fù)性精度SVw也應(yīng)滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則Sv=[Svo2+SVw2]1/2=[0.7%2+0.7%2] ?=1%。如果實(shí)際測(cè)量到的重復(fù)性精度指數(shù)SV小于1%，說(shuō)明加速器楔形板重復(fù)性精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；若Sv＞1%，說(shuō)明加速器楔形板重復(fù)性精度不達(dá)標(biāo)，主要原因是限位開關(guān)的彈簧彈性存在問(wèn)題，需要更換限位開關(guān)。在(1)的測(cè)量數(shù)據(jù)滿足Sv的精度要求時(shí)，做第二部分測(cè)量。(2)直線加速器機(jī)架0o，準(zhǔn)直器0o，電離室與射野中心軸垂直，與楔形方向垂直，楔形板先厚端方向朝限位開關(guān)重復(fù)開啟5次,分別測(cè)量5次劑量D1、 D2、D3……D5，然后楔形板薄端方向朝限位開關(guān)重復(fù)開啟5次，測(cè)量5次劑量D6、D7……D10，分別計(jì)算兩個(gè)平均均值Dii和Diii。到位精度Sm=(Diii-Dii)/[(Diii+ Dii)/2]×100%，到位精度Sm＜1%，說(shuō)明楔形板不同方向的穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，到位精度Sm＞1%，說(shuō)明楔形板不同方向的到位精度不達(dá)標(biāo)，需要調(diào)整楔形板旋轉(zhuǎn)中心軸與束流中心軸相一致。物理楔形板重復(fù)性和到位精度問(wèn)題應(yīng)引起放射物理師的特別注意，應(yīng)作為一項(xiàng)質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的內(nèi)容定期檢查。

5 加物理楔形板后射野劑量計(jì)算中存在的問(wèn)題

楔形野劑量計(jì)算公式：DT,W=Dm×SC,O×SP,O×PDDo(A,d)×Fw中，受深度影響的因子有PDDo(A,d)和Fw兩個(gè)。有報(bào)道認(rèn)為，楔形板硬化效應(yīng)導(dǎo)致PDD增加，為此在楔形野劑量計(jì)算時(shí)，應(yīng)該采用楔形野條件下的PDDw，而不是開放野的PDDo[3]。也有報(bào)道認(rèn)為Fw隨深度的增加而增加，且幅度大于2%，為此應(yīng)修正深度對(duì)Fw的影響[6]。根據(jù)我們的研究，確實(shí)存在這樣兩種現(xiàn)象，但這兩種現(xiàn)象的原因卻是共同的，即加了楔形板后，射線隨深度增加而衰減的速度比開放野時(shí)要慢，也就是射線的穿透能力相比有了一定的增強(qiáng)。在楔形野劑量計(jì)算時(shí)，臨床物理師應(yīng)特別注意避免重復(fù)修正，這種重復(fù)修正同樣會(huì)給劑量計(jì)算帶來(lái)很大的誤差。根據(jù)我們的推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們認(rèn)為在楔形野劑量計(jì)算時(shí)，按公式DT,W=Dm×SC,O×SP,O×PDDo(A,d)×Fw(A,d)進(jìn)行，對(duì)楔形因子引入射野和深度修正，而PDD仍以平野PDDo(A,d)為準(zhǔn)而不再修正為楔形野條件下的PDDw[5]。放射物理師必須注意的是，重復(fù)修正和過(guò)度修正是影響放射劑量準(zhǔn)確的重要原因。

6 動(dòng)態(tài)楔形板使用中應(yīng)注意的問(wèn)題

動(dòng)態(tài)楔形野是由一個(gè)對(duì)稱射野和一系列非對(duì)稱射野組合而成。一系列非對(duì)稱射野是通過(guò)獨(dú)立準(zhǔn)直器的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，照射過(guò)程中讓準(zhǔn)直器的鉛擋塊(Jaws)在治療中諸次移動(dòng)到不同位置且停留不同時(shí)間來(lái)調(diào)制野內(nèi)的射線強(qiáng)度，以形成楔形劑量分布的[1],[7-8]。

動(dòng)態(tài)楔形板楔形角的確定深度是固定在10 cm深度處，楔形角的描述是在中心軸10 cm深度處的某一條等劑量曲線，中心軸兩邊取照射野的1／4處的兩點(diǎn)連線與通過(guò)中心軸垂直線的夾角。物理師必須注意，物理楔形板的楔形角不受射野大小的影響，一經(jīng)設(shè)計(jì)制作完成，基本保持不變；而動(dòng)態(tài)楔形板因?yàn)樯湟按笮〉淖兓苯佑绊戙U擋塊的運(yùn)行過(guò)程，楔形角依賴于所用實(shí)際射野的形狀。在實(shí)際臨床工作中，物理師必須結(jié)合廠家提供的楔形角程序，并通過(guò)膠片劑量系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的測(cè)量和比較，驗(yàn)證通過(guò)后才能應(yīng)用于患者的實(shí)際治療。由于動(dòng)態(tài)楔形野沒(méi)有對(duì)射線進(jìn)行濾過(guò)，基本上不存在對(duì)輻射質(zhì)的影響，動(dòng)態(tài)楔形野的深度劑量曲線非常接近于平野的深度劑量曲線，治療計(jì)劃系統(tǒng)一般假設(shè)楔形野與平野有相同的深度劑量曲線，尤其是日常的常規(guī)劑量計(jì)算更是如此。動(dòng)態(tài)楔形野與平野的深度劑量曲線的一致性簡(jiǎn)化了治療計(jì)劃，提高了楔形野實(shí)際治療劑量精度。

陸軍等報(bào)道西門子加速器動(dòng)態(tài)楔形板楔形因子與射線能量、射野大小和楔形角大小無(wú)關(guān)，總是約等于1[7]。但馮寧遠(yuǎn)等報(bào)道瓦里安加速器動(dòng)態(tài)楔形板楔形因子呈無(wú)序變化，受射野大小影響明顯且相差很大[7]，因此動(dòng)態(tài)楔形野在實(shí)際應(yīng)用前，放射物理師必須仔細(xì)測(cè)量不同楔形角不同射野下的楔形因子。

由于動(dòng)態(tài)楔形板是通過(guò)獨(dú)立準(zhǔn)直器的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，照射過(guò)程中讓準(zhǔn)直器的鉛擋塊（Jaws）諸次移動(dòng)到不同位置且停留不同時(shí)間來(lái)調(diào)制野內(nèi)的射線強(qiáng)度形成楔形板效果，因此準(zhǔn)直器鉛擋塊的到位精度就非常重要，日常質(zhì)量保證工作中物理師應(yīng)定期檢查鉛擋塊的到位精度。由于動(dòng)態(tài)楔形野實(shí)際上是一維調(diào)強(qiáng)方式，因此其質(zhì)量保證和質(zhì)量控制措施放射物理師可參考多葉準(zhǔn)直器調(diào)強(qiáng)照射，定期使用膠片方式驗(yàn)證準(zhǔn)直器鉛擋塊的到位精度。

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