二維電離室陣列在調(diào)強放療劑量驗證中的應(yīng)用

王逸軒 孟皓宇 朱琳 李飛 蔡春雅 王學(xué)濤＊

1 昆明醫(yī)科大學(xué)海源學(xué)院 （云南 昆明 650106）

2 廣東省中醫(yī)院 （廣東 廣州 510120）

內(nèi)容提要： 目的：通過測量加速器X射線射野，評估二維電離室陣列MatriXX的劑量學(xué)特性，為調(diào)強放療計劃的劑量驗證提供依據(jù)。方法：用MatriXX測量X射線射野，研究其劑量、重復(fù)性；用計算和測量相比對的方法，研究MatriXX測量多葉光柵射野的平面劑量分辨率。結(jié)果：除了射野邊緣外，MatriXX有良好的劑量學(xué)特性。結(jié)論：MatriXX可用于調(diào)強放療計劃的劑量驗證，對于劑量梯度較大區(qū)域的劑量驗證需要進一步研究。

調(diào)強放射治療可以對靶區(qū)的不同位置調(diào)整射束強度，提高靶區(qū)邊緣劑量，減少危及器官的受照劑量[1,2]。由于技術(shù)上的復(fù)雜性，需要對每一例患者的劑量分布進行驗證。平面劑量驗證設(shè)備分為電離室型和半導(dǎo)體型兩種，電離室型設(shè)備劑量穩(wěn)定性好，但是每個電離室體積較大。二維電離室陣列MatriXX能夠測量放療劑量分布，為開展放療劑量分布驗證的重要工具[3]。對于劑量測量設(shè)備工作特性的QA是放療質(zhì)量保證工作的重要組成部分，其劑量學(xué)特性將直接影響測量結(jié)果的準確性。本文在Varian EDGE加速器6MV X射線下，利用MatriXX測量不同能量的X射線射野，評估其劑量學(xué)特性，為放療劑量分布的測量奠定基礎(chǔ)。

1.材料與方法

1.1 一般材料

二維電離室陣列MatriXX及測量模體：MatriXX二維電離室陣列有效測量面積24.4cm×24.4cm，在32×32的矩陣網(wǎng)格中均勻分布著1020個通氣電離室，電離室體積0.08cm3，電離室之間距離7.62mm。OmniPro I’mRT軟件系統(tǒng)能夠用DTA、方法等對比分析測量數(shù)據(jù)與計劃數(shù)據(jù)，獨立計數(shù)器，最小采樣周期20ms。MatriXX二維電離室陣列能夠進行相對劑量測量和絕對劑量測量，絕對劑量測量前要進行劑量刻度，相對較復(fù)雜。測量使用MULTICube模體，該模體與MatriXX配套使用。

醫(yī)用直線加速器：Varian Edge加速器（Edge Radiosurgery System）有6MV、10MV兩檔能量的X射線，能夠?qū)嵤㊣MRT、IGRT、Calypso 4D實時追蹤等多種先進的腫瘤治療模式，多葉光柵形成的最大射野為22cm×40cm。Edge加速器機械精度高，劑量率穩(wěn)定，是臨床上SBRT治療的良好設(shè)備。

1.2 方法

劑量線性的測量條件是：固定源皮距SSD=100cm，固定射野尺寸，設(shè)置不同的射野機器跳數(shù)出束照射，記錄MatriXX讀數(shù)。劑量重復(fù)性的測量條件是：設(shè)置100MUs出束照射，每個能量重復(fù)5次照射，記錄MatriXX中心電離室的讀數(shù)。

多葉光柵射野的測量是在治療計劃系統(tǒng)上，制定楔形板計劃和柵欄形劑量分布計劃，在加速器上按治療計劃實施照射。選取3mm/3%的標準，用γ方法評估劑量分布。

1.3 調(diào)強適形放射治療劑量分布的驗證

7野調(diào)強前列腺癌計劃一例，用計劃系統(tǒng)計算機架角歸零時的劑量分布，分析測量和計算的結(jié)果。

2.結(jié)果

2.1 線性

對于不同能量射野，MatriXX電離室陣列均具有良好的劑量線性，最大誤差不超過0.07%，如表1所示。但不同能量的劑量線性直線的斜率不同，這是因為電離室存在能量響應(yīng)的緣故。不同能量的劑量響應(yīng)因子不同，用MatriXX做絕對劑量測量時必須予以考慮。

2.2 劑量重復(fù)性

MatriXX電離室陣列具有良好的劑量重復(fù)性，最大誤差不超過0.1%，圖1為6MV X射線的結(jié)果，10MV X射線、6MV FFF、10MV FFF X射線的劑量重復(fù)性也有類似的結(jié)果。

表1. 不同能量射線條件下，MatriXX陣列中心電離室的劑量線性

圖1. MatriXX陣列中心電離室的劑量重復(fù)性

2.3 動態(tài)楔形板劑量分布

圖2是6MV X射線45°楔形板的計算和測量結(jié)果，按照3mm/3%的標準，通過率>90%。圖示可見，在射野中間部分，計算和測量的曲線吻合度較好，在射野邊緣部分兩者的結(jié)果差異較大。這可能與射野邊緣電離室的側(cè)向電子不平衡以及電離室間距較大等相關(guān)。其他角度楔形板有類似的結(jié)果。

圖2. 治療計劃系統(tǒng)計算和MatriXX測量的45°動態(tài)楔形板劑量分布

2.4 柵欄形劑量分布

圖3是5mm的葉片計算和測量的劑量分布，計算結(jié)果可以清晰顯示葉片形成的劑量峰谷，而MatriXX的測量結(jié)果無法顯示劑量峰谷，這可能是與電離室的間距以及軟件的插值算法有關(guān)。圖4是10mm葉片計算和測量的劑量分布，計算結(jié)果和MatriXX測量結(jié)果均可以顯示量劑量峰谷按照按照3mm/3%的標準，兩種情況下的通過率為48.52%和85.68%。

圖3. 單個5mm葉片計算和測量的結(jié)果

2.5 調(diào)強適形放射治療劑量分布

圖5是前列腺癌7野調(diào)強計劃合成射野的劑量分布，由圖可見，兩種劑量分布的一致性良好，通過率為92.13%。單個射野劑量分布的通過率84.17%～95.68%，這個結(jié)果與合成射野差異較大，這可能與每個調(diào)強射野的子野尺寸、子野位置以及MatriXX本身的結(jié)構(gòu)、電離室的間距、軟件計算方法等因素有關(guān)?；跍y量的結(jié)果，實際臨床應(yīng)用中，可以刪除面積較小以及通過率低的子野后，再次劑量計算，評估劑量分布后，再次劑量測量驗證，直至符合劑量分布符合臨床要求，并且劑量分布的通過率>90%。

圖4. 一對5mm葉片計算和測量的結(jié)果

圖5. 前列腺癌劑量分布圖

3.討論

目前，國內(nèi)眾多的放療單位已經(jīng)開展調(diào)強適形放射治療，二維劑量分布測量工具有多種，如電離室型、半導(dǎo)體型二維劑量測量儀，基于加速器EPID二維劑量測量儀等。這些二維劑量測量儀可以比較方便的測量調(diào)強計劃、適形計劃的劑量分布，但是在用于臨床測量之前，需要實際驗證這些測量工具的劑量學(xué)特性，以檢驗是否符合放療臨床的需要。對于MatriXX的劑量學(xué)特性驗證一般需要半年進行一次，以便檢驗該設(shè)備劑量學(xué)特性的穩(wěn)定性以及電離室劑量響應(yīng)的一致性。如果出現(xiàn)穩(wěn)定性和電離室響應(yīng)的下降，應(yīng)及時與設(shè)備廠商聯(lián)系維修保養(yǎng)。

本文的測量及計算結(jié)果表明，MatriXX二維電離室陣列具有良好的劑量線性和重復(fù)性，優(yōu)點是設(shè)備操作簡單，實時顯示劑量分布。但是MatriXX電離室7.62mm的間距，決定了它比較適合劑量梯度小的區(qū)域的劑量測量，對于劑量梯度較大的區(qū)域應(yīng)該選用空間分辨率高的劑量測量工具，如膠片劑量儀、EPID劑量儀等。因此，MatriXX與膠片、EPID相結(jié)合的劑量驗證方法較為適合放療臨床的實際需求[4,5]。