醫(yī)用加速器碳纖維治療床延長板結(jié)合部對(duì)放療劑量的影響

李定宇， 劉飛， 王俊峰， 黃河， 袁響林， 邱紅

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·影像技術(shù)學(xué)·

醫(yī)用加速器碳纖維治療床延長板結(jié)合部對(duì)放療劑量的影響

李定宇， 劉飛， 王俊峰， 黃河， 袁響林， 邱紅

目的：探討加速器碳纖維治療床結(jié)合部對(duì)調(diào)強(qiáng)放療劑量的影響。方法：利用二維平板電離室矩陣，測量6MV X射線穿射過碳纖維治療床延長板結(jié)合部和避開結(jié)合部后的劑量。分析不同機(jī)架角度下治療床結(jié)合部對(duì)X射線劑量的影響。比較實(shí)例放療計(jì)劃穿射與避開結(jié)合部的治療計(jì)劃的驗(yàn)證通過率。結(jié)果：二維矩陣電離室實(shí)測結(jié)果顯示，射野處于110°～180°機(jī)架角范圍，穿射結(jié)合部位后射線會(huì)產(chǎn)生較大衰減，結(jié)合部衰減范圍集中在延長板分界向床頭方向3cm，床尾方向11cm的范圍。116°～180°機(jī)架角，部分測量點(diǎn)劑量偏差值超過10%。145°機(jī)架角時(shí)測量點(diǎn)最大偏差值達(dá)24.2%。10例實(shí)例測量VMAT治療計(jì)劃中，射野穿透結(jié)合部的Gamma通過率較避開結(jié)合部顯著降低(t=4.349，P=0.002)。結(jié)論：加速器碳纖維治療床延長板結(jié)合部可顯著降低放療劑量。在放射治療擺位應(yīng)盡可能避免治療射野穿射碳纖維治療床結(jié)合部，無法避免時(shí)，應(yīng)將其產(chǎn)生的射線衰減考慮在治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)中。

放射療法； 結(jié)合部； 放射治療劑量

精確放療中，高劑量及低劑量效應(yīng)與其體積有關(guān)，2008年國際輻射單位和計(jì)量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)83號(hào)報(bào)告推薦以接近最小劑量D2和接近最大劑量D98代替D0和D100進(jìn)行評(píng)估[1]。調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)越來越多地應(yīng)用于臨床放射治療中，靶區(qū)劑量分布的良好適形性及準(zhǔn)確性是調(diào)強(qiáng)放療的主要優(yōu)點(diǎn)。多角度給野及照射野中設(shè)置多個(gè)子野是保障劑量分布適形性是重要因素，然而后野及后側(cè)斜野的照射都將穿過治療床，治療床對(duì)照射野及子野劑量影響是個(gè)不容忽略的問題。陸續(xù)有學(xué)者分析測量發(fā)現(xiàn)碳纖維床實(shí)心板直射穿透因子為96.7%，碳纖維網(wǎng)狀板直射穿透因子為99.6%，去桿斜入射床面穿透因子為98.6%，總體而言碳纖維治療床在對(duì)劑量影響相對(duì)較小[2]。然而由于治療需要，醫(yī)科達(dá)等加速器廠家設(shè)計(jì)的治療床均有延長部位，為增加延長部位治療床穩(wěn)定性，廠家均采取了一定加固措施，稱之為結(jié)合部。目前尚無結(jié)合部對(duì)調(diào)強(qiáng)治療射線劑量影響的分析報(bào)道，本研究旨在分析結(jié)合部對(duì)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布的影響程度。

1.測量設(shè)備

二維電離室矩陣系統(tǒng)IBA MatriXX由平板探測器陣列、固體水和分析軟件組成。平板探測器31.5 cm×31.5 cm×4.0 cm，含1020個(gè)空氣電離室并排列成32×32的平面矩陣(四角上各缺一個(gè)電離室)，每個(gè)電離室外徑4.5 mm，高5 mm，靈敏體積0.08 cm3，間距7.619 mm。固體水模體MultiCube為32 cm×34 cm×22 cm。MatriXX具有良好劑量響應(yīng)特性[3]，多用于加速器調(diào)強(qiáng)放療劑量驗(yàn)證[4-5]。分析軟件為OmniProI'mRT，用于獲得二維矩陣測量平面內(nèi)點(diǎn)劑量，分析任意切面離軸劑量分布。治療計(jì)劃系統(tǒng)采用Elekta Monaco，CT模擬定位機(jī)采用GE/e，加速器采用Elekta Synergy。

2.測量方法

方野照射穿過結(jié)合部的測量方法為將二維矩陣MatriXX和固體水模MultiCube擺放到碳纖維治療床結(jié)合部上方中央處，結(jié)合部刻度線與加速器等中心激光線重合，MultiCube模體刻度線也與加速器等中心激光線重合，即二維矩陣有效測量平面中心與加速器等中心重合。采用6 MV X射線，100 MU機(jī)器跳數(shù)，22 cm×22 cm對(duì)稱方野，在機(jī)架角90～180°以5°間隔定義射野入射方向，110°～120°以1°間隔定義入射方向，150°～160°以1°間隔定義入射方向，測量射線穿過結(jié)合部的劑量(圖2a)。方野避開結(jié)合部時(shí)的測量方法基本同前，將MatriXX和MultiCube整體翻轉(zhuǎn)180°后擺放，其它條件不變，在機(jī)架角270°～360°以5°間隔定義射野入射方向，290°～300°以1°間隔定義入射方向，330°～340°以1°間隔定義入射方向，利用測量裝置和機(jī)架旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，采取倒置測量方法獲得相當(dāng)于正置測量機(jī)架角度為90°～180°間的射線沒有穿結(jié)合部的測量結(jié)果(圖2b)。

選擇10例容積弧形調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(volumetric intensity modulated arc therapy，VMAT)進(jìn)行實(shí)例放療計(jì)劃測量。VMAT計(jì)劃射野需要旋轉(zhuǎn)360°，與靜態(tài)調(diào)強(qiáng)相比能更好排除物理師主觀選擇通過床板射野角度的影響，擺位條件和方野相同，分別將MatriXX和MultiCube正向放置在床板結(jié)合部上方等中心處或測量設(shè)備向床尾方向移動(dòng)40 cm且避開結(jié)合部的加速器等中心位置，機(jī)架旋轉(zhuǎn)出束，測量二維矩陣平面劑量。

3.劑量分析方法

針對(duì)同一入射角度，比較方野兩組數(shù)據(jù)的劑量圖在相同空間位置的劑量差別，統(tǒng)計(jì)劑量各個(gè)入射角度偏差大于3%和大于10%的測量點(diǎn)個(gè)數(shù)所占百分比，再比較相同入射角度兩組數(shù)據(jù)的最大劑量差別，最后對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行Gamma分析[6]。實(shí)例放療計(jì)劃測量時(shí)，用Monaco計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算出無床板情況下的二維矩陣測量平面的劑量分布，再用兩組實(shí)測結(jié)果分別于計(jì)劃系統(tǒng)計(jì)算出的劑量分布進(jìn)行Gamma分析，比較兩組數(shù)據(jù)γ值差異。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 18.0進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)， 以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)。

結(jié)　果

1.方野測量

照射野穿過結(jié)合部，超過90°機(jī)架角的射野中存在不規(guī)則劑量衰減材料，在很多角度顯示有近似三角形的衰減材料阻擋射野，而避開床板結(jié)合部的不同機(jī)架角劑量變化均勻(圖2)。

90°～110°機(jī)架角方野射野穿射結(jié)合部時(shí)的點(diǎn)劑量偏差<3%；隨著機(jī)架角增大，射野穿透結(jié)合部，當(dāng)機(jī)架角≥111°時(shí)，射野內(nèi)出現(xiàn)多點(diǎn)劑量偏差值超過3%；當(dāng)機(jī)架角≥116°時(shí)，部分測量點(diǎn)劑量偏差值開始超過10%(圖3)。穿射結(jié)合部時(shí)，方野測量平面內(nèi)，測量點(diǎn)最大劑量偏差比例見圖4， 145°機(jī)架角測量點(diǎn)最大偏差值達(dá)24.2%。避開結(jié)合部時(shí)，采用22 cm×22 cm方野測量進(jìn)行Gamma分析，結(jié)果顯示112°和151°之間劑量的Gamma通過率<90%(圖5)。

2.實(shí)例測量

對(duì)10例實(shí)例測量VMAT治療計(jì)劃時(shí)避開結(jié)合部的Gamma通過率均大于90%，可通過劑量驗(yàn)證。實(shí)例測量穿射結(jié)合部范圍后的Gamma通過率明顯降低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.349，P=0.002，圖7)。

放療采用的碳纖維治療床板對(duì)射線的衰減較小，目前物理師在計(jì)劃設(shè)計(jì)及放療技師在放療擺位過程中，均不予以考慮治療床板的影響[2]。但由于目前尚不清楚治療床結(jié)合部對(duì)射野劑量分布的影響，在實(shí)際放療計(jì)劃設(shè)計(jì)及放療擺位工作中，大多數(shù)放療物理師及技師均未予考慮治療床結(jié)合部的影響。

本研究顯示，碳纖維治療床內(nèi)部結(jié)合部的加固材料會(huì)使射線產(chǎn)生較大的衰減。在機(jī)架角大于110°時(shí)，結(jié)合部對(duì)劑量衰減的阻擋作用隨著角度增加而增大。臨床實(shí)際工作中，由于床板衰減和擺位誤差導(dǎo)致的劑量偏差在小于3%時(shí)是可以接受的，但在110°～145°機(jī)架角范圍內(nèi)，射野穿射結(jié)合部時(shí)隨著機(jī)架角度增加，結(jié)合部的衰減阻擋作用所致方野內(nèi)劑量測量點(diǎn)偏差值也越來越大，大于116°機(jī)架角時(shí)部分測量點(diǎn)劑量偏差值超過10%，145°機(jī)架角時(shí)結(jié)合部對(duì)6MVX射線最大衰減偏差值高達(dá)24.2%，這大大超過了臨床可以允許的偏差范圍。ICRU 24號(hào)報(bào)告指出，腫瘤原發(fā)灶根治劑量的精確性誤差應(yīng)<5%，靶區(qū)劑量偏離最佳劑量5%時(shí)，有可能使腫瘤原發(fā)灶失控或并發(fā)癥增加，從而最終導(dǎo)致治療計(jì)劃的失敗。本研究提示，考慮床板內(nèi)結(jié)合部對(duì)稱的加固材料，如果有射野處于110°～250°的機(jī)架角時(shí)，放療技師擺位時(shí)應(yīng)盡可能將照射野避開治療床結(jié)合部。

物理師常使用Gamma分析方法對(duì)比計(jì)劃劑量和實(shí)測劑量Gamma通過率來進(jìn)行劑量驗(yàn)證，采用33標(biāo)準(zhǔn)(距離3 mm，劑量偏差3%)，通過Gamma通過率的變化，來判斷兩組劑量分布圖的相似程度，一般來說，當(dāng)Gamma通過率>90%時(shí)，即認(rèn)為兩組劑量分布圖差別小能夠通過驗(yàn)證。本研究亦采用Gamma分析方法，比較方野兩組數(shù)據(jù)Gamma通過率的差別。由于Gamma通過率在實(shí)際中易受測量面積影響，本次方野測量中采用的是22 cm×22 cm的方野，如果縮小射野只讓射野通過加固范圍時(shí)，Gamma通過率會(huì)更低。兩組方野測量結(jié)果的Gamma分析結(jié)果也顯示112°～151°之間劑量的Gamma通過率<90%，即當(dāng)射野為22 cm×22 cm的方野時(shí)，對(duì)應(yīng)角度的兩幅劑量分布圖差別較大，無法通過劑量驗(yàn)證。在實(shí)例計(jì)劃驗(yàn)證通過與否的分析中，筆者可以看到避開結(jié)合部的實(shí)測VMAT治療計(jì)劃驗(yàn)證通過率均大于90%；如果相同計(jì)劃穿射結(jié)合部范圍后的Gamma通過率明顯降低。在這10例實(shí)測VMAT計(jì)劃中，由于穿射結(jié)合部的射野權(quán)重不同，所以結(jié)合部對(duì)整個(gè)治療計(jì)劃的驗(yàn)證通過率的影響根據(jù)實(shí)際計(jì)劃變化，但總體而言穿射結(jié)合部均會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)證通過率的下降。

通過標(biāo)尺工具測量CT重建圖中的加固結(jié)構(gòu)影像，筆者發(fā)現(xiàn)本院Elekta Synergy加速器一側(cè)加固結(jié)構(gòu)的長度約為11 cm，其中延長板分界床頭方向長2.5 cm，床尾方向長8.5 cm。比較不同角度射野穿射結(jié)合部加固材料的測量結(jié)果后，受測量面積影響，筆者發(fā)現(xiàn)劑量的不均勻衰減主要集中在延長板分界向床頭方向3 cm及床尾方向11 cm的范圍內(nèi)。筆者認(rèn)為此范圍為射線穿射延長板加固材料的范圍?？紤]到加速器假源到等中心距離為100 cm，床寬約46 cm，因此患者的靶區(qū)范圍在擺位時(shí)建議避開延長板分界床頭方向4.6 cm，床尾方向16 cm的區(qū)域，盡量防止加固材料劑量衰減造成的靶區(qū)照射劑量不足。在臨床擺位時(shí)，放療技師習(xí)慣將患者的頭頸肩部置于延長板結(jié)合部，而這也是顱內(nèi)腫瘤、頭頸部腫瘤甚至胸部腫瘤的靶區(qū)范圍，現(xiàn)在VMAT和逆向調(diào)強(qiáng)放射治療技術(shù)(Intensity-modulated radiation therapy，IMRT)大量應(yīng)用于臨床，大部分計(jì)劃中都有射野處于110°～250°的機(jī)架角范圍內(nèi)，擺位中應(yīng)有意識(shí)的使患者靶區(qū)避開延長板結(jié)合部。但如髓母細(xì)胞瘤、白血病顱內(nèi)侵犯等勾畫靶區(qū)縱軸較長時(shí)，受床板整體長度的限制，擺位中靶區(qū)很難避開延長板結(jié)合部的范圍，后野會(huì)通過床延長板結(jié)合部，臨床多采用俯臥位使射野避開碳纖維床及床面延長板結(jié)合部。但由于俯臥位舒適度及重復(fù)性差，臨床如果采用仰臥位治療時(shí)由于實(shí)際條件限制，無法避開結(jié)合部時(shí)，放療技師應(yīng)與物理師協(xié)商，重新調(diào)整計(jì)劃設(shè)計(jì)，將不同角度的劑量衰減情況考慮到計(jì)劃設(shè)計(jì)中，從而保證靶區(qū)足夠的照射劑量，避免照射野內(nèi)劑量冷區(qū)的存在。

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Effect of the conjunction area in accelerator carbon fiber treatment couch on radiotherapy dosage

LI Ding-yu，LIU Fei，WANG Jun-feng，et al.

Department of Oncology，Tongji Hospital，Tongji Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430030,P.R.China

Objective：To study the effect of the conjunction area in accelerator carbon fiber treatment couch on radiotherapy dosage.Methods:The dose of X-ray penetrating and avoiding the conjunction area in carbon fiber treatment couch were measured by using two-dimensional ionization chamber matrix (MatriXX).Effect of the conjunction area in carbon fiber treatment couch on X-ray dose of different gantry angles were analyzed.Gamma pass rates for ten VMAT radiotherapy plans with X-ray penetrating or avoiding the conjunction area were compared.Results: Great attenuation of X-ray could be observed when the X-ray penetrated the conjunction area in carbon fiber treatment couch especially with the gantry angle between 110°～180°.The attenuation range was between front 3cm and back 11cm at the extended boundaries of the treatment couch.When the gantry angle was between 116°～180°，the dose deviation of some measurement points exceeded 10%.At 145° gantry angle,the max deviation reached 24.2%.In the VMAT radiotherapy plans of ten real patients，the Gamma pass rate of X-ray penetrating the conjunction area in carbon fiber couch reduced significantly compared with that of X-ray avoiding the conjunction area (t=4.349，P=0.002).Conclusion:The conjunction area in accelerator carbon fiber treatment couch could reduce radiotherapy dosage significantly.The body position of radiotherapy should avoid the radiation fields penetrating the conjunction area in carbon fiber treatment couch.If it can't be avoided，ray attenuation caused by the conjunction area should be considered in the design of radiotherapy plan.

Radiotherapy; Conjunction area; Radiotherapy dosage

430030武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院腫瘤中心

李定宇(1983-)，男，湖北武漢人，碩士，主管技師，主要從事放射物理相關(guān)工作。

邱紅，E-mail：tjqiuhong@163.com

R815

A

1000-0313(2016)07-0662-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.020

2016-02-23)