醫(yī)用加速器碳纖維治療床和固定底板盆腔部位對(duì)旋轉(zhuǎn)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(shù)的發(fā)展，調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)等傳統(tǒng)放射治療手段已普及，容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療(volumetric modulated arc therapy，VMAT)等新技術(shù)正逐步開展。VMAT以旋轉(zhuǎn)弧照射為基礎(chǔ)，照射過程中機(jī)架非勻速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)劑量率和子野連續(xù)變化，是進(jìn)行單弧或多弧調(diào)強(qiáng)照射的一項(xiàng)放射治療技術(shù)[1-2]。治療床面及固定底板以下的照射野經(jīng)常應(yīng)用于IMRT和VMAT治療中，治療床和固定底板對(duì)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(shí)，射線需要穿過治療床和固定底板到達(dá)靶區(qū)，治療床及固定底板會(huì)改變射線的建成區(qū)域，使得皮膚表面劑量升高。有關(guān)醫(yī)用直線加速器全碳纖維治療床對(duì)后斜射野劑量的影響，國外已多有文獻(xiàn)[4-8]報(bào)道，但主要集中研究治療床在不同入射角度固定照射時(shí)對(duì)劑量的影響。隨著VMAT新技術(shù)逐步在臨床中開展，旋轉(zhuǎn)照射一圈時(shí)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(shù)協(xié)作的不確定性，僅研究不同入射角度固定照射時(shí)對(duì)治療床和固定底板的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhuǎn)弧照射兩種情況下，治療床及固定底板對(duì)劑量的衰減。

1 材料與方法

1.1 設(shè)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(dǎo)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(shí)ORFIT公司)，整個(gè)床板從靠近機(jī)架端開始分別為薄(Thin)、中(Medium)、厚(Thick)3個(gè)部分[9]。采用能量為6 MV的X射線，劑量率為400 MU/min。測量設(shè)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(duì)應(yīng)人體盆腔部位，調(diào)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(diǎn)置于模體的幾何中心，電離室中心點(diǎn)距上下表面均為10 cm，測量治療床及固定底板對(duì)放射治療劑量的影響[10]。每次照射機(jī)器跳數(shù)設(shè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。移去固定底板，擺放情形與上述相同，測量治療床對(duì)放射治療劑量的影響。兩者相比較得出固定底板對(duì)能量為6 MV的X射線透射因子。

(2)旋轉(zhuǎn)弧照射。分別將360°均分成4弧、8弧、12弧，即測量旋轉(zhuǎn)弧弧度為90 °、45°和30°時(shí)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(jī)架順時(shí)針方向每隔10 °測量190 °～180 °機(jī)架角轉(zhuǎn)一周的吸收劑量，記為Fixed36，此結(jié)果和旋轉(zhuǎn)照射結(jié)果相比較。

(4)旋轉(zhuǎn)弧照射和固定野照射實(shí)驗(yàn)中以IGRT治療床以上270 °～90 °的各點(diǎn)測量值作為參考數(shù)值Dr，治療床以下90 °～270 °的各對(duì)應(yīng)測量點(diǎn)的讀數(shù)為Dc，碳纖維材料對(duì)X射線的透射率(F)計(jì)算為公式1:

2 結(jié)果

2.1 旋轉(zhuǎn)弧照射中F值隨射野角度的變化

(1)當(dāng)射線穿過碳纖維床板及固定底板時(shí)，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(duì)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(duì)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(dāng)射線穿過床板及固定底板時(shí)，F(xiàn)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(dāng)F值在120 °時(shí)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(gè)區(qū)間中F值隨入射角度的變化趨勢呈對(duì)稱性。以90 °～180 °區(qū)間為例，120 °之后，F(xiàn)值隨入射角度的增加而升高，并在180°時(shí)達(dá)到最大。從110 °變?yōu)?20 °時(shí)，F(xiàn)值有一個(gè)陡然降低的趨勢。不同角度處固定底板對(duì)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(duì)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(shí)重要的載體，用于支撐患者，治療床和加速器機(jī)架配合，可以使射線從任何方向射入病灶[11]。當(dāng)使用后斜野照射，即機(jī)架角度在治療床以下(90 °～180 °、180 °～270 °)時(shí)，部分射線會(huì)先穿過治療床及固定底板后再到達(dá)模體，在實(shí)際治療患者時(shí)，會(huì)使得靶區(qū)平均劑量下降，處方劑量覆蓋靶區(qū)面積下降。單個(gè)斜入射野的最大衰減達(dá)到7.1%，因此有必要考慮治療床和固定底板對(duì)射線衰減的影響。

表2 不同角度處固定底板對(duì)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(shí)的衰減系數(shù)，并未說明射線從其他方向射入時(shí)，以及不同射野大小照射時(shí)，固定底板對(duì)射線的衰減作用[12]。當(dāng)入射角為120 °，照射野為10 cm×10 cm時(shí)，射線穿過治療床板和固定底板疊加后的F值僅有92.21%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國際輻射單位與測量委員會(huì)(International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU)24號(hào)報(bào)告的“原發(fā)灶的根治劑量的精確性應(yīng)好于±5%”[13]的要求。隨著機(jī)架角度進(jìn)一步減小，只有少數(shù)射線穿過治療床板和固定底板，F(xiàn)值增加，當(dāng)90 °垂直照射時(shí)，左右射野幾乎都不穿過治療床板和固定底板，F(xiàn)值接近100%，無衰減。當(dāng)入射角度從120 °開始增大時(shí)，F(xiàn)值也隨之升高，并在180 °時(shí)達(dá)到最大。所以在考慮射線衰減時(shí)，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(yīng)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(biāo)。

無論是固定野照射還是旋轉(zhuǎn)弧照射，F(xiàn)值隨射野的增大而增加，當(dāng)使用20 cm×20 cm或更大照射野時(shí)，除了個(gè)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(shí)，比如食管癌術(shù)后患者，在設(shè)計(jì)計(jì)劃角度時(shí)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(shí)可以考慮選用VMAT制作計(jì)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(shí)可以削弱某一角度射線帶來的高衰減率的影響，提高靶區(qū)的劑量及整體透射率。

4 結(jié)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(zhuǎn)弧照射時(shí)的總體透射率略低于固定野照射，但固定野照射時(shí)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(jì)劃時(shí)不宜采用。本研究在基于治療床和固定底板對(duì)固定野照射吸收劑量影響的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析旋轉(zhuǎn)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(jì)劃時(shí)提供有益的參考[14-15]。