VitalBeam加速器四種不同治療床板的劑量衰減特性測量與分析

藍(lán)茂英，楊波，許文偉，吳朱峰，鐘振東，伍銳，劉香林，范穎天，孫建聰

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放療科，廣東 廣州 510120

引言

在精確放療中，劑量和位置的精準(zhǔn)是保證治療效果的關(guān)鍵。根據(jù)國際輻射單位與測量委員會83號報告[1]的建議，腫瘤靶區(qū)根治劑量的精準(zhǔn)性應(yīng)好于±5%，否則會增加腫瘤局部復(fù)發(fā)和并發(fā)癥的風(fēng)險。加速器治療床是患者在進(jìn)行放療時的載體。在治療中，加速器一般通過多個不同機架角度對患者進(jìn)行照射，射線路徑有可能穿過治療床，進(jìn)而對患者實際受照劑量造成影響。對此，美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會發(fā)布了176號報告[2]，總結(jié)了已發(fā)表的關(guān)于治療床和患者固定裝置對劑量影響的各類文章，并提出建議，需要在治療計劃中考慮治療床對放療劑量的影響。

碳纖維材料因具有較高的機械強度和硬度以及低比密度特性而廣泛應(yīng)用于放射治療床中[3-5]。目前，也有不少作者研究了碳纖維床板對放療劑量的影響。黃唯等[6]定量分析了BrainLab碳纖維床板CT值對頭部腫瘤放療計劃劑量的影響。孔偉等[7]研究了瓦里安Exact IGRT碳纖維床板對宮頸癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強計劃劑量的影響。時穎華等[8]研究了均整（Flattening Filter，F(xiàn)F）與非均整（Flattening Filter-Free，F(xiàn)FF）模式下TrueBeam加速器碳纖維治療床對放療劑量的影響，表明治療床會增加表面劑量，減少腫瘤劑量，F(xiàn)FF模式比FF影響更大。時飛躍等[9]研究了瓦里安IGRT治療床板模型對食管癌固定野調(diào)強計劃ArcCHECK劑量驗證結(jié)果的影響。陳舒婷等[10]研究了醫(yī)科達(dá)Synergy醫(yī)用直線加速器全碳纖維治療床板對放射治療劑量的影響。宋洪兵等[11]則研究了Elekta Infinity直線加速器治療床對放療劑量的影響。

Calypso 4D電磁導(dǎo)航系統(tǒng)[12]已經(jīng)用于放療中腫瘤運動實時追蹤，主要由電磁探測陣列和信標(biāo)組成。電磁陣列探測范圍內(nèi)不允許有導(dǎo)電材料的存在。碳纖維是一種導(dǎo)電材料，會干擾電磁導(dǎo)航監(jiān)測頻率[13]。因此，在電磁導(dǎo)航追蹤時，不能使用碳纖維床。凱夫拉材料具有較低的導(dǎo)電性，是可以用于電磁導(dǎo)航的床板[14]。Q fixkVue Calypso治療床板和CIVCO UCT MTIL6662床板均采用凱夫拉材料，都可以用于Calypso電磁導(dǎo)航系統(tǒng)。

目前，大多研究集中于某一種碳纖維治療床對放療劑量的影響，其中主要為光子束的FF，并且僅測試10 cm×10 cm射野的影響。本文通過測量瓦里安VitalBeam直線加速器FF和FFF模式下四種不同治療床板在10 cm×10 cm和5 cm×5 cm射野下不同機架角度的劑量，分析四種不同治療床板的劑量衰減對射野大小、能量及入射角度的依賴性。

1 材料與方法

1.1 一般材料

選取四種加速器治療床板，分別為CIVCO UCT MTIL6660（簡稱為CIVCO碳纖維床板）、QfixkVue Universal Tip Insert（簡稱為Qfix KUTI床板）、CIVCO UCT MTIL6662（簡稱為CIVCO凱夫拉床板）和QfixkVue Calypso（簡稱為Qfix Calypso床板）（圖1），其中前兩種由碳纖維材料制成，后兩種由凱夫拉材料制成。CIVCO碳纖維床板和CIVCO凱夫拉床板具有相同的尺寸，長為1403 mm，寬為530 mm，厚為50 mm。Qfix Calypso床板長為1325 mm，寬為514 mm，厚為28 mm。Qfix KUTI床板長為950 mm，寬為514 mm，厚為28 mm。在美國瓦里安VitalBeam直線加速器6 MV、10 MV、6 FFF和10 FFF四檔光子束下進(jìn)行照射。測量儀器采用PTW公司UNIDOS Romeo劑量儀和30013電離室。測量模體采用30 cm×30 cm×12 cm多層均勻固體水模，其中電離室放置于模體中間。

圖1 四種治療床板測量位置示意圖

1.2 測量方法

將多層固體水模放置于VitalBeam加速器治療床上，模體放置于床正中線，模體中心與加速器等中心重合，電離室放置于模體中心，電離室中心距模體表面深度為6 cm，當(dāng)機架旋轉(zhuǎn)時，源到探測器中心的距離始終保持恒定。將需要測試的治療床板水平放置于固體水模上[15]，床板縱向中心軸對齊中間激光線，如表1所示。照射野為10 cm×10 cm和5 cm×5 cm，機架角從0°至80°，按順時針方向每隔10°進(jìn)行測量，出束3次，每次100 MU，取平均值并記錄測量結(jié)果。不同角度的射野中心軸穿過各床板的厚度如表1所示，機架角度為80°時射野中心軸未穿過床板。分別測量無床板時和有床板時的劑量，通過對比二者的劑量值，得出治療床板的衰減系數(shù)[15]，見公式(1)。

表1 不同機架角度下射線中心軸穿過床板的厚度（mm）

其中，Dopen為射束未穿過治療床時的劑量讀數(shù)，Dcouch為射線穿過治療床時的劑量讀數(shù)。

2 結(jié)果

四種治療床板的衰減系數(shù)分別如圖2～5所示，對于各個床板來說，隨著入射角度的增加（0°～70°），射線穿過床板的距離增加，床板的衰減系數(shù)增大；而在80°時，射束中心軸未穿過床板，所以該角度所測衰減系數(shù)接近0。同一種床板的測量結(jié)果顯示，隨著射線能量的增加，床板衰減系數(shù)減小，并且FFF模式下床板衰減系數(shù)較FF高。在對比不同射野大小的影響時，結(jié)果顯示5 cm×5 cm射野的衰減系數(shù)大于10 cm×10 cm射野下的衰減系數(shù)。圖2顯示了CIVCO碳纖維床板的測量結(jié)果，四檔光子線6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF，在10 cm×10 cm射野下、0°～70°區(qū)間內(nèi)最小的衰減系數(shù)對應(yīng)的機架角度為0°，分別 為 2.58%、3.12%、2.10%和 2.48%；10 cm×10 cm射野下最大的衰減系數(shù)對應(yīng)的機架角度為70°，相應(yīng)的衰減系數(shù)分別為6.86%、7.55%、5.58%和6.07%。其他床板也有類似的趨勢。圖3顯示了CIVCO凱夫拉床板的測量結(jié)果，四檔光子線6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF，在10 cm×10 cm射野下最小的衰減系數(shù)分別為3.26%、3.85%、2.73%和3.06%；最大的衰減系數(shù)分別為7.49%、8.22%、6.04%和6.59%。圖4顯示了Q fix Calypso床板的測量結(jié)果，在10 cm×10 cm射野下，6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF四檔光子線最小的衰減系數(shù)分別為1.76%、2.20%、1.49%和1.69%；最大的衰減系數(shù)分別為5.78%、6.50%、4.61%和5.00%。圖5顯示了Q fix KUTI床板的測量結(jié)果，在 10 cm×10 cm射 野 下，6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF四檔光子線最小的衰減系數(shù)分別為2.28%、2.72%、1.92%和2.18%；最大的衰減系數(shù)分別為6.50%、7.24%、5.19%和5.67%。

圖2 CIVCO碳纖維床板衰減系數(shù)

圖3 CIVCO凱夫拉床板衰減系數(shù)

圖4 Q fix Calypso床板衰減系數(shù)

圖5 Q fix KUTI床板衰減系數(shù)

圖6顯示了10 cm×10 cm射野下不同治療床板之間的衰減結(jié)果對比，其中圖6a為6X-FF光子束的測量結(jié)果，即在同一測試條件下，四種治療床衰減系數(shù)由小到大分別為Q fix Calypso床板、Q fix KUTI床板、CIVCO碳纖維床板和CIVCO凱夫拉床板，在機架角為0°時衰減系數(shù)分別為1.76%、2.28%、2.58%和3.26%；圖6b則顯示了不同床板在6X-FFF光子束中的衰減系數(shù)，也有類似的趨勢和結(jié)果。

圖6 10 cm×10 cm射野下不同床板衰減系數(shù)對比

3 討論

加速器治療床板的衰減會隨著光子穿透介質(zhì)厚度的變化而變化。本研究的結(jié)果表明，在同樣條件下四種床板均符合衰減對厚度依賴性的預(yù)期。衰減能力方面，在10 cm×10 cm的照射野下，對于VitalBeam所有能量光子線來說，隨著入射角度的不同，CIVCO碳纖維床板的衰減因子變化范圍為2.10%～7.55%；CIVCO凱夫拉床板的衰減因子變化范圍為2.73%～8.22%；Q fix Calypso床板的衰減因子變化范圍為1.49%～6.50%；Q fix KUTI床板的衰減因子變化范圍為1.92%～7.24%，絕大部分入射角度的床板衰減均超過2%。所有床板均在70°的斜入射時達(dá)到最大衰減值（對應(yīng)于實際治療中110°和250°時的射野角度）。這些結(jié)果表明在計劃設(shè)計時需要對這些床板的劑量衰減問題加以考慮，盡可能在治療計劃系統(tǒng)（Treatment Planning System，TPS）中精確創(chuàng)建相應(yīng)床板的物理模型。需要說明的是，本研究的測試中并沒有考慮VitalBeam加速器的Q fix床板支撐梁部件對衰減結(jié)果的影響。Li等[16]研究顯示，當(dāng)6 MV光子束5 cm×5 cm的照射野穿過Varian Exact治療床的支撐梁和床板時，衰減值高達(dá)26.8%。此外，考慮到床板的均勻性和對稱性，本測試并沒有對所有斜入射角度進(jìn)行測量，而是僅研究床板一側(cè)的斜入射衰減分布。

介質(zhì)的衰減特性與入射光子的射線質(zhì)同樣相關(guān)。本研究顯示在同樣照射條件下所有床板的6 MV光子的衰減因子均大于10 MV，表明入射光子能量越高，穿透能力越強，這是因為與10 MV相比，6 MV的光子束穿過同樣厚度時，能譜中會有更多的低能光子份額被床板吸收。對于FFF射束來說，因為缺少了均整器的濾過，同樣標(biāo)稱能量下，F(xiàn)FF射束會比FF射束包含更多的低能光子，從而導(dǎo)致射線質(zhì)“軟化”，因此比FF射束具有更大的衰減因子。本研究也表明，在同樣照射條件下，所有床板的6X-FFF衰減因子均大于6 MV，10X-FFF和10 MV也具有同樣特征。本科室VitalBeam加速器所有光子線的射線質(zhì)指數(shù)TPR20,10大小為6X-FFF＜6 MV＜10X-FFF＜10 MV，因此同樣照射條件下，所有床板的衰減因子大小應(yīng)為6X-FFF＞6 MV＞10X-FFF＞10 MV，本研究的結(jié)果符合這一預(yù)期。

不同照射野的衰減測量結(jié)果表明，在其他照射條件相同的情況下，所有床板5 cm×5 cm照射野的衰減因子均大于10 cm×10 cm照射野。對于5 cm×5 cm的照射野，在所有能量和入射角度下，CIVCO碳纖維床板的最大衰減因子為8.19%；CIVCO凱夫拉床板的最大衰減因子為8.97%；Q fix Calypso床板的最大衰減因子為6.92%；Q fix KUTI床板的最大衰減因子為7.79%，所有衰減均接近7%以上。照射野尺寸的增加除了會導(dǎo)致射野能譜的微小變化外，最重要的是會導(dǎo)致射野內(nèi)的散射線增加[17]，也就是在同樣MU下到達(dá)探測器的散射線增加，根據(jù)公式(1)，當(dāng)床板衰減值隨照射野的變化遠(yuǎn)小于探測器測量值隨照射野的變化時，就會表現(xiàn)出明顯的衰減因子差異。這提示我們，在調(diào)強放療、立體定向放療等包含小野的治療中，要更為關(guān)注加速器床板對靶區(qū)劑量的衰減影響。

從四種床板的衰減結(jié)果比較來看，在同樣照射條件下，Q fix Calypso床板具有相對較低的衰減值，其在四種床板中具有最薄的物理厚度，但VitalBeam上的Q fix Calypso床板和Q fix KUTI床板需搭配治療床的支撐梁部件一起使用，實際使用中某些入射角度可能會帶來更大的劑量衰減。CIVCO的兩種床板衰減因子相對較大，但在不使用支撐梁的情況下也具有一定的強度不會導(dǎo)致床板負(fù)重帶來的下沉。CIVCO凱夫拉床板的衰減值最大，在不使用Calypso 4D電磁導(dǎo)航系統(tǒng)的情況下，常規(guī)治療最好使用CIVCO碳纖維床板代替，以降低床板衰減的影響。

為提高劑量準(zhǔn)確性，在設(shè)計放療計劃時需要考慮到治療床的影響，在TPS中需要建立治療床CT信息。一般有以下三種方法：① 在CT端和加速器端采用一致的床板，則可使用定位CT掃描的床圖像代替治療床CT圖像，目前CIVCO公司已有相關(guān)產(chǎn)品；② 對加速器治療床進(jìn)行CT掃描，將圖像與患者圖像疊加后進(jìn)行計劃優(yōu)化與劑量計算；③ 利用幾何模型代替治療床，指定相應(yīng)材料和電子密度，與患者定位CT圖像一起進(jìn)行計劃優(yōu)化與劑量計算。第三種方法較為方便，臨床中使用較多。在TPS建立相應(yīng)治療床模型后，需要進(jìn)行劑量、通過率等相應(yīng)驗證，確保床模型的精確性。黃唯等[6]定量分析了碳素纖維床CT值對頭部腫瘤放療計劃劑量分布的影響，提示研究者即使采用TPS自帶的床模型也需對其CT值進(jìn)行實測和驗證以提高劑量準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本研究測試了VitalBeam加速器不同X線能量、不同射野大小下四種不同治療床隨射野入射角度的衰減特性，發(fā)現(xiàn)不同治療床的衰減系數(shù)相差較大，在臨床工作中，物理師應(yīng)該針對治療床進(jìn)行測試，對不同治療床構(gòu)建相應(yīng)的床模型，以更精確考慮治療床對放療劑量的影響。