碳纖維固定底板對放射治療射野劑量分布影響的初步研究*

柏正璐 時飛躍 秦 偉 蔣紅兵③*

隨著放射治療的發(fā)展，精確放射治療越來越普及，而體位固定是保證體位重復(fù)性和精確性的重要手段[1]。放射治療中用于固定患者體位的固定底板在腫瘤的精確放射治療中至關(guān)重要，與其他輔助定位器材如熱塑膜、真空袋等聯(lián)合使用能夠很好的固定患者體位，減少患者體位的不自主移動，使放射治療的擺位復(fù)位更容易、精度更高且更具可靠性[1]。

ORFIT AIO碳纖維固定底板是由碳纖維(carbon fiber，CF)材料組成，具有很高的射線通透性，但其仍會對射線產(chǎn)生影響，從而影響CT圖像質(zhì)量和患者體內(nèi)實際的劑量分布[2-3]。近年來，有學(xué)者研究了碳纖維床板對高能X射線劑量的影響、加速器床板的金屬部件對射野劑量分布的影響以及治療床延長板的結(jié)合部對放射治療劑量的影響[4-7]。此外，在前期研究中，已探討了碳纖維固定底板對水CT值的影響，碳纖維材料對鼻咽癌調(diào)強射野的Portal Dosimetry劑量驗證的影響[2-3]。

目前，國內(nèi)關(guān)于碳纖維材料對放射治療影響的研究，主要集中在報道碳纖維床板對劑量吸收較大，而有關(guān)固定底板的存在對調(diào)強射野劑量分布的影響情況卻少有報道?；诖?，本研究將通過實驗測量來初步分析OFRIT AIO碳纖維固定底板對調(diào)強射野的劑量分布影響，為物理師制作精確放射治療計劃提供有益的參考。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

Varian Clinac iX醫(yī)用直線加速器6 MV的X射線出束，Varian Eclipse 8.6治療計劃系統(tǒng)(TPS)進行計劃設(shè)計和劑量輸出。固定底板為ORFIT AIO碳纖維底板，該定位底板寬度為54 cm，厚度為3 cm。IBA二維空氣電離室矩陣MatriXX系統(tǒng)，包括硬件MatriXX探測平板和OmniPro I'mRT驗證軟件，有效測量點距MatriXX表面3 mm[8-9]。

1.2 基本資料與研究方法

(1)基本資料。選取2015年1月至2016年9月南京市第一醫(yī)院腫瘤放療中心20例宮頸癌患者，并對其進行放射調(diào)強治療計劃，治療計劃采用7野分布，挑選機架角度為180°的射野(G180)進行研究，在計劃系統(tǒng)中創(chuàng)建MatriXX劑量驗證計劃時，將180°射野的機架角度、準直器角度和治療床角度都歸為0°，使用Clinac iX直線加速器執(zhí)行計劃[10]。根據(jù)MatriXX的標記線，將其放置到等中心處，上面加上4.7 cm固體水材料，執(zhí)行驗證計劃。用OmniPro I'mRT測得分析二維平面的最大劑量點及射野劑量的γ通過率。γ通過率分析參數(shù)設(shè)定為：位置誤差＜3 mm、劑量誤差＜3%，閾值10%。

(2)分組。共制作4組MatriXX劑量驗證計劃，分別為4種情形：①A組，加速器機頭與MatriXX之間無固定底板；②B組，加速器機頭與MatriXX之間有1塊固定底板；③C組，加速器機頭與MatriXX之間有2塊固定底板；④D組，加速器機頭與MatriXX之間有3塊固定底板。

(3)研究內(nèi)容。本研究中固定底板放置于MatriXX平板上的固體水上面，且驗證計劃機架角度均置于0°，這樣設(shè)置排除了碳纖維治療床板對射線的衰減，只研究碳纖維固定底板對射野的影響；機架角度置于0°，僅研究固定底板對垂直入射射野的影響。

2 結(jié)果

2.1 固定底板對X射線的衰減率

在本研究中，A組當不加固定底板時，將射野內(nèi)的最大劑量點處的劑量作為參考吸收劑量，記作Dr，將增加固定底板后測得的對應(yīng)吸收劑量記作Dc，固定底板對X射線的衰減影響定義為公式1：

增加固定底板后，射線穿過底板到達測量點處的劑量減小，衰減影響增加。

根據(jù)衰減率定義公式(1)計算出各組對最大吸收劑量點處的射線衰減率，隨著固定底板數(shù)量的增加，對X射線的衰減作用也明顯增加。以A組情形為標準，B組、C組及D組情形對X射線衰減率的結(jié)果如圖1所示。

圖1 固定底板對6 MV的X射線衰減系數(shù)示圖

圖1 顯示，對X射線的衰減率：B組＜C組＜D組，這3組情形的平均衰減率分別為(1.73±0.11)%、(3.44±0.36)%和(5.48±0.44)%。其中，B組情形對X射線的衰減率均穩(wěn)定于＜2%，而D組情形的衰減率均值已達5.48%。

2.2 固定底板對射野γ射線通過率的影響

研究中的4組射野內(nèi)γ射線通過率的均值與固定底板數(shù)的關(guān)系描述了4組情形的5個統(tǒng)計量(最小值、P25、中位數(shù)、P75、最大值)的比較。4組情形射野的γ射線通過率總體上隨固定底板數(shù)量的增多先升后降，當固定底板數(shù)從2塊增至3塊，即從C組轉(zhuǎn)變?yōu)镈組時，射野內(nèi)的γ射線通過率開始下降。4組情形的平均γ射線衰減指數(shù)分析通過率分別為(94.87±2.31)%、(99.18±0.61)%、(99.79±0.27)%和(96.24±1.99)%。γ射線通過率的均值均＞90%。B組、C組和D組與A組比較，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=9.788，t=9.261，t=2.256；P＜0.05)，如圖2所示。

圖2 固定底板對射野γ通過率的影響箱式圖

3 討論

本研究結(jié)果顯示，垂直入射時，碳纖維固定底板對高能X射線的衰減作用較明顯，對計劃射野劑量分布的γ射線通過率也存在影響。4組實驗中，射野的γ射線通過率均＞90%。當只增加1塊固定底板時，即患者在正常體位固定下，對6 MV的X射線的衰減率均穩(wěn)定在2%以下，均值為1.73%，略超過固定底板的說明數(shù)據(jù)：6 MV和10 MV的吸收量＜1.4%。情形D的衰減率均值已達5.48%，超過了ICRU 24號報告的“原發(fā)灶的根治劑量的精確性應(yīng)好于±5%”[12]的要求，這對患者的治療很不利。盡管患者治療時，不可能使用到3塊碳纖維固定底板，但還需考慮碳纖維治療床及其他輔助定位器材等對X射線的衰減作用，因此，這個結(jié)果應(yīng)足以引起放射治療人員的重視。

本研究結(jié)果表明，碳纖維固定底板對調(diào)強計劃劑量的整體分布有一定影響，理想結(jié)果應(yīng)為：射野γ射線通過率總體上隨固定底板數(shù)量的增多而下降，而不是如本實驗所示，當增加3塊固定底板后，γ射線通過率才開始下降。結(jié)合之前的研究，絕對劑量的偏移對MatriXX劑量驗證結(jié)果的影響表明了該問題。在理想情況下，γ射線通過率最大值應(yīng)出現(xiàn)在絕對劑量偏移零點，而實驗中由于計劃原始數(shù)據(jù)的誤差及計算劑量時的算法誤差等，劑量驗證理想值卻處于劑量稍負偏時[13]。在絕對劑量偏移為-3%～-1%時，γ射線通過率最大，不難表明為何本研究中在B組和C組情形中，即在增加了1塊和2塊固定底板的情況下，射野內(nèi)的γ射線通過率反而上升。當D組增加3塊固定底板時，此時3塊固定底板對X射線的衰減作用已超過研究中的稍負偏范圍，所以γ射線通過率開始下降。此結(jié)果和固定底板對X射線的衰減作用結(jié)果一致符合。

目前，調(diào)強技術(shù)已經(jīng)廣泛用于患者的放射治療，與傳統(tǒng)三維適形放射治療技術(shù)(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)相比，調(diào)強放射治療在提高靶區(qū)適形度的同時，可有效降低周圍正常組織的受照劑量，能更好地保護周圍正常組織[14-15]。而在調(diào)強精確照射治療中，對體位固定提出了更高的要求，只有這些環(huán)節(jié)的增強，才能提高靶區(qū)劑量，減少正常組織不必要的放射性損傷，提高患者生存率。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，單個碳纖維固定底板對吸收劑量的衰減在可接受范圍內(nèi)，但差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，并且由于固定底板的使用，改變了X射線在患者體內(nèi)的建成效應(yīng)，導(dǎo)致皮膚表面的劑量增加，對患者體內(nèi)的劑量分布產(chǎn)生影響[13]。因此，在設(shè)計放射治療計劃時，應(yīng)綜合考慮固定底板的劑量修正，否則會造成靶區(qū)劑量欠缺而影響療效[16]。此外，有文獻表明，治療床對斜入射角度的影響更大，更需引起放射治療人員的注意，且可通過一些改進措施將碳纖維材料對輻射劑量的衰減考慮在內(nèi)，這些有待進一步研究[17]。

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