Mapcheck 3的劑量學(xué)特性測量及比較

王頔，董惠芬（通信作者），張馮迪

1 武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 （湖北武漢 430071）；2 武漢大學(xué)附屬同仁醫(yī)院 （湖北武漢 430060）

隨著放射治療技術(shù)的快速發(fā)展，放療越來越多地應(yīng)用于各類腫瘤患者治療中，并取得了良好的療效。雖然目前各種新型放療技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但基礎(chǔ)的適形調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）以其高度適形且均勻的劑量分布特性，較為低廉的設(shè)備門檻，已成為目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的放射治療技術(shù)之一。而IMRT技術(shù)作為一種對多葉準(zhǔn)直器（MLC）精度高度依賴的放療技術(shù)，為了保證治療的安全性和準(zhǔn)確性，IMRT的劑量學(xué)驗證工作就變得尤為重要[1]。

計劃驗證在很長的時間內(nèi)依賴于膠片驗證，但膠片驗證因為其操作復(fù)雜且單次驗證耗時較長的特點，已經(jīng)越來越少地應(yīng)用在日常的驗證工作中[2]。而以Mapcheck家族為代表的二維或三維半導(dǎo)體矩陣在計劃驗證工作上使用相對比較簡單，已在過去的十年間廣泛應(yīng)用于IMRT計劃的劑量驗證[3]。SunNuclear作為Mapcheck的制造商，在2018年底推出了新一代的計劃驗證二維矩陣，命名為Mapcheck 3，用以替代Mapcheck 2應(yīng)用于IMRT的驗證工作。本研究旨在對新一代的Mapcheck 3探測器劑量學(xué)特性進(jìn)行測量，對其性能進(jìn)行分析，并將新舊兩代Mapcheck進(jìn)行比較，從而為放射治療計劃的驗證提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究采用美國Varian EDGE直線加速器，飛利浦Pinnacle計劃系統(tǒng)，二維半導(dǎo)體探測器陣列Mapcheck 2、Mapcheck 3及其配套的SNCPatient V8.2劑量分析軟件。Mapcheck 2和Mapcheck 3在主要參數(shù)上基本一致，均具有1 527個半導(dǎo)體探測器，這些探測器以中心間距1 cm的間隔均勻分布在一個26×32大小的矩形平面上，上方覆蓋一定厚度的固體水[4]，見圖1。而Mapcheck 3采用Sunpoint 2半導(dǎo)體探頭，與Mapcheck 2所使用的Sunpoint 1探頭相比，最顯著的區(qū)別在于兩者體積的變化，2代的有效測量體積只有1代的一半大?。ū?），更小的體積可以帶來更高的空間分辨力和更小的體積平均效應(yīng)。

圖1 Mapcheck 2和Mapcheck 3探測器分布

表1 Sunpoint探測器參數(shù)比較

1.2 Mapcheck 2和Mapcheck 3模體中探頭劑量學(xué)特性的測量

1.2.1 探頭一致性精密度

分別將Mapcheck 2和Mapcheck 3中心放于治療加速器等中心處，加速器機(jī)架和小機(jī)頭均設(shè)置為0°，采用6 MV光子線，400 MU/min劑量率，射野大小35×35，照射200 MU劑量到Mapcheck，使用SNCPatient軟件記錄測量結(jié)果。再將Mapcheck沿長軸旋轉(zhuǎn)180°后重復(fù)測量，再次保存結(jié)果，重復(fù)上述測量結(jié)果3次，取平均值[5]。

1.2.2 劑量線性

分別將Mapcheck 2和Mapcheck 3中心放于治療加速器等中心處，加速器機(jī)架和小機(jī)頭均設(shè)置為0°，采用6 MV光子線，400 MU/min劑量率，射野大小25×25，按照不同跳數(shù)照射6次，每次跳數(shù)分別為100、200、300、400、500、600 MU，重復(fù)測量3次[6]。

1.2.3 重復(fù)性

分別將Mapcheck 2和Mapcheck 3中心放于治療加速器等中心處，加速器機(jī)架和小機(jī)頭均設(shè)置為0°，采用6 MV光子線，400 MU/min劑量率，射野大小25×25，照射200 MU劑量到Mapcheck，使用SNCPatient軟件記錄測量結(jié)果。重復(fù)上述測量10次。

1.3 結(jié)果計算方法

1.3.1 探頭一致性精密度

使用SNCPatient軟件獲取每次測量中每個探頭的實測劑量值，利用Excel計算同一位置的探頭劑量差異百分比，再求出所有1 527個探頭差異百分比的平均值。

1.3.2 劑量線性

使用SNCPatient軟件采樣Mapcheck中心周圍8個探頭在不同劑量下的測量讀數(shù)，用最小乘二法擬合出線性回歸方程，方程回歸系數(shù)即為劑量線性結(jié)果。

1.3.3 重復(fù)性

使用SNCPatient軟件采樣Mapcheck中心周圍8個探頭10次測量的結(jié)果，在測試結(jié)果中采樣8個探測器，定義任意探測器在第i次測量中的讀數(shù)為Ri，則第n個探測器在所有測量中的平均值為：

求出所有測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，則該標(biāo)準(zhǔn)差即為矩陣重復(fù)性的值。

2 結(jié)果

2.1 探頭一致性精密度

將3次測量結(jié)果取平均值，將旋轉(zhuǎn)前后兩次相同位置的探頭的劑量值相減，得到圖2和圖3所示的劑量百分比差異，橫軸為探頭所在的行數(shù)坐標(biāo)、縱軸為各探頭偏差的百分比。計算所有1 527個點測量差值的平均百分比，Mapcheck 2為0.1563%，Mapcheck 3為0.0154%。

圖2 Mapcheck 2劑量百分比差異

2.2 劑量線性

對于劑量跳數(shù)在100～600 MU時所得到的模體中部8個探頭的絕對劑量做線性回歸（圖4），其中橫軸為單次照射的跳數(shù)，縱軸為歸一化的測量結(jié)果平均值。得到的擬合后的回歸方程為：

圖3 Mapcheck 3劑量百分比差異

Mapcheck 3：Y=-0.09232+1.054107X

其中X為劑量跳數(shù)；Y為探頭測量劑量常量平均值；常數(shù)項為-0.09232，回歸系數(shù)為1.054107，各探頭測量值的最大差異百分比為0.0394%。

Mapcheck 2：Y=0.047372+1.057462X

常數(shù)項為0.047372，回歸系數(shù)為1.057462，各探頭測量值的最大差異百分比為0.0337%。此最大差異百分比反應(yīng)了Mapcheck的劑量線性，可以看出Mapcheck 2和Mapcheck 3均具有良好的劑量線性，且兩者劑量線性結(jié)果接近。

圖4 Mapcheck 2和Mapcheck 3探頭劑量線性曲線

2.3 重復(fù)性

以10次測量200 MU所得的矩陣中心區(qū)域的8個探頭的劑量結(jié)果得到重復(fù)性變化曲線（圖5），其中橫軸為測量次數(shù)，縱軸為單次測量后探頭測得的劑量值。計算得出Mapcheck 2的平均值為211.43013，標(biāo)準(zhǔn)差為0.04586，偏差百分比為0.0217%；Mapcheck 3的平均值為210.6332，標(biāo)準(zhǔn)差為0.02553，偏差百分比為0.0121%。

圖5 Mapcheck 2和Mapcheck 3探頭的重復(fù)性曲線

3 討論

IMRT的復(fù)雜性在于其使用了高精度的MLC和高度依賴于放療計劃系統(tǒng)（TPS）的建模和計算精度，所以必須在患者實際治療前進(jìn)行準(zhǔn)確的計劃驗證工作，從而保證放療計劃可以準(zhǔn)確的實施。Mapcheck作為最廣泛使用的計劃驗證設(shè)備之一，必須保證驗證設(shè)備本身的劑量學(xué)特性滿足臨床要求[6]。新一代的Mapcheck 3很好地繼承了上一代的特點，而其采用的Sunpoint 2探頭相較于上一代產(chǎn)品具有更好的劑量學(xué)特性，能夠滿足臨床的使用要求。

在上述測試中，Mapcheck 3重復(fù)性偏差為0.0121%，反映了Mapcheck 3本身具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，比較2代產(chǎn)品進(jìn)一步提升。而穩(wěn)定性的提升很大程度上取決于Mapcheck 3采用了新一代的Sunpoint 2半導(dǎo)體探測器。部分研究中也指出該半導(dǎo)體探測器連續(xù)重復(fù)15次測量，每次機(jī)器跳數(shù)60 MU，探測器的響應(yīng)變化為±0.15%[7]。距標(biāo)定9個月后，采用該型探測器的Mapcheck的探測響應(yīng)變化為±0.2%[8-9]。證明采用Sunpoint探測器的探測矩陣比同種類采用空氣電離室的矩陣具有更好的穩(wěn)定性[10]。

目前中國部分醫(yī)院已經(jīng)可以開展立體定向放射治療（SRS），該治療方式的特點是單次大劑量且射野面積小。這對于傳統(tǒng)的計劃驗證設(shè)備提出了新的要求，單次大劑量要求驗證設(shè)備在接收大劑量測量時仍然能夠保持良好的劑量線性。本研究中對于線性的測量從常規(guī)的100 MU一直延伸至單次600 MU，結(jié)果顯示在該狀態(tài)下Mapcheck 3依然能夠保持良好的劑量線性；同時對于小體積的靶區(qū)，射野半影區(qū)具有更大的比重[11]。半影區(qū)具有劑量分布變化快的特點，而探測器本身的體積越大，存在的體積平均效應(yīng)越明顯[12]。Mapcheck 3采用的Sunpoint 2探頭在劑量響應(yīng)特性不改變的情況下將有效測量面積縮小了一半，提供了更高的空間分辨力和測量精度，使得探頭的體積平均效應(yīng)更低，更能夠滿足現(xiàn)代放療中測量劑量梯度增大的射野需求[13]。