二維電離室矩陣中射野邊界位置對(duì)調(diào)強(qiáng)驗(yàn)證Gamma通過(guò)率的影響

包超恩，盧軍麗，翟福山，曹曉輝，劉兵，楊永鋒，劉明，李楓

河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院腫瘤科，河北石家莊050051

前言

隨著放射治療新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，質(zhì)量保證措施需嚴(yán)格執(zhí)行。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在用于患者治療之前必須進(jìn)行劑量學(xué)驗(yàn)證，以此檢驗(yàn)計(jì)算劑量與照射劑量之間的差異，確?；颊咧委熡?jì)劃的準(zhǔn)確實(shí)施。其中應(yīng)用二維矩陣驗(yàn)證相對(duì)劑量分布方法具有簡(jiǎn)便、劑量學(xué)特性好、測(cè)量效率高等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，一般作為調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布驗(yàn)證工具。吳昊等[4]研究表明電離室探測(cè)器靈敏區(qū)域的直徑、靈敏體積以及幾何形狀對(duì)劑量測(cè)量的準(zhǔn)確性有一定的影響，尤其是對(duì)高梯度區(qū)的測(cè)量結(jié)果有顯著影響[5]。王學(xué)濤等[6]對(duì)MatriXX的劑量特性研究結(jié)果表明在射野邊緣和劑量梯度大的區(qū)域，計(jì)算和測(cè)量的結(jié)果一致性較差。根據(jù)二維矩陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電離室具有一定體積且有一定間隔，導(dǎo)致射野邊界即劑量梯度陡峭的區(qū)域在矩陣平面不同位置測(cè)量時(shí)存在不同的偏差大小，劑量偏差對(duì)空間位置的細(xì)微變化非常敏感，這種敏感性容易導(dǎo)致較大的劑量偏差甚至超出劑量偏差標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而影響Gamma（γ）通過(guò)率。有文獻(xiàn)報(bào)道二維矩陣擺位偏差、等中心選取等都會(huì)對(duì)計(jì)劃驗(yàn)證結(jié)果有一定影響[7-8]，而分辨率對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差大小的定量分析少有報(bào)道。本研究應(yīng)用（10×10）cm2射野邊界在矩陣中位置改變對(duì)矩陣所測(cè)射野大小的變化規(guī)律及γ通過(guò)率的影響做深入探討，有助于掌握二維電離室矩陣測(cè)量特點(diǎn)，提高計(jì)劃驗(yàn)證結(jié)果的有效性，發(fā)揮矩陣測(cè)量工具的最大性能。

1 材料與方法

本實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)加速器進(jìn)行了嚴(yán)格檢測(cè)，盡量減少設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使加速器輸出劑量偏差小于1%，平坦度小于3%，等中心檢測(cè)小于2 mm，光野射野一致性小于1 mm，鉛門(mén)到位精度小于1 mm。

1.1 設(shè)備材料

美國(guó)VARIAN IX直線加速器；IBA公司生產(chǎn)的二維電離室矩陣MatriXX和SP34固體水膜體（由RW 3固體等效水材料制成，密度為1.045 g/cm3）。MatriXX二維電離室矩陣由1 020個(gè)通氣的平行板電離室排列成32×32平面矩陣（4個(gè)頂角處無(wú)電離室）。電離室均勻分布尺寸為直徑4.5 mm、高5 mm、靈敏體積0.08 cm3，相鄰電離室中心間距為7.62 mm，電離室矩陣有效測(cè)量面積為（24.4×24.4）cm2，有效測(cè)量點(diǎn)位于上表面下3 mm。

1.2 測(cè)量方法

按下列步驟進(jìn)行：①擺位，將MatriXX系統(tǒng)水平放置在VARIAN IX加速器治療床面上，MatriXX上面和下面同時(shí)放5 cm厚RW 3固體水材料，按CT掃描時(shí)的情況進(jìn)行擺位，借助加速器機(jī)房?jī)?nèi)的激光定位燈與電離室面板上的中心“+”一致。設(shè)置加速器機(jī)架角為0°，準(zhǔn)直器角為0°，通過(guò)雙絞網(wǎng)線連接MatriXX和控制電腦。②預(yù)熱，先通電預(yù)熱15 min，選用 6 MV-X射線，將射野開(kāi)至（25×25）cm2對(duì)MatriXX預(yù)照射1 000 MU，使其充分預(yù)熱，做本底測(cè)量。③測(cè)量，預(yù)處理完畢后標(biāo)稱射野出束100 MU，用OmniPro I'mRT（1.7）軟件分析處理測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄實(shí)測(cè)射野邊長(zhǎng)。④測(cè)量方式1，保持射野大小不變，在X方向移動(dòng)準(zhǔn)直器，使X1距離矩陣中心從4.1 cm到5.7 cm，對(duì)應(yīng)的X2從5.7 cm到4.1 cm，每次移動(dòng)0.1 cm。⑤測(cè)量方式2，移動(dòng)治療床改變Y方向射野邊界在矩陣中的位置，射野邊界在距離矩陣中心4.1 cm和5.7 cm間變化，每次間隔0.1 cm。⑥記錄，兩種方式分別進(jìn)行，計(jì)算每次測(cè)量射野邊長(zhǎng)的改變量，同時(shí)用實(shí)測(cè)劑量分布和CMS公司XiO中心（4.40）治療計(jì)劃系統(tǒng)相應(yīng)射野劑量分布對(duì)比，記錄3%3 mm標(biāo)準(zhǔn)下的γ方法分析結(jié)果和100%通過(guò)時(shí)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

（10×10）cm2射野中心在二維電離室矩陣等中心處時(shí)如圖1所示，由圖1可見(jiàn)射野邊界靠近電離室腔體中心。兩種方式下分別計(jì)算出射野邊界每移動(dòng)0.1 cm時(shí)射野邊長(zhǎng)改變量（全部取正值），共16組。在標(biāo)準(zhǔn)3%/3 mm下，γ分析不通過(guò)的地方集中在射野邊界，每個(gè)邊上不通過(guò)的電離室個(gè)數(shù)即為對(duì)應(yīng)邊的不通過(guò)點(diǎn)數(shù)（數(shù)值見(jiàn)表1、表2）。

圖1 在二維矩陣等中心平面的（10×10）cm2射野Fig.1 A(10×10)cm2 field in the isocenter p lane of two-dimensional array

根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)變化量一欄以及對(duì)應(yīng)的射野邊界在二維矩陣中的位置作圖，（10×10）cm2射野邊界在電離室矩陣中不同位置的邊長(zhǎng)變化量如2所示。

表1 射野X方向邊界在二維電離室矩陣中改變時(shí)對(duì)應(yīng)的變化量和通過(guò)率分析Tab.1 Analysis of the corresponding variations and Gamm a passing rates when the X-direction field edge in two-dim ensional ion cham ber array was changed

表2 射野Y方向邊界在二維電離室矩陣中改變時(shí)對(duì)應(yīng)的變化量和通過(guò)率分析Tab.2 Analysis of the corresponding variations and Gamm a passing rates when the Y-direction field edge in two-dimensional ion cham ber array was changed

從圖2可以看出（10×10）cm2射野中心在二維矩陣中心時(shí)，射野邊界接近電離室腔體中心位置，邊界在4.2 cm（測(cè)量序號(hào)1）和5.7 cm（測(cè)量序號(hào)16）處時(shí)位于電離室腔體中心位置（如圖2）。本實(shí)驗(yàn)采取方野（10×10）cm2，邊界從矩陣中心旁4.1 cm處到5.7 cm處每次步進(jìn)0.1 cm，記錄4個(gè)邊長(zhǎng)的變化量。表1和表2中射野邊界一欄測(cè)量序號(hào)為5、12數(shù)據(jù)都是射野邊界位于或接近二維矩陣電離室腔外間隙中心位置，測(cè)量序號(hào)為1、8、16數(shù)據(jù)射野邊界位于或接近電離室腔體中心位置，可以看出，每個(gè)電離室腔體內(nèi)約有3個(gè)變化量大于0.1 cm，最大接近0.2 cm，兩個(gè)電離室間隙約4個(gè)變化量低于0.1 cm，最低0.05 cm。同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)3%/3 mm條件下，γ分析射野不通過(guò)點(diǎn)數(shù)集中在邊緣，邊界在電離室腔外間隙中間時(shí)幾乎全部通過(guò)。圖2顯示射野4個(gè)邊長(zhǎng)變化量具有同樣的規(guī)律，跟隨電離室等間距排列射野邊界步進(jìn)0.1 cm的改變量具有一定周期性，在每個(gè)電離室中心都接近最大值0.2 cm，在電離室間隙中心接近最小值0.05 cm，由此可以得出在用二維矩陣測(cè)量射野大小時(shí)，射野邊界在矩陣不同位置測(cè)量偏差大小也不同，一般來(lái)說(shuō)邊界在射野間隙中心時(shí)所顯示的邊長(zhǎng)最接近實(shí)際射野邊長(zhǎng)。同時(shí)邊界在矩陣電離室腔外間隙中心附近γ分析結(jié)果顯示，3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)下最大差值都是小于1，即100%通過(guò)，其他位置全部通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)變化范圍為2%/2mm到6%/3 mm。

圖2 （10×10）cm2射野邊界在電離室矩陣中不同位置的邊長(zhǎng)變化量Fig.2 Length variations of the(10×10)cm2 field edge at different positions in ion chamber array

3 討論

國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者對(duì)電離室矩陣的特性、加速器質(zhì)控和調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布進(jìn)行驗(yàn)證[9-13]。由于電離室矩陣空間分辨率低，而且電離室測(cè)量劑量有明顯的體積平均效應(yīng)[14]，電離室探測(cè)器的體積效應(yīng)也降低了測(cè)量的分辨率[15]。使得在驗(yàn)證射野大小和γ通過(guò)率時(shí)存在一定偏差，對(duì)于二維電離室矩陣，由于矩陣電離室本身的幾何尺寸及間距屬于間斷探測(cè)方式，在檢測(cè)葉片位置精度方面具有一定的局限性[16]。Woo等[17]報(bào)道電離室大小和電離室位于射野的位置，可能造成13%的測(cè)量誤差。本研究結(jié)果顯示單就矩陣本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的偏差具有一定的規(guī)律性。

為了減少其他因素對(duì)本測(cè)試結(jié)果的影響，本研究采取以下措施：（1）加速器設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格質(zhì)控，尤其是光野射野一致性、加速器等中心校準(zhǔn)、激光燈精度、以及平坦度對(duì)稱性。（2）射野大小始終沒(méi)有改變，通過(guò)兩種方式改變射野邊界在矩陣中的位置，即在X方向移動(dòng)準(zhǔn)直器和在Y方向移動(dòng)治療床，得出的邊長(zhǎng)變化量隨邊界在矩陣中位置變化規(guī)律是一樣的（圖2），說(shuō)明準(zhǔn)直器的到位精度和床的到位精度在本研究中可以忽略。（3）采用射野邊界等間距（0.1 cm）改變時(shí)實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)變化量間接反映了邊界在矩陣不同位置劑量偏差的相對(duì)大小，由圖2可明顯看出，邊界在電離室腔體內(nèi)時(shí)所測(cè)劑量偏大，在電離室腔外間隙時(shí)所測(cè)劑量偏小，電離室測(cè)量劑量有明顯的體積平均效應(yīng)[14]，從電離室腔外間隙到相鄰電離室腔外間隙為一個(gè)周期，劑量從偏小到偏大又從偏大到偏小。

在驗(yàn)證過(guò)程中，應(yīng)用二維矩陣電離室實(shí)測(cè)射野中的等劑量曲線，并與治療計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的等劑量曲線比較，觀察等劑量線的一致性，記錄每個(gè)射野邊緣不通過(guò)點(diǎn)數(shù)以及最大差值。在本研究中，利用二維電離室矩陣測(cè)量射野內(nèi)50%等劑量線寬度。矩陣中的電離室有一定的幾何大小，在測(cè)量（10×10）cm2射野的過(guò)程中，對(duì)于處在射野邊緣的電離室只有一部分在射野內(nèi)受到照射，而另一部分在射野外沒(méi)有受到照射，由于邊緣效應(yīng)，測(cè)量結(jié)果會(huì)受到影響。因此，用二維電離室矩陣測(cè)量射野大小的精度受到電離室矩陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制。即射野的邊緣位于電離室矩陣中不同位置時(shí)，將產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果，射野邊緣劑量測(cè)量誤差使得測(cè)量射野大小存在偏差。因此，筆者認(rèn)為在應(yīng)用二維矩陣測(cè)量射野大小時(shí)，應(yīng)選擇邊界在電離室腔外間隙中間的射野，比如（6×6）、（12×12）cm2等，或者按本研究方法測(cè)量一個(gè)周期數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)矩陣腔體位置是否存在偏移，盡量規(guī)避矩陣分辨率低帶來(lái)的測(cè)量誤差，使所測(cè)射野大小與真實(shí)值更接近。

本研究結(jié)果還顯示，在調(diào)強(qiáng)劑量分布驗(yàn)證中，劑量梯度較大的邊緣在矩陣平面不同位置時(shí)存在測(cè)量偏差，進(jìn)而影響γ通過(guò)率。有些文獻(xiàn)報(bào)道計(jì)劃復(fù)雜程度、等中心位置、擺位誤差等因素影響γ通過(guò)率。與治療計(jì)劃系統(tǒng)輸出的劑量平面相比較，如果靶區(qū)劑量梯度較大的區(qū)域比較多，則調(diào)強(qiáng)劑量驗(yàn)證的通過(guò)率相對(duì)較低[18]，筆者認(rèn)為這與矩陣本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)，由表1、表2可以看出，在電離室腔外間隙位置不通過(guò)點(diǎn)數(shù)最少，3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)下最大差值最小，全部通過(guò)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)最小。

二維電離室矩陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其分辨率偏低，對(duì)于梯度較大處的測(cè)量誤差不可忽略。在調(diào)強(qiáng)劑量分布驗(yàn)證中不通過(guò)點(diǎn)若集中在劑量梯度大的射野邊緣區(qū)域，要充分考慮二維矩陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)帶來(lái)的影響，可通過(guò)查看γ值以及多種評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果仔細(xì)甄別，也可調(diào)整調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布在矩陣中位置來(lái)提高γ通過(guò)率有效性，對(duì)臨床工作具有一定的指導(dǎo)作用。本研究基于方野邊界在二維矩陣上的微小偏移帶來(lái)的通過(guò)率變化，具體到臨床調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布上，由于矩陣電離室體積和間隔等構(gòu)造特點(diǎn)帶來(lái)的通過(guò)率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

該研究結(jié)果表明，在應(yīng)用二維電離室測(cè)量射野大小時(shí)，選取射野邊界落在電離室腔外間隙正中位置時(shí)，所測(cè)射野大小偏差最小。在調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布驗(yàn)證中，不僅僅看通過(guò)點(diǎn)的百分?jǐn)?shù)，還要分析γ直方圖，查看最大值和其它的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，檢查不同的劑量偏差標(biāo)準(zhǔn)例如4%/3 mm，5%/3 mm，6%/3 mm等的γ通過(guò)率，從而提高γ通過(guò)率的有效性，對(duì)臨床工作具有一定的指導(dǎo)作用。