VARIAN 23ex小照射野劑量測量方法研究

高翔 石麗婉 傅麗蓉 陳思佳 劉俊 何逸鵬 陳思嘉

精確放療要求射線束劑量盡可能多的投照在腫瘤靶區(qū)上，而周圍正常組織受到的劑量盡可能的小，計(jì)劃系統(tǒng)的建模數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性直接影響到了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性[1-3]。本文通過使用半導(dǎo)體探頭和膠片劑量儀，測量瓦里安直線加速器23ex 6MV照射野物理數(shù)據(jù)，并將實(shí)際測量的結(jié)果與計(jì)劃系統(tǒng)（TPS）的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，通過數(shù)據(jù)分析完善科室使用的VARIAN直線加速器23ex數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 醫(yī)用直線加速器

瓦里安23ex直線加速器，光子能量設(shè)置為6MV。

表1 半導(dǎo)體探頭測得小照射野情況下的平坦度、對稱性

表2 不同照射野情況下，不同照射野三種測量方法測量值

1.2 水模與探頭

采用IBA公司Blue Phantom2水箱、0.01 cc（RAZOR，IBA公司） 半導(dǎo)體探頭（隱形參考電離室）、GAFCHROMIC EBT3膠片、Film QATMPro膠片分析軟件與Epson Expression 10000XL掃描儀（日本Epson公司）。

固體水體模的測量深度dm與水中的測量深度dw之間的關(guān)系為：

其中，ρ是物體密度，Z和A分別是指材料的原子序數(shù)和原子量。在后續(xù)的測量中，都需要將體模中測量的數(shù)據(jù)根據(jù)公式（1）轉(zhuǎn)換到真實(shí)的水環(huán)境中。

1.3 離軸比曲線（OAR）

離軸數(shù)據(jù)是測量模體中垂直于射線束中心在一個給定深度的劑量分布。通常用測量深度Z=10 cm和Z=Dmax深度處的劑量驗(yàn)證是否符合規(guī)范[4]。離軸比通常被定義為在同一深度的中心光束軸線上的離軸點(diǎn)的劑量比。其中半影區(qū)定義為穿透半影、幾何半影和散射半影的集合[5]。

1.4 總散射校準(zhǔn)因子Scp

Sp可以定義為在同樣的準(zhǔn)直器條件下，一個給定大小的照射野在參考深度的劑量與相同深度參考野（例如10 cm×10 cm）的劑量之比[6]。為了排除在較淺深度時，電子污染的問題，我們此次測量時取在水下10 cm。

2 結(jié)果

離軸比曲線（OAR）：圖1是用膠片劑量儀和半導(dǎo)體探頭測得的不同小野：依次為：（a）0.6 cm×0.6 cm、（b）1.0 cm×1.0 cm、（c）1.6 cm×1.6 cm、（d）2.0 cm×2.0 cm下的平坦度對稱性曲線。其中，散點(diǎn)為膠片測得的數(shù)據(jù)，曲線為半導(dǎo)體探頭測得的數(shù)據(jù)。

表1為半導(dǎo)體探頭測得的水下5 cm的6 MV光子線平坦度、對稱性曲線數(shù)據(jù)。射野越小的情況下，平坦度、對稱性會越差[7]。

圖2是利用瓦里安計(jì)劃系統(tǒng)Eclipse計(jì)算得到的在不同照射野情況下的照射劑量理論計(jì)算值。通過定位CT掃面水模體，然后將掃面的圖像導(dǎo)入到計(jì)劃系統(tǒng)中，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)模型計(jì)算劑量結(jié)果。處方劑量100 MU，計(jì)算得到了模體最大劑量點(diǎn)及其所在的深度，然后根據(jù)公式（1）換算到真實(shí)的水環(huán)境中。圖（a） 是照射野在1.0 cm×1.0 cm時，計(jì)劃系統(tǒng)Eclipse計(jì)算的等劑量分布圖，其中最大劑量為78.9 cGy；（b）是照射野在2.6 cm×2.6 cm時劑量分布圖，其中最大劑量為88.5 cGy；（c）是照射野在3.0 cm×3.0 cm時劑量分布圖，其中最大劑量為89.0 cGy；（d）是照射野在9.0 cm×9.0 cm時劑量分布圖，其中最大劑量為100.3 cGy。

圖3用IBA RAZOR探頭測得數(shù)據(jù)（圓點(diǎn)）、膠片劑量儀（星形）與TPS（三角形）計(jì)算結(jié)果偏差。相對偏差=（TPS理論值-測量值）/TPS理論值。表2列出了不同照射野情況下，不同照射野三種測量方法測量值。由表可見，總散射校準(zhǔn)因子TPS計(jì)算理論值與半導(dǎo)體探頭測得最大偏差約為-2.7%，但是與膠片實(shí)測值偏差約12%。

3 討論

對于小照射野，尤其是3 cm×3 cm及其以下的照射野，側(cè)向電子平衡無法建立，測量的Scp因子與機(jī)器外推計(jì)算的結(jié)果會存在較大的差別[8]。而對于高度適形的精確放療，要求靶區(qū)外的正常組織受量盡可能小，而半影的大小決定了靶區(qū)外劑量跌落梯度，因此射野的平坦度、對稱性與半影寬度的測量準(zhǔn)確性尤為重要。同時，不同的測量方法測得的PDD曲線的不同，這會影響到后面總散射校準(zhǔn)因子Scp的計(jì)算。膠片劑量儀相比較與半導(dǎo)體探頭具有更高的空間分辨率，邊界的分辨會更加的明顯，因此可以得到比較準(zhǔn)確的測量半影的寬度[9]。半導(dǎo)體探頭雖然體積很小，但是仍然有一定的體積，對于邊界的測量會受電離室本身體積的影響。

圖1 用膠片劑量儀和半導(dǎo)體探頭測得的不同小野數(shù)據(jù)

圖2 計(jì)劃系統(tǒng)Eclipse計(jì)算得到的在不同照射野情況下的照射劑量理論計(jì)算值

加速器輸出劑量的測量除了對使用的測量方法、擺位精確度有比較高的要求之外，探測器探頭的選擇也會很大程度上影響到測量的結(jié)果[10]。在探頭的選擇上，瓦里安直線加速器小野劑量學(xué)臨床實(shí)踐指南推薦了幾款比較適合小照射野測量的電離室類型及型號，包括：硅半導(dǎo)體、金剛石探測器、液體電離室、有機(jī)閃爍體探測器等等[11]。蒙特卡羅模擬在加速器劑量測量方面有著很大的理論指導(dǎo)作用[12-13]，尤其是對于電子平衡不能建立的小照射野測量。比較常用的蒙卡軟件有：MCNP、Geant4、EGS等，由加拿大國家研究委員會等幾個研究所在EGS平臺上完善的Beamnrc和DOSxyznrc軟件能夠很方便的模擬醫(yī)用直線加速器機(jī)頭和輸出的劑量。接下來的工作，我們也將在本次研究的基礎(chǔ)上，著重?cái)?shù)據(jù)的處理以及蒙卡模擬驗(yàn)證，期望通過對小野物理數(shù)據(jù)的測量和計(jì)算等進(jìn)一步的研究。

圖3 不同情況下測得6 MV光子線總散射校準(zhǔn)因子Scp