碳纤维固定底板对放射治疗射野剂量分布影响的初步研究*

柏正璐 时飞跃 秦 伟 蒋红兵③*

随着放射治疗的发展，精确放射治疗越来越普及，而体位固定是保证体位重复性和精确性的重要手段[1]。放射治疗中用于固定患者体位的固定底板在肿瘤的精确放射治疗中至关重要，与其他辅助定位器材如热塑膜、真空袋等联合使用能够很好的固定患者体位，减少患者体位的不自主移动，使放射治疗的摆位复位更容易、精度更高且更具可靠性[1]。

ORFIT AIO碳纤维固定底板是由碳纤维(carbon fiber，CF)材料组成，具有很高的射线通透性，但其仍会对射线产生影响，从而影响CT图像质量和患者体内实际的剂量分布[2-3]。近年来，有学者研究了碳纤维床板对高能X射线剂量的影响、加速器床板的金属部件对射野剂量分布的影响以及治疗床延长板的结合部对放射治疗剂量的影响[4-7]。此外，在前期研究中，已探讨了碳纤维固定底板对水CT值的影响，碳纤维材料对鼻咽癌调强射野的Portal Dosimetry剂量验证的影响[2-3]。

目前，国内关于碳纤维材料对放射治疗影响的研究，主要集中在报道碳纤维床板对剂量吸收较大，而有关固定底板的存在对调强射野剂量分布的影响情况却少有报道。基于此，本研究将通过实验测量来初步分析OFRIT AIO碳纤维固定底板对调强射野的剂量分布影响，为物理师制作精确放射治疗计划提供有益的参考。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

Varian Clinac iX医用直线加速器6 MV的X射线出束，Varian Eclipse 8.6治疗计划系统(TPS)进行计划设计和剂量输出。固定底板为ORFIT AIO碳纤维底板，该定位底板宽度为54 cm，厚度为3 cm。IBA二维空气电离室矩阵MatriXX系统，包括硬件MatriXX探测平板和OmniPro I'mRT验证软件，有效测量点距MatriXX表面3 mm[8-9]。

1.2 基本资料与研究方法

(1)基本资料。选取2015年1月至2016年9月南京市第一医院肿瘤放疗中心20例宫颈癌患者，并对其进行放射调强治疗计划，治疗计划采用7野分布，挑选机架角度为180°的射野(G180)进行研究，在计划系统中创建MatriXX剂量验证计划时，将180°射野的机架角度、准直器角度和治疗床角度都归为0°，使用Clinac iX直线加速器执行计划[10]。根据MatriXX的标记线，将其放置到等中心处，上面加上4.7 cm固体水材料，执行验证计划。用OmniPro I'mRT测得分析二维平面的最大剂量点及射野剂量的γ通过率。γ通过率分析参数设定为：位置误差＜3 mm、剂量误差＜3%，阈值10%。

(2)分组。共制作4组MatriXX剂量验证计划，分别为4种情形：①A组，加速器机头与MatriXX之间无固定底板；②B组，加速器机头与MatriXX之间有1块固定底板；③C组，加速器机头与MatriXX之间有2块固定底板；④D组，加速器机头与MatriXX之间有3块固定底板。

(3)研究内容。本研究中固定底板放置于MatriXX平板上的固体水上面，且验证计划机架角度均置于0°，这样设置排除了碳纤维治疗床板对射线的衰减，只研究碳纤维固定底板对射野的影响；机架角度置于0°，仅研究固定底板对垂直入射射野的影响。

2 结果

2.1 固定底板对X射线的衰减率

在本研究中，A组当不加固定底板时，将射野内的最大剂量点处的剂量作为参考吸收剂量，记作Dr，将增加固定底板后测得的对应吸收剂量记作Dc，固定底板对X射线的衰减影响定义为公式1：

增加固定底板后，射线穿过底板到达测量点处的剂量减小，衰减影响增加。

根据衰减率定义公式(1)计算出各组对最大吸收剂量点处的射线衰减率，随着固定底板数量的增加，对X射线的衰减作用也明显增加。以A组情形为标准，B组、C组及D组情形对X射线衰减率的结果如图1所示。

图1 固定底板对6 MV的X射线衰减系数示图

图1 显示，对X射线的衰减率：B组＜C组＜D组，这3组情形的平均衰减率分别为(1.73±0.11)%、(3.44±0.36)%和(5.48±0.44)%。其中，B组情形对X射线的衰减率均稳定于＜2%，而D组情形的衰减率均值已达5.48%。

2.2 固定底板对射野γ射线通过率的影响

研究中的4组射野内γ射线通过率的均值与固定底板数的关系描述了4组情形的5个统计量(最小值、P25、中位数、P75、最大值)的比较。4组情形射野的γ射线通过率总体上随固定底板数量的增多先升后降，当固定底板数从2块增至3块，即从C组转变为D组时，射野内的γ射线通过率开始下降。4组情形的平均γ射线衰减指数分析通过率分别为(94.87±2.31)%、(99.18±0.61)%、(99.79±0.27)%和(96.24±1.99)%。γ射线通过率的均值均＞90%。B组、C组和D组与A组比较，组间差异有统计学意义(t=9.788，t=9.261，t=2.256；P＜0.05)，如图2所示。

图2 固定底板对射野γ通过率的影响箱式图

3 讨论

本研究结果显示，垂直入射时，碳纤维固定底板对高能X射线的衰减作用较明显，对计划射野剂量分布的γ射线通过率也存在影响。4组实验中，射野的γ射线通过率均＞90%。当只增加1块固定底板时，即患者在正常体位固定下，对6 MV的X射线的衰减率均稳定在2%以下，均值为1.73%，略超过固定底板的说明数据：6 MV和10 MV的吸收量＜1.4%。情形D的衰减率均值已达5.48%，超过了ICRU 24号报告的“原发灶的根治剂量的精确性应好于±5%”[12]的要求，这对患者的治疗很不利。尽管患者治疗时，不可能使用到3块碳纤维固定底板，但还需考虑碳纤维治疗床及其他辅助定位器材等对X射线的衰减作用，因此，这个结果应足以引起放射治疗人员的重视。

本研究结果表明，碳纤维固定底板对调强计划剂量的整体分布有一定影响，理想结果应为：射野γ射线通过率总体上随固定底板数量的增多而下降，而不是如本实验所示，当增加3块固定底板后，γ射线通过率才开始下降。结合之前的研究，绝对剂量的偏移对MatriXX剂量验证结果的影响表明了该问题。在理想情况下，γ射线通过率最大值应出现在绝对剂量偏移零点，而实验中由于计划原始数据的误差及计算剂量时的算法误差等，剂量验证理想值却处于剂量稍负偏时[13]。在绝对剂量偏移为-3%～-1%时，γ射线通过率最大，不难表明为何本研究中在B组和C组情形中，即在增加了1块和2块固定底板的情况下，射野内的γ射线通过率反而上升。当D组增加3块固定底板时，此时3块固定底板对X射线的衰减作用已超过研究中的稍负偏范围，所以γ射线通过率开始下降。此结果和固定底板对X射线的衰减作用结果一致符合。

目前，调强技术已经广泛用于患者的放射治疗，与传统三维适形放射治疗技术(three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT)相比，调强放射治疗在提高靶区适形度的同时，可有效降低周围正常组织的受照剂量，能更好地保护周围正常组织[14-15]。而在调强精确照射治疗中，对体位固定提出了更高的要求，只有这些环节的增强，才能提高靶区剂量，减少正常组织不必要的放射性损伤，提高患者生存率。

4 结论

本研究结果显示，单个碳纤维固定底板对吸收剂量的衰减在可接受范围内，但差异具有统计学意义，并且由于固定底板的使用，改变了X射线在患者体内的建成效应，导致皮肤表面的剂量增加，对患者体内的剂量分布产生影响[13]。因此，在设计放射治疗计划时，应综合考虑固定底板的剂量修正，否则会造成靶区剂量欠缺而影响疗效[16]。此外，有文献表明，治疗床对斜入射角度的影响更大，更需引起放射治疗人员的注意，且可通过一些改进措施将碳纤维材料对辐射剂量的衰减考虑在内，这些有待进一步研究[17]。

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