均整与非均整模式下TrueBeam加速器治疗床对放疗剂量的影响

时颖华，葛超，王利波，夏文明，陈坤志，杨旭，董丽华，王辉东，高岩

吉林大学白求恩第一医院放疗科，吉林长春130021

前言

放射治疗作为肿瘤治疗的3大治疗手段之一，其剂量和位置的精准是治疗质量的重要保证。国际辐射学单位委员会（ICRU）24报告指出，原发灶的根治剂量的精确性应好于±5%；如果靶区剂量偏离最佳剂量±5%时，就有可能使原发灶肿瘤局部复发或放射并发症增加[1]。医用电子直线加速器治疗床是放射治疗病人的载体。治疗床的存在提高病人表面剂量，降低肿瘤剂量。有文献研究了瓦里安及医科达不同治疗床对6、10 MV射线的衰减，衰减约3%～6%，建议对治疗床的影响进行修正或补偿[2-3]。TrueBeam加速器非均整模式（FFF）移除加速器射野均整器，提高了剂量率，缩短了治疗时间，因而广泛应用到临床。然而，很少文献讨论FFF模式下加速器治疗床对剂量学的影响。本文通过测量瓦里安TrueBeam医用电子直线加速器FFF模式和常规均整模式（FF）模式下治疗床穿透因子及表面剂量，分析不同能量及模式下治疗床对肿瘤和表面剂量的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

选取瓦里安TrueBeam加速器6/10 MV光子束FF/FFF 4档能量和全碳纤维治疗床。整个床板从靠近机臂段开始分为薄、中、厚3个部分，每个部分各占1/3，见图1。测量仪器采用IBA公司生产的FC65-G电离室和ISP公司生产的GAFCHROM IC EBT3型号胶片。测量体模采用30 cm×30 cm×20 cm固体水模，其中电离室放置于体模中间10 cm深度处。

图1 TrueBeam加速器治疗床Fig.1 Treatm ent couch of TrueBeam accelerator

1.2 治疗床穿透因子

将固体水模分别放置在瓦里安TrueBeam 医用电子直线加速器治疗床上。模体的中心与加速器等中心重合。照射野10 cm×10 cm，测量深度为水下10 cm。机架角从0°按顺时针方向每隔10°测量，至180°为止。加速器出束100 MU，记录电离室读数。对床面以上0°～80°的各点测量值作为参考数值Dr，度数（如Dr,0），床面以下180°～100°的各点对应测量点的读数作为剂量仪读数Dc,度数（如Dc,180），Dr与Dc成对关系（如Dr,0与Dc,180、Dr,10与Dc,170），相应的穿透因子F=Dc/Dr。

1.3 表面剂量

采用EBT3胶片测量表面剂量。胶片测量前先对胶片建立光学密度校正曲线。方法如下：加速器机架角度为0°，模体中心轴与射束中心轴重合，SSD=100 cm，剂量率500 MU/m in，胶片放置于水下5 cm处，分别用0、50、100、200、300、400、700和1 100 MU照射胶片，照射24 h后将胶片按照编号放入爱普森10000XL扫描仪中扫描。通过MATLAB计算机软件编程读取胶片灰度。利用Origin软件给出胶片剂量刻度曲线。然后，将固体水模体的中心与加速器等中心重合，射野10 cm×10 cm，机架0°，胶片放置于固体水模体上表面射野中心处，照射300 MU，取出胶片；同样，机架180°，胶片放置于固体水模体下背面（即治疗床表面）射野中心处，照射300 MU，取出胶片。扫描分析以上成对的两组胶片，得到相应的剂量。两组剂量表明治疗床对表面剂量的影响。用同样的方法测量薄、中、厚3个部位的表面剂量。

2 结果

2.1 穿透因子结果

TrueBeam碳纤维治疗床3个不同厚度处穿透因子分别见图2～4，横坐标为机架角度，纵坐标为穿透因子，从180°（床的垂直下方）到100°（床的右侧），这样便于观察穿透因子随机架角度的变化的变化趋势。结果表明TrueBeam治疗床的穿透因子均大于0.95，随着能量增加而增加及床板厚度增加而减小，相同能量下FFF较FF低。在治疗床薄段位置，穿透因子范围为0.956 6～1.000 0，穿透因子随机架角度变化。机架角度在180°～120°时，穿透因子随着角度的减小逐渐下降；机架角度在120°～100°时，穿透因子随着角度的减小逐渐增加；在120°时最小。在治疗床中间段位置，穿透因子范围为0.955 4～1.000 0，机架角度在180°～120°时，穿透因子随着角度的减小逐渐下降；机架角度在120°～100°时，穿透因子随着角度的减小逐渐增加；在120°时最小。在治疗床厚段位置，穿透因子范围为0.954 8～1.000 0，机架角度在180°～130°时，穿透因子随着角度的减小逐渐下降；机架角度在130°～100°时，穿透因子随着角度的减小逐渐增加；在130°时最小。穿透因子随着能量的增加而增加。图5显示，6 MV-FFF X射线同一角度在不同位置的透射因子，床板越厚，透射因子越小；薄段与中段、厚段穿透因子的最大差值分别为0.005 9和0.013 0，相差很小。其余能量规律与6 MV-FFF是一致，这里不再显示。

图2 TrueBeam治疗床薄段位置不同能量穿透因子Fig.2 Penetration factors at the thin part of TrueBeam treatment couch

图3 TrueBeam治疗床中间段位置不同能量穿透因子Fig.3 Penetration factors at the m edium part of TrueBeam treatment couch

图4 TrueBeam治疗床厚段位置不同能量穿透因子Fig.4 Penetration factors at the thick part of TrueBeam treatm ent couch

图5 6 MV-FFF能量下治疗床不同位置穿透因子Fig.5 Penetration factors at 3 parts of treatment couch with the sam e energy of 6 MV-FFF

2.2 表面剂量结果

胶片光学密度校正曲线见图6。结果表明能量越低，治疗床越厚，表面剂量越高。表面剂量FFF模式较FF模式更高。6 MV-FFF X射线在无床照射时表面剂量是30.6%，在有床照射时薄、中和厚段表面剂量分别增加到89.3%、91.5%和95.4%；6 MV X射线时表面剂量从24.1%分别增加到86.7%、89%、93%；10 MV-FFF X射线时表面剂量从18.3%分别增加到77.5%、79.5%、83%；10 MV X射线表面剂量从14.1%分别增加到70.9%、72.3%、79.6%。表面剂量增加最多的是10 MV治疗床厚段，接近565%，增加最少的是6 MV-FFF治疗床薄段，接近292%。

图6 EBT3胶片剂量刻度曲线Fig.6 EBT3 film calibration curve

3 讨 论

治疗床的存在提高皮肤表面剂量，降低肿瘤的吸收剂量。穿透因子越大说明碳纤维治疗床对射线阻挡越小，越小说明碳纤维治疗床对射线阻挡越大。本研究结果表明Truebeam医用电子直线加速器治疗床薄段和中间段穿透因子180°～120°区间时，穿透因子均逐渐降低，在120°～100°区间穿透因子均逐渐增加，在120°时最低。这是因为随着角度减小，射线在治疗床中穿透的距离变长，但路径增加的幅度较小，所以穿透因子是逐渐减小且相互间差别较小。但是，在120°～100°区间时，角度越小，射线越早脱离治疗床边缘，使得射线在治疗床中穿透距离变短，衰减更少，穿透因子越大。在厚段透射因子随着角度变化有着同样规律，但是在130°时最小。这是加速器治疗床结构导致的，厚段床板的厚度增加和边缘弧度变大。TrueBeam治疗床3个位置在同一角度时，治疗床越厚，射线在治疗床穿透距离变长，穿透因子越小，即TrueBeam-thin位置透射因子最大，其次是TrueBeam-medium，最后是TrueBeam-thick。本研究表明在同一位置穿透因子FF模式较FFF模式高，这是因为能量越高，射线穿透本领越大，FFF模式下均整器换成薄铜片，射线软化，6 MV-FFF射线接近4 MV X射线，10 MV-FFF射线接近8 MV X射线[4]。Sedaghatian等[5]及Berg等[6]报道碳纤维床板透射因子与机架角度有关，本研究结果与之相符。花威等[7]报道瓦里安直线加速器全碳纤维治疗床6和15 MV X射线，主床板和延长板的穿透因子在机架角105°～120°区间最低，主床板在115°时最小，穿透因子分别为0.954 4和0.968 5；延长板在110°时最小，穿透因子分别为0.914 7和0.924 7；衔接处的穿透因子远小于主床板和延长板，120°时最小，分别为0.484 8和0.586 0。

从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区域，该区域吸收剂量随深度而增加。治疗床的存在提高表面剂量，其原因是治疗床相当于一层组织等效材料，使得建成区域向皮肤方向移动。根据本文穿透因子研究结果可知，治疗床相当于4～6 mm等效水厚度，相当于建成区向皮肤表面移动了4～6 mm。Butson等[8]报道瓦里安医用电子直线加速器网格碳纤维治疗床6 MV X射线10 cm×10 cm照射野垂直入射时表面剂量从27%增加到55%，而床不存在时表面剂量是19%。Seppälä等[9]报道8种医用电子直线加速器治疗床6和15 MV X射线10 cm×10 cm照射野和20cm×20cm照射野180°照射时表面剂量41%～98.6%，其中瓦里安Exact IGRT治疗床6 MV 10 cm×10 cm照射野0°和180°照射时表面剂量分别为35.2%和90.8%。本研究结果与上述结果是一致的，这是因为表面剂量变化梯度大，0.1 mm相差2%[10]。Hoppe等[11]报道1例立体定向放射治疗患者因在计划设计时未考虑到治疗床和定位设备，使得计划设计者认为皮肤只有50%处方剂量，但是在后来的模拟发现实际剂量高达90%处方剂量，最终导致患者皮肤出现4级毒副反应。这也与肿瘤贴近皮肤表面和计划设计时照射野（3个）数目少有关系。

容积调强技术（VMAT）具有较好的靶区适形度与均匀度、降低危及器官受量、缩短治疗时间，已广泛应用于临床[12-15]。VMAT一般采用全弧照射，射线不可避免地要经过治疗床。以往进行常规二维治疗时，仅是简单地将透射因子归为某一固定值（通常垂直照射），与入射角度无关。本研究结果表明透射因子不但与入射角度有关，而且有的角度特别大，同时也提高了皮肤表面剂量。在临床上，使用高能X射线治疗的目标是消除深部肿瘤，忽视了皮肤表面剂量，本研究结果显示皮肤表面剂量提高了3～5倍，这在临床上是不容忽视的。随着精准立体定向放疗（SBRT）的发展，有必要考虑治疗床的剂量学影响。商用治疗计划系统 Varian Eclipse、Philips Pinnacle和BrainLAB iPlan RT Dose均支持虚拟床技术[16-17]。治疗床的CT值可以通过采用公司的推荐值，也可通过实际测量获得治疗床的CT值。治疗床可以拆下来进行扫描，但比较麻烦。目前，有学者通过蒙特卡罗模拟获得治疗床CT值。Vanetti等[18]报道Varian IGRT碳纤维治疗床CT值对前列腺癌的剂量学影响：床表面CT=-700 HU，床里面CT=-960 HU时，6和15 MV X射线衰减因子计算结果与测量结果最接近；剂量计算时加床与不加床剂量差异高达1.5 Gy（处方剂量70 Gy），这在临床上不可以忽略；能量越低，影响越大。

SBRT在癌症治疗方面的临床优势已得到广泛的证实，但因治疗时间长而未能广泛应用到临床[19-22]。FFF模式移除了加速器射野均整器，最高剂量率为2 400 MU/m in，是常规治疗的4倍，大大缩短了治疗时间。SBRT采用的容积调强技术搭配FFF模式，大大缩短治疗时间而广泛应用到临床。本研究结果表明治疗床穿透因子和表面剂量均较FF模式下影响更大。对于体部SBRT，治疗部位大多对应治疗床中厚段，如果采用6 MV-FFF射线治疗，治疗床对剂量的影响更为突出。在治疗计划系统中加入虚拟床，减小了治疗床引起的剂量学影响。计划设计时，尤其是偏向后方，肿瘤SBRT尽量采用多野照射，降低皮肤表面剂量。