Elekta Infinity直线加速器治疗床对放疗剂量的影响

宋洪兵，潘景辉，杨雄，阮长利，李祥攀

武汉大学人民医院放疗科，湖北武汉430060

前言

随着肿瘤放射治疗技术的发展，特别是容积旋转调强（VMAT）技术的广泛应用，对放疗剂量精度的要求也越来越严格。根据ICRU 24 号报告的要求［1］，肿瘤原发灶根治剂量的误差应小于5%，否则将出现复发或并发症。AAPM TG 53号报告指出，放疗计划系统的剂量计算精度应控制在3%左右［2］。为了减少放疗中剂量的衰减，现代医用直线加速器大多采用碳纤维治疗床，但是研究表明碳纤维床对放疗剂量的影响依然明显［3-12］，特别是在某些特定的角度和位置［13］，X 射线的衰减非常大，致使患者在治疗过程中靶区实际接受的剂量可能远低于计划设计剂量，无法有效地杀死肿瘤，实现根治。此外，碳纤维床还会增加皮肤的剂量，甚至对皮肤造成严重伤害［14-18］。因此，对碳纤维治疗床进行针对性的剂量学研究十分必要。本文以武汉大学人民医院放疗科新投入使用的Elekta Infinity 直线加速器作为研究对象，测量并评估了该型加速器碳纤维治疗床在不同位置对不同能量X射线的衰减影响，为后期放疗剂量的精确计算和剂量修正提供了必要的数据基础与治疗保障。

1 材料与方法

Elekta Infinity 直线加速器采用德国Medical Intelligence公司生产的iBEAMevo Couch碳纤维治疗床和iBEAMevo Extension 415 延长板，尺寸分别为：（200×53×5）cm3和（41.5×53×2）cm3，该类型治疗床板采用三明治夹层结构［19］，外层材料为碳纤维，内层材料为填充泡沫。将IBA FC65G型指形电离室置于图1所示Polymethyl Methacrylate（PMMA）材质圆柱体模体中，模体长25 cm，外径15 cm，内部嵌套放置指形电离室且直径为3 cm的圆柱体腔塞。将治疗床左右偏差调整为0 mm，移动模体至床正中，并调节治疗床使指形电离室刚好位于源轴距（SourceAxis Distance,SAD）=100 cm的位置，将铅门与多叶准直器调整至10 cm×10 cm方形射野，准直器角度归为0°。如图2所示，分3组将固体水分别置于延长板、延长板与治疗床衔接处（简称衔接处）以及治疗床正中，切换X射线能量，分别在6和10 MV两档常用能量下，旋转机架，每隔10°出束3次，每次100 MU，记录每次的读数并取平均值，剂量率均为600 MU/min。考虑到后斜野角度在115°和245°附近衰减可能达到最大［5］，本文在机架角110°～130°和230°～250°以及它们在治疗床上部对称的角度区间内每隔5°进行测量。测量前，模体和测量仪器均提前一天放置在加速器机房，测量当天PMMA模体测量孔内温度为20.8 ℃，压强100.9 kPa。

图1 模体外形与尺寸Fig.1 Shape and sizes of the phantom

2 结果

经过测量，模体分别摆放在延长板、衔接处和主治疗床中间时的剂量分布如图3 所示。为了便于比较，本文将6和10 MV 能量下，机架角100°～260°的测量结果投影至280°～80°对应的位置，形成6 MV-REF和10 MV-REF。可以观察到，两种治疗模式下，机架在280°～80°区间的测量剂量与100°～260°区间内的测量剂量几乎呈左右对称分布，但在衔接处（图3b），120°和240°两个位置附近的剂量分布曲线有明显凹陷。射线在这两个角度附近要先穿过衔接处的挂钩以及内部的高密度金属，致使电离室实际测得的剂量偏低，因而在实际的治疗过程中应尽量避免射线从衔接处两侧穿过，特别是要避免在衔接处120°和240°这两个角度附近给野。从图3 同样可以观察到，3 个位置处10 MV 能量下测量的剂量均要明显高于6 MV，说明随着能量的上升，治疗床对射线的衰减会降低。

将加速器机架位于治疗床上方280°～80°区间内的剂量测量值作为参考值Dr，机架在治疗床下方100°～260°的剂量测量值作为对应的对比值Dc，计算治疗床对剂量的衰减因子fa，fa=( )

图2 模体摆放位置Fig.2 Location of the phantom

Dr-Dc Dr×100%，得到6 和10 MV 两种治疗模式下，延长板、主床板和衔接处3 个位置的剂量衰减曲线，如图4 所示。可以明显观察到在衔接处，120°和240°两个机架角处的剂量衰减达到最大，6 和10 MV 两种治疗模式下的fa分别达到了36.02%和36.01%以及30.46%和30.63%。10 MV 能量的X 射线在这两个位置的衰减要比6 MV的小5.5%左右，这与10 MV能量的X射线穿透能力更高相符。主治疗床的最大衰减角度与衔接处相同，也出现在120°和240°，6和10 MV 两种能量下的衰减因子分别为4.87%和4.85%以及3.72%和3.98%。延长板厚度比主治疗床要薄3 cm，几何外形上有较大改变，其最大剂量衰减角度出现在115°和245°，6 和10 MV 两种能量下的衰减因子分别为4.08% 和3.97%以及3.20%和3.34%。在这3 处位置，机架在从100°逐渐旋转至260°的过程中，剂量衰减因子均呈现先上升，达到最大值后逐渐下降，并在180°达到最小值之后又对称性地上升再下降的情况。两种治疗模式下，延长板、衔接处和主治疗床处的衰减因子变化范围及中位数如表1 所示。因为延长板厚度比治疗床要薄，对X 射线的衰减要小于主治疗床，但其最大剂量衰减因子超过了3%，6 MV和10 MV 能量下分别达到了4.08%和3.34%；6 MV 能量下主治疗床对X 射线的最大衰减因子达到4.87%，10 MV 能量为3.98%；衔接处的最大剂量衰减因子明显高于其它两个位置，6 MV 能量和10 MV 能量下分别达到了36.02%和30.63%，已经严重影响了治疗的精度，制定计划和摆位时应规避使治疗位置出现在这个机架角区域附近。通过图4 和表1 可以观察到机架角在140°～220°区间范围内，治疗床对射线的衰减变化非常小，其绝对值也比较小，其中延长板在该区间内6和10 MV 射线的剂量衰减因子平均值及标准差分别为1.55%±0.24%和1.07%±0.25%，衔接处与主治疗床在6与10 MV能量下的剂量衰减因子平均值及标准差分别为2.56%±0.49%和2.14%±0.39%以及2.55%±0.48%和1.95%±0.41%。因此，当后斜野出现在140°～220°区间时，对实际剂量的影响是较小的，特别是衔接处所在区域的衰减因子与主治疗床非常接近，证明该区域在该角度区域也是可以被利用的，这与厂商仅要求射野避开两侧梯形区域是相一致的。

图3 3个测量位置处机架旋转不同角度测量的剂量分布Fig.3 Dose distributions measured at different gantry angles

图4 两种治疗模式下剂量衰减因子fa随机架角度的变化Fig.4 Attenuation factors fa changing with gantry angles under 6 MV and 10 MV

表1 两种治疗模式下不同治疗位置的衰减因子变化范围及中位数（%）Tab.1 Change intervals and medians of attenuation factors at different locations under 6 MV and 10 MV(%)

3 讨论

后斜入射野照射时，碳纤维治疗床对剂量的影响已大量见诸报道［3-13］，但主要关注对主治疗床本身的影响，而比较少关注延长板和衔接处的剂量衰减与修正。延长板主要用于头颈部肿瘤的治疗，Elekta Infinity 直线加速器采用的iBEAMevo Extension 415延长板比主治疗床薄3 cm，剂量衰减明显低于主治疗床，这与头颈部肿瘤剂量精度要求更高的现实情况相符合，有必要单独对其进行剂量学研究。甘家应等［5］测量了6 MV 能量X 射线在Elekta Precise直线加速器治疗床不同位置的衰减，证实了延长板的剂量衰减可能小于主治疗床。曹婷婷等［4］和陈舒婷等［6］利用多层固体水分别研究了联影uRT-linac 506c直线加速器和医科达Synergy 直线加速器的碳纤维治疗床对6 MV 能量X 射线的衰减影响；郭红博等［3］在Monaco 计划系统中建立了治疗床模型，通过调整模型参数使固体水中等中心的吸收剂量计算值与实际测量剂量一致，并进一步比较了加床与不加床情形下的靶区与危及器官剂量分布变化情况。但是机架在沿中心轴旋转时，射线经过方形固体水到被电离室接收过程中走过的路径不一致［4］，加上多层固体水叠加时易出现微小的错位，导致最终测量的结果在对称两侧可能出现偏差，本文采用圆柱体PMMA模体进行测量，有效地避免了上述情况的发生。

本文研究Elekta Infinity 直线加速器6 和10 MV两种常用治疗模式下，主治疗床、延长板和衔接处对射线的衰减影响。研究结果表明，延长板对6 和10 MV 高能X 射线的最大衰减为4.08%和3.34%，大部分后斜入射角度对剂量的影响小于2%，是治疗头颈部肿瘤的优先治疗区域；主治疗床对剂量的衰减小于5 %，大部分后斜入射角度对剂量的影响要小于4%。延长板和主治疗床的高衰减区域分别集中于机架角115°和245°附近以及120°和240°附近。主治疗床与延长板衔接处在机架角120°和240°附近对剂量的衰减整体偏高，不适合用于治疗，但在140°～220°区间内对剂量的影响接近于主治疗床，依然可作为治疗区域。在进行计划设计时，应综合考虑靶区与治疗床的位置，选择合适的角度给野，提升剂量精度。