二维电离室阵列在调强放疗剂量验证中的应用

王逸轩 孟皓宇 朱琳 李飞 蔡春雅 王学涛＊

1 昆明医科大学海源学院 （云南 昆明 650106）

2 广东省中医院 （广东 广州 510120）

内容提要： 目的：通过测量加速器X射线射野，评估二维电离室阵列MatriXX的剂量学特性，为调强放疗计划的剂量验证提供依据。方法：用MatriXX测量X射线射野，研究其剂量、重复性；用计算和测量相比对的方法，研究MatriXX测量多叶光栅射野的平面剂量分辨率。结果：除了射野边缘外，MatriXX有良好的剂量学特性。结论：MatriXX可用于调强放疗计划的剂量验证，对于剂量梯度较大区域的剂量验证需要进一步研究。

调强放射治疗可以对靶区的不同位置调整射束强度，提高靶区边缘剂量，减少危及器官的受照剂量[1,2]。由于技术上的复杂性，需要对每一例患者的剂量分布进行验证。平面剂量验证设备分为电离室型和半导体型两种，电离室型设备剂量稳定性好，但是每个电离室体积较大。二维电离室阵列MatriXX能够测量放疗剂量分布，为开展放疗剂量分布验证的重要工具[3]。对于剂量测量设备工作特性的QA是放疗质量保证工作的重要组成部分，其剂量学特性将直接影响测量结果的准确性。本文在Varian EDGE加速器6MV X射线下，利用MatriXX测量不同能量的X射线射野，评估其剂量学特性，为放疗剂量分布的测量奠定基础。

1.材料与方法

1.1 一般材料

二维电离室阵列MatriXX及测量模体：MatriXX二维电离室阵列有效测量面积24.4cm×24.4cm，在32×32的矩阵网格中均匀分布着1020个通气电离室，电离室体积0.08cm3，电离室之间距离7.62mm。OmniPro I’mRT软件系统能够用DTA、方法等对比分析测量数据与计划数据，独立计数器，最小采样周期20ms。MatriXX二维电离室阵列能够进行相对剂量测量和绝对剂量测量，绝对剂量测量前要进行剂量刻度，相对较复杂。测量使用MULTICube模体，该模体与MatriXX配套使用。

医用直线加速器：Varian Edge加速器（Edge Radiosurgery System）有6MV、10MV两档能量的X射线，能够实施IMRT、IGRT、Calypso 4D实时追踪等多种先进的肿瘤治疗模式，多叶光栅形成的最大射野为22cm×40cm。Edge加速器机械精度高，剂量率稳定，是临床上SBRT治疗的良好设备。

1.2 方法

剂量线性的测量条件是：固定源皮距SSD=100cm，固定射野尺寸，设置不同的射野机器跳数出束照射，记录MatriXX读数。剂量重复性的测量条件是：设置100MUs出束照射，每个能量重复5次照射，记录MatriXX中心电离室的读数。

多叶光栅射野的测量是在治疗计划系统上，制定楔形板计划和栅栏形剂量分布计划，在加速器上按治疗计划实施照射。选取3mm/3%的标准，用γ方法评估剂量分布。

1.3 调强适形放射治疗剂量分布的验证

7野调强前列腺癌计划一例，用计划系统计算机架角归零时的剂量分布，分析测量和计算的结果。

2.结果

2.1 线性

对于不同能量射野，MatriXX电离室阵列均具有良好的剂量线性，最大误差不超过0.07%，如表1所示。但不同能量的剂量线性直线的斜率不同，这是因为电离室存在能量响应的缘故。不同能量的剂量响应因子不同，用MatriXX做绝对剂量测量时必须予以考虑。

2.2 剂量重复性

MatriXX电离室阵列具有良好的剂量重复性，最大误差不超过0.1%，图1为6MV X射线的结果，10MV X射线、6MV FFF、10MV FFF X射线的剂量重复性也有类似的结果。

表1. 不同能量射线条件下，MatriXX阵列中心电离室的剂量线性

图1. MatriXX阵列中心电离室的剂量重复性

2.3 动态楔形板剂量分布

图2是6MV X射线45°楔形板的计算和测量结果，按照3mm/3%的标准，通过率>90%。图示可见，在射野中间部分，计算和测量的曲线吻合度较好，在射野边缘部分两者的结果差异较大。这可能与射野边缘电离室的侧向电子不平衡以及电离室间距较大等相关。其他角度楔形板有类似的结果。

图2. 治疗计划系统计算和MatriXX测量的45°动态楔形板剂量分布

2.4 栅栏形剂量分布

图3是5mm的叶片计算和测量的剂量分布，计算结果可以清晰显示叶片形成的剂量峰谷，而MatriXX的测量结果无法显示剂量峰谷，这可能是与电离室的间距以及软件的插值算法有关。图4是10mm叶片计算和测量的剂量分布，计算结果和MatriXX测量结果均可以显示量剂量峰谷按照按照3mm/3%的标准，两种情况下的通过率为48.52%和85.68%。

图3. 单个5mm叶片计算和测量的结果

2.5 调强适形放射治疗剂量分布

图5是前列腺癌7野调强计划合成射野的剂量分布，由图可见，两种剂量分布的一致性良好，通过率为92.13%。单个射野剂量分布的通过率84.17%～95.68%，这个结果与合成射野差异较大，这可能与每个调强射野的子野尺寸、子野位置以及MatriXX本身的结构、电离室的间距、软件计算方法等因素有关。基于测量的结果，实际临床应用中，可以删除面积较小以及通过率低的子野后，再次剂量计算，评估剂量分布后，再次剂量测量验证，直至符合剂量分布符合临床要求，并且剂量分布的通过率>90%。

图4. 一对5mm叶片计算和测量的结果

图5. 前列腺癌剂量分布图

3.讨论

目前，国内众多的放疗单位已经开展调强适形放射治疗，二维剂量分布测量工具有多种，如电离室型、半导体型二维剂量测量仪，基于加速器EPID二维剂量测量仪等。这些二维剂量测量仪可以比较方便的测量调强计划、适形计划的剂量分布，但是在用于临床测量之前，需要实际验证这些测量工具的剂量学特性，以检验是否符合放疗临床的需要。对于MatriXX的剂量学特性验证一般需要半年进行一次，以便检验该设备剂量学特性的稳定性以及电离室剂量响应的一致性。如果出现稳定性和电离室响应的下降，应及时与设备厂商联系维修保养。

本文的测量及计算结果表明，MatriXX二维电离室阵列具有良好的剂量线性和重复性，优点是设备操作简单，实时显示剂量分布。但是MatriXX电离室7.62mm的间距，决定了它比较适合剂量梯度小的区域的剂量测量，对于剂量梯度较大的区域应该选用空间分辨率高的剂量测量工具，如胶片剂量仪、EPID剂量仪等。因此，MatriXX与胶片、EPID相结合的剂量验证方法较为适合放疗临床的实际需求[4,5]。