VitalBeam加速器四种不同治疗床板的剂量衰减特性测量与分析

蓝茂英，杨波，许文伟，吴朱峰，钟振东，伍锐，刘香林，范颖天，孙建聪

广州医科大学附属第一医院 放疗科，广东 广州 510120

引言

在精确放疗中，剂量和位置的精准是保证治疗效果的关键。根据国际辐射单位与测量委员会83号报告[1]的建议，肿瘤靶区根治剂量的精准性应好于±5%，否则会增加肿瘤局部复发和并发症的风险。加速器治疗床是患者在进行放疗时的载体。在治疗中，加速器一般通过多个不同机架角度对患者进行照射，射线路径有可能穿过治疗床，进而对患者实际受照剂量造成影响。对此，美国医学物理师协会发布了176号报告[2]，总结了已发表的关于治疗床和患者固定装置对剂量影响的各类文章，并提出建议，需要在治疗计划中考虑治疗床对放疗剂量的影响。

碳纤维材料因具有较高的机械强度和硬度以及低比密度特性而广泛应用于放射治疗床中[3-5]。目前，也有不少作者研究了碳纤维床板对放疗剂量的影响。黄唯等[6]定量分析了BrainLab碳纤维床板CT值对头部肿瘤放疗计划剂量的影响。孔伟等[7]研究了瓦里安Exact IGRT碳纤维床板对宫颈癌容积旋转调强计划剂量的影响。时颖华等[8]研究了均整（Flattening Filter，FF）与非均整（Flattening Filter-Free，FFF）模式下TrueBeam加速器碳纤维治疗床对放疗剂量的影响，表明治疗床会增加表面剂量，减少肿瘤剂量，FFF模式比FF影响更大。时飞跃等[9]研究了瓦里安IGRT治疗床板模型对食管癌固定野调强计划ArcCHECK剂量验证结果的影响。陈舒婷等[10]研究了医科达Synergy医用直线加速器全碳纤维治疗床板对放射治疗剂量的影响。宋洪兵等[11]则研究了Elekta Infinity直线加速器治疗床对放疗剂量的影响。

Calypso 4D电磁导航系统[12]已经用于放疗中肿瘤运动实时追踪，主要由电磁探测阵列和信标组成。电磁阵列探测范围内不允许有导电材料的存在。碳纤维是一种导电材料，会干扰电磁导航监测频率[13]。因此，在电磁导航追踪时，不能使用碳纤维床。凯夫拉材料具有较低的导电性，是可以用于电磁导航的床板[14]。Q fixkVue Calypso治疗床板和CIVCO UCT MTIL6662床板均采用凯夫拉材料，都可以用于Calypso电磁导航系统。

目前，大多研究集中于某一种碳纤维治疗床对放疗剂量的影响，其中主要为光子束的FF，并且仅测试10 cm×10 cm射野的影响。本文通过测量瓦里安VitalBeam直线加速器FF和FFF模式下四种不同治疗床板在10 cm×10 cm和5 cm×5 cm射野下不同机架角度的剂量，分析四种不同治疗床板的剂量衰减对射野大小、能量及入射角度的依赖性。

1 材料与方法

1.1 一般材料

选取四种加速器治疗床板，分别为CIVCO UCT MTIL6660（简称为CIVCO碳纤维床板）、QfixkVue Universal Tip Insert（简称为Qfix KUTI床板）、CIVCO UCT MTIL6662（简称为CIVCO凯夫拉床板）和QfixkVue Calypso（简称为Qfix Calypso床板）（图1），其中前两种由碳纤维材料制成，后两种由凯夫拉材料制成。CIVCO碳纤维床板和CIVCO凯夫拉床板具有相同的尺寸，长为1403 mm，宽为530 mm，厚为50 mm。Qfix Calypso床板长为1325 mm，宽为514 mm，厚为28 mm。Qfix KUTI床板长为950 mm，宽为514 mm，厚为28 mm。在美国瓦里安VitalBeam直线加速器6 MV、10 MV、6 FFF和10 FFF四档光子束下进行照射。测量仪器采用PTW公司UNIDOS Romeo剂量仪和30013电离室。测量模体采用30 cm×30 cm×12 cm多层均匀固体水模，其中电离室放置于模体中间。

图1 四种治疗床板测量位置示意图

1.2 测量方法

将多层固体水模放置于VitalBeam加速器治疗床上，模体放置于床正中线，模体中心与加速器等中心重合，电离室放置于模体中心，电离室中心距模体表面深度为6 cm，当机架旋转时，源到探测器中心的距离始终保持恒定。将需要测试的治疗床板水平放置于固体水模上[15]，床板纵向中心轴对齐中间激光线，如表1所示。照射野为10 cm×10 cm和5 cm×5 cm，机架角从0°至80°，按顺时针方向每隔10°进行测量，出束3次，每次100 MU，取平均值并记录测量结果。不同角度的射野中心轴穿过各床板的厚度如表1所示，机架角度为80°时射野中心轴未穿过床板。分别测量无床板时和有床板时的剂量，通过对比二者的剂量值，得出治疗床板的衰减系数[15]，见公式(1)。

表1 不同机架角度下射线中心轴穿过床板的厚度（mm）

其中，Dopen为射束未穿过治疗床时的剂量读数，Dcouch为射线穿过治疗床时的剂量读数。

2 结果

四种治疗床板的衰减系数分别如图2～5所示，对于各个床板来说，随着入射角度的增加（0°～70°），射线穿过床板的距离增加，床板的衰减系数增大；而在80°时，射束中心轴未穿过床板，所以该角度所测衰减系数接近0。同一种床板的测量结果显示，随着射线能量的增加，床板衰减系数减小，并且FFF模式下床板衰减系数较FF高。在对比不同射野大小的影响时，结果显示5 cm×5 cm射野的衰减系数大于10 cm×10 cm射野下的衰减系数。图2显示了CIVCO碳纤维床板的测量结果，四档光子线6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF，在10 cm×10 cm射野下、0°～70°区间内最小的衰减系数对应的机架角度为0°，分别 为 2.58%、3.12%、2.10%和 2.48%；10 cm×10 cm射野下最大的衰减系数对应的机架角度为70°，相应的衰减系数分别为6.86%、7.55%、5.58%和6.07%。其他床板也有类似的趋势。图3显示了CIVCO凯夫拉床板的测量结果，四档光子线6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF，在10 cm×10 cm射野下最小的衰减系数分别为3.26%、3.85%、2.73%和3.06%；最大的衰减系数分别为7.49%、8.22%、6.04%和6.59%。图4显示了Q fix Calypso床板的测量结果，在10 cm×10 cm射野下，6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF四档光子线最小的衰减系数分别为1.76%、2.20%、1.49%和1.69%；最大的衰减系数分别为5.78%、6.50%、4.61%和5.00%。图5显示了Q fix KUTI床板的测量结果，在 10 cm×10 cm射 野 下，6X-FF、6X-FFF、10X-FF和10X-FFF四档光子线最小的衰减系数分别为2.28%、2.72%、1.92%和2.18%；最大的衰减系数分别为6.50%、7.24%、5.19%和5.67%。

图2 CIVCO碳纤维床板衰减系数

图3 CIVCO凯夫拉床板衰减系数

图4 Q fix Calypso床板衰减系数

图5 Q fix KUTI床板衰减系数

图6显示了10 cm×10 cm射野下不同治疗床板之间的衰减结果对比，其中图6a为6X-FF光子束的测量结果，即在同一测试条件下，四种治疗床衰减系数由小到大分别为Q fix Calypso床板、Q fix KUTI床板、CIVCO碳纤维床板和CIVCO凯夫拉床板，在机架角为0°时衰减系数分别为1.76%、2.28%、2.58%和3.26%；图6b则显示了不同床板在6X-FFF光子束中的衰减系数，也有类似的趋势和结果。

图6 10 cm×10 cm射野下不同床板衰减系数对比

3 讨论

加速器治疗床板的衰减会随着光子穿透介质厚度的变化而变化。本研究的结果表明，在同样条件下四种床板均符合衰减对厚度依赖性的预期。衰减能力方面，在10 cm×10 cm的照射野下，对于VitalBeam所有能量光子线来说，随着入射角度的不同，CIVCO碳纤维床板的衰减因子变化范围为2.10%～7.55%；CIVCO凯夫拉床板的衰减因子变化范围为2.73%～8.22%；Q fix Calypso床板的衰减因子变化范围为1.49%～6.50%；Q fix KUTI床板的衰减因子变化范围为1.92%～7.24%，绝大部分入射角度的床板衰减均超过2%。所有床板均在70°的斜入射时达到最大衰减值（对应于实际治疗中110°和250°时的射野角度）。这些结果表明在计划设计时需要对这些床板的剂量衰减问题加以考虑，尽可能在治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS）中精确创建相应床板的物理模型。需要说明的是，本研究的测试中并没有考虑VitalBeam加速器的Q fix床板支撑梁部件对衰减结果的影响。Li等[16]研究显示，当6 MV光子束5 cm×5 cm的照射野穿过Varian Exact治疗床的支撑梁和床板时，衰减值高达26.8%。此外，考虑到床板的均匀性和对称性，本测试并没有对所有斜入射角度进行测量，而是仅研究床板一侧的斜入射衰减分布。

介质的衰减特性与入射光子的射线质同样相关。本研究显示在同样照射条件下所有床板的6 MV光子的衰减因子均大于10 MV，表明入射光子能量越高，穿透能力越强，这是因为与10 MV相比，6 MV的光子束穿过同样厚度时，能谱中会有更多的低能光子份额被床板吸收。对于FFF射束来说，因为缺少了均整器的滤过，同样标称能量下，FFF射束会比FF射束包含更多的低能光子，从而导致射线质“软化”，因此比FF射束具有更大的衰减因子。本研究也表明，在同样照射条件下，所有床板的6X-FFF衰减因子均大于6 MV，10X-FFF和10 MV也具有同样特征。本科室VitalBeam加速器所有光子线的射线质指数TPR20,10大小为6X-FFF＜6 MV＜10X-FFF＜10 MV，因此同样照射条件下，所有床板的衰减因子大小应为6X-FFF＞6 MV＞10X-FFF＞10 MV，本研究的结果符合这一预期。

不同照射野的衰减测量结果表明，在其他照射条件相同的情况下，所有床板5 cm×5 cm照射野的衰减因子均大于10 cm×10 cm照射野。对于5 cm×5 cm的照射野，在所有能量和入射角度下，CIVCO碳纤维床板的最大衰减因子为8.19%；CIVCO凯夫拉床板的最大衰减因子为8.97%；Q fix Calypso床板的最大衰减因子为6.92%；Q fix KUTI床板的最大衰减因子为7.79%，所有衰减均接近7%以上。照射野尺寸的增加除了会导致射野能谱的微小变化外，最重要的是会导致射野内的散射线增加[17]，也就是在同样MU下到达探测器的散射线增加，根据公式(1)，当床板衰减值随照射野的变化远小于探测器测量值随照射野的变化时，就会表现出明显的衰减因子差异。这提示我们，在调强放疗、立体定向放疗等包含小野的治疗中，要更为关注加速器床板对靶区剂量的衰减影响。

从四种床板的衰减结果比较来看，在同样照射条件下，Q fix Calypso床板具有相对较低的衰减值，其在四种床板中具有最薄的物理厚度，但VitalBeam上的Q fix Calypso床板和Q fix KUTI床板需搭配治疗床的支撑梁部件一起使用，实际使用中某些入射角度可能会带来更大的剂量衰减。CIVCO的两种床板衰减因子相对较大，但在不使用支撑梁的情况下也具有一定的强度不会导致床板负重带来的下沉。CIVCO凯夫拉床板的衰减值最大，在不使用Calypso 4D电磁导航系统的情况下，常规治疗最好使用CIVCO碳纤维床板代替，以降低床板衰减的影响。

为提高剂量准确性，在设计放疗计划时需要考虑到治疗床的影响，在TPS中需要建立治疗床CT信息。一般有以下三种方法：① 在CT端和加速器端采用一致的床板，则可使用定位CT扫描的床图像代替治疗床CT图像，目前CIVCO公司已有相关产品；② 对加速器治疗床进行CT扫描，将图像与患者图像叠加后进行计划优化与剂量计算；③ 利用几何模型代替治疗床，指定相应材料和电子密度，与患者定位CT图像一起进行计划优化与剂量计算。第三种方法较为方便，临床中使用较多。在TPS建立相应治疗床模型后，需要进行剂量、通过率等相应验证，确保床模型的精确性。黄唯等[6]定量分析了碳素纤维床CT值对头部肿瘤放疗计划剂量分布的影响，提示研究者即使采用TPS自带的床模型也需对其CT值进行实测和验证以提高剂量准确性。

4 结论

本研究测试了VitalBeam加速器不同X线能量、不同射野大小下四种不同治疗床随射野入射角度的衰减特性，发现不同治疗床的衰减系数相差较大，在临床工作中，物理师应该针对治疗床进行测试，对不同治疗床构建相应的床模型，以更精确考虑治疗床对放疗剂量的影响。