馬 筠 柏正璐 李 軍* 桂龍剛 陳永東
隨著放射治療技術(shù)的發(fā)展,調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy,IMRT)等傳統(tǒng)放射治療手段已普及,容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療(volumetric modulated arc therapy,VMAT)等新技術(shù)正逐步開展。VMAT以旋轉(zhuǎn)弧照射為基礎(chǔ),照射過程中機(jī)架非勻速旋轉(zhuǎn),同時(shí)劑量率和子野連續(xù)變化,是進(jìn)行單弧或多弧調(diào)強(qiáng)照射的一項(xiàng)放射治療技術(shù)[1-2]。治療床面及固定底板以下的照射野經(jīng)常應(yīng)用于IMRT和VMAT治療中,治療床和固定底板對患者照射劑量衰減的影響需要給予充分的考慮[3]。后野和后斜野照射時(shí),射線需要穿過治療床和固定底板到達(dá)靶區(qū),治療床及固定底板會改變射線的建成區(qū)域,使得皮膚表面劑量升高。有關(guān)醫(yī)用直線加速器全碳纖維治療床對后斜射野劑量的影響,國外已多有文獻(xiàn)[4-8]報(bào)道,但主要集中研究治療床在不同入射角度固定照射時(shí)對劑量的影響。隨著VMAT新技術(shù)逐步在臨床中開展,旋轉(zhuǎn)照射一圈時(shí)有一半的照射弧處于治療床和固定底板下方,且存在VMAT多參數(shù)協(xié)作的不確定性,僅研究不同入射角度固定照射時(shí)對治療床和固定底板的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為此,本研究以盆腔部位腫瘤為例,探討在不同入射角度固定照射和旋轉(zhuǎn)弧照射兩種情況下,治療床及固定底板對劑量的衰減。
采用Varian Clinac IX型直線加速器(美國VARIAN公司);配備圖像引導(dǎo)放射治療(image guided radiation therapy,IGRT)全碳纖維治療床和ORFIT AIO型碳纖維固定底板(比利時(shí)ORFIT公司),整個(gè)床板從靠近機(jī)架端開始分別為薄(Thin)、中(Medium)、厚(Thick)3個(gè)部分[9]。采用能量為6 MV的X射線,劑量率為400 MU/min。測量設(shè)備采用SunNuclear型劑量儀(美國SunNuclear公司);多層疊放的C134固體水模體(30 mm×30 mm×20 mm,德國IBA公司);IBA的FC65-G型電離室(德國IBA公司),該電離室測量敏感體積為0.65 cm3,具有很高的空間分辨率。
(1)將治療床前后長度移至150 cm,固體水模體擺放位置為厚(Thick)床部分,對應(yīng)人體盆腔部位,調(diào)整水平,并使固體水模體于床板左右邊距等距。碳纖維固定底板疊加在治療床上,頂端與床平齊,將固體水模放置在兩者之上,使電離室有效測量點(diǎn)置于模體的幾何中心,電離室中心點(diǎn)距上下表面均為10 cm,測量治療床及固定底板對放射治療劑量的影響[10]。每次照射機(jī)器跳數(shù)設(shè)置為100 MU,在不同照射野下采用同中心照射源到電離室中心距離(source to chamber distance,SCD)為100 cm進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。移去固定底板,擺放情形與上述相同,測量治療床對放射治療劑量的影響。兩者相比較得出固定底板對能量為6 MV的X射線透射因子。
(2)旋轉(zhuǎn)弧照射。分別將360°均分成4弧、8弧、12弧,即測量旋轉(zhuǎn)弧弧度為90 °、45°和30°時(shí)的吸收劑量,分別記為弧度(ARC)4(270 °~0 °、0 °~90°、90 °~180°和180 °~270 °)、ARC8(270 °~315 °、315 °~0 °、0 °~45 °、45 °~90 °、90 °~135 °和135 °~180 °)和ARC12(270 °~300 °、300 °~330 °、330 °~0 °、0~30 °、30 °~60 °、60 °~90 °、90 °~120 °、120 °~150 °和150 °~180 °)。
每次吸收劑量均記錄3次后取平均值。
(3)固定野照射。機(jī)架順時(shí)針方向每隔10 °測量190 °~180 °機(jī)架角轉(zhuǎn)一周的吸收劑量,記為Fixed36,此結(jié)果和旋轉(zhuǎn)照射結(jié)果相比較。
(4)旋轉(zhuǎn)弧照射和固定野照射實(shí)驗(yàn)中以IGRT治療床以上270 °~90 °的各點(diǎn)測量值作為參考數(shù)值Dr,治療床以下90 °~270 °的各對應(yīng)測量點(diǎn)的讀數(shù)為Dc,碳纖維材料對X射線的透射率(F)計(jì)算為公式1:
(1)當(dāng)射線穿過碳纖維床板及固定底板時(shí),ARC4、ARC8和ARC12在照射野5 cm×5 cm、10 cm×10 cm、15 cm×15 cm、20 cm×20 cm和25 cm×25 cm中不同弧度處的F值見圖1。
(2)移去固定底板,不同弧度處,治療床對6 MV X射線透射率的變化趨勢與上述類似。不同弧度處固定底板對射線的衰減因子見表1。
(1)當(dāng)射線穿過床板及固定底板時(shí),F(xiàn)值在10 cm×10 cm和20 cm×20 cm照射野情況下隨入射角度的變化見圖2。
(2)當(dāng)F值在120 °時(shí)最小,分別為92.21%和92.96%。治療床下方射野中,90 °~180 °和180 °~270 °兩個(gè)區(qū)間中F值隨入射角度的變化趨勢呈對稱性。以90 °~180 °區(qū)間為例,120 °之后,F(xiàn)值隨入射角度的增加而升高,并在180°時(shí)達(dá)到最大。從110 °變?yōu)?20 °時(shí),F(xiàn)值有一個(gè)陡然降低的趨勢。不同角度處固定底板對射線的衰減因子見表2。
圖1 ARC4、ARC8和ARC12在不同照射野下不同弧度處的透射率
表1 不同弧度處固定底板對射線的衰減因子(%)
圖2 固定野中F值隨入射角度的變化趨勢
治療床和固定底板是患者放射治療時(shí)重要的載體,用于支撐患者,治療床和加速器機(jī)架配合,可以使射線從任何方向射入病灶[11]。當(dāng)使用后斜野照射,即機(jī)架角度在治療床以下(90 °~180 °、180 °~270 °)時(shí),部分射線會先穿過治療床及固定底板后再到達(dá)模體,在實(shí)際治療患者時(shí),會使得靶區(qū)平均劑量下降,處方劑量覆蓋靶區(qū)面積下降。單個(gè)斜入射野的最大衰減達(dá)到7.1%,因此有必要考慮治療床和固定底板對射線衰減的影響。
表2 不同角度處固定底板對射線的衰減因子(%)
ORFIT AIO碳纖維固定底板的參考說明顯示:6 MV的吸收量<1.4%。廠商僅僅注明固定底板受到射線垂直照射時(shí)的衰減系數(shù),并未說明射線從其他方向射入時(shí),以及不同射野大小照射時(shí),固定底板對射線的衰減作用[12]。當(dāng)入射角為120 °,照射野為10 cm×10 cm時(shí),射線穿過治療床板和固定底板疊加后的F值僅有92.21%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國際輻射單位與測量委員會(International Commission on Radiation Units and Measurements,ICRU)24號報(bào)告的“原發(fā)灶的根治劑量的精確性應(yīng)好于±5%”[13]的要求。隨著機(jī)架角度進(jìn)一步減小,只有少數(shù)射線穿過治療床板和固定底板,F(xiàn)值增加,當(dāng)90 °垂直照射時(shí),左右射野幾乎都不穿過治療床板和固定底板,F(xiàn)值接近100%,無衰減。當(dāng)入射角度從120 °開始增大時(shí),F(xiàn)值也隨之升高,并在180 °時(shí)達(dá)到最大。所以在考慮射線衰減時(shí),并不能完全依賴廠商提供的參考說明,即使是在垂直照射的情況下,也應(yīng)綜合考慮碳纖維床板和固定底板的影響。F值在10 cm×10 cm和20 cm×20 cm照射野中分別為95.41%和96.23%,衰減率接近ICRU指標(biāo)。
無論是固定野照射還是旋轉(zhuǎn)弧照射,F(xiàn)值隨射野的增大而增加,當(dāng)使用20 cm×20 cm或更大照射野時(shí),除了個(gè)別角度和弧度,其他的透射率幾乎都在95%以上,而使用小野照射時(shí),比如食管癌術(shù)后患者,在設(shè)計(jì)計(jì)劃角度時(shí)要格外注意,盡量不選用治療床下方120 °~150 °和210 °~240 °之間的這些射野。條件允許時(shí)可以考慮選用VMAT制作計(jì)劃,相比使用120 °和240 °射野帶來的極低透射率,單弧或多弧照射時(shí)可以削弱某一角度射線帶來的高衰減率的影響,提高靶區(qū)的劑量及整體透射率。
治療床和固定底板在IMRT和VMAT治療中的劑量衰減明顯,旋轉(zhuǎn)弧照射時(shí)的總體透射率略低于固定野照射,但固定野照射時(shí)120 °和240 °角度的透射率受治療床和固定底板的影響較大,制作計(jì)劃時(shí)不宜采用。本研究在基于治療床和固定底板對固定野照射吸收劑量影響的基礎(chǔ)上,對比分析旋轉(zhuǎn)照射野穿透治療床和固定底板的透射率情況,可為制定放射治療計(jì)劃時(shí)提供有益的參考[14-15]。