包超恩,盧軍麗,翟福山,曹曉輝,劉兵,楊永鋒,劉明,李楓
河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院腫瘤科,河北石家莊050051
隨著放射治療新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,質(zhì)量保證措施需嚴(yán)格執(zhí)行。調(diào)強(qiáng)計(jì)劃在用于患者治療之前必須進(jìn)行劑量學(xué)驗(yàn)證,以此檢驗(yàn)計(jì)算劑量與照射劑量之間的差異,確?;颊咧委熡?jì)劃的準(zhǔn)確實(shí)施。其中應(yīng)用二維矩陣驗(yàn)證相對劑量分布方法具有簡便、劑量學(xué)特性好、測量效率高等優(yōu)點(diǎn)[1-3],一般作為調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布驗(yàn)證工具。吳昊等[4]研究表明電離室探測器靈敏區(qū)域的直徑、靈敏體積以及幾何形狀對劑量測量的準(zhǔn)確性有一定的影響,尤其是對高梯度區(qū)的測量結(jié)果有顯著影響[5]。王學(xué)濤等[6]對MatriXX的劑量特性研究結(jié)果表明在射野邊緣和劑量梯度大的區(qū)域,計(jì)算和測量的結(jié)果一致性較差。根據(jù)二維矩陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電離室具有一定體積且有一定間隔,導(dǎo)致射野邊界即劑量梯度陡峭的區(qū)域在矩陣平面不同位置測量時(shí)存在不同的偏差大小,劑量偏差對空間位置的細(xì)微變化非常敏感,這種敏感性容易導(dǎo)致較大的劑量偏差甚至超出劑量偏差標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而影響Gamma(γ)通過率。有文獻(xiàn)報(bào)道二維矩陣擺位偏差、等中心選取等都會對計(jì)劃驗(yàn)證結(jié)果有一定影響[7-8],而分辨率對測量結(jié)果偏差大小的定量分析少有報(bào)道。本研究應(yīng)用(10×10)cm2射野邊界在矩陣中位置改變對矩陣所測射野大小的變化規(guī)律及γ通過率的影響做深入探討,有助于掌握二維電離室矩陣測量特點(diǎn),提高計(jì)劃驗(yàn)證結(jié)果的有效性,發(fā)揮矩陣測量工具的最大性能。
本實(shí)驗(yàn)開始前對加速器進(jìn)行了嚴(yán)格檢測,盡量減少設(shè)備對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,使加速器輸出劑量偏差小于1%,平坦度小于3%,等中心檢測小于2 mm,光野射野一致性小于1 mm,鉛門到位精度小于1 mm。
美國VARIAN IX直線加速器;IBA公司生產(chǎn)的二維電離室矩陣MatriXX和SP34固體水膜體(由RW 3固體等效水材料制成,密度為1.045 g/cm3)。MatriXX二維電離室矩陣由1 020個通氣的平行板電離室排列成32×32平面矩陣(4個頂角處無電離室)。電離室均勻分布尺寸為直徑4.5 mm、高5 mm、靈敏體積0.08 cm3,相鄰電離室中心間距為7.62 mm,電離室矩陣有效測量面積為(24.4×24.4)cm2,有效測量點(diǎn)位于上表面下3 mm。
按下列步驟進(jìn)行:①擺位,將MatriXX系統(tǒng)水平放置在VARIAN IX加速器治療床面上,MatriXX上面和下面同時(shí)放5 cm厚RW 3固體水材料,按CT掃描時(shí)的情況進(jìn)行擺位,借助加速器機(jī)房內(nèi)的激光定位燈與電離室面板上的中心“+”一致。設(shè)置加速器機(jī)架角為0°,準(zhǔn)直器角為0°,通過雙絞網(wǎng)線連接MatriXX和控制電腦。②預(yù)熱,先通電預(yù)熱15 min,選用 6 MV-X射線,將射野開至(25×25)cm2對MatriXX預(yù)照射1 000 MU,使其充分預(yù)熱,做本底測量。③測量,預(yù)處理完畢后標(biāo)稱射野出束100 MU,用OmniPro I'mRT(1.7)軟件分析處理測量數(shù)據(jù),記錄實(shí)測射野邊長。④測量方式1,保持射野大小不變,在X方向移動準(zhǔn)直器,使X1距離矩陣中心從4.1 cm到5.7 cm,對應(yīng)的X2從5.7 cm到4.1 cm,每次移動0.1 cm。⑤測量方式2,移動治療床改變Y方向射野邊界在矩陣中的位置,射野邊界在距離矩陣中心4.1 cm和5.7 cm間變化,每次間隔0.1 cm。⑥記錄,兩種方式分別進(jìn)行,計(jì)算每次測量射野邊長的改變量,同時(shí)用實(shí)測劑量分布和CMS公司XiO中心(4.40)治療計(jì)劃系統(tǒng)相應(yīng)射野劑量分布對比,記錄3%3 mm標(biāo)準(zhǔn)下的γ方法分析結(jié)果和100%通過時(shí)的評估標(biāo)準(zhǔn)。
(10×10)cm2射野中心在二維電離室矩陣等中心處時(shí)如圖1所示,由圖1可見射野邊界靠近電離室腔體中心。兩種方式下分別計(jì)算出射野邊界每移動0.1 cm時(shí)射野邊長改變量(全部取正值),共16組。在標(biāo)準(zhǔn)3%/3 mm下,γ分析不通過的地方集中在射野邊界,每個邊上不通過的電離室個數(shù)即為對應(yīng)邊的不通過點(diǎn)數(shù)(數(shù)值見表1、表2)。
圖1 在二維矩陣等中心平面的(10×10)cm2射野Fig.1 A(10×10)cm2 field in the isocenter p lane of two-dimensional array
根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)變化量一欄以及對應(yīng)的射野邊界在二維矩陣中的位置作圖,(10×10)cm2射野邊界在電離室矩陣中不同位置的邊長變化量如2所示。
表1 射野X方向邊界在二維電離室矩陣中改變時(shí)對應(yīng)的變化量和通過率分析Tab.1 Analysis of the corresponding variations and Gamm a passing rates when the X-direction field edge in two-dim ensional ion cham ber array was changed
表2 射野Y方向邊界在二維電離室矩陣中改變時(shí)對應(yīng)的變化量和通過率分析Tab.2 Analysis of the corresponding variations and Gamm a passing rates when the Y-direction field edge in two-dimensional ion cham ber array was changed
從圖2可以看出(10×10)cm2射野中心在二維矩陣中心時(shí),射野邊界接近電離室腔體中心位置,邊界在4.2 cm(測量序號1)和5.7 cm(測量序號16)處時(shí)位于電離室腔體中心位置(如圖2)。本實(shí)驗(yàn)采取方野(10×10)cm2,邊界從矩陣中心旁4.1 cm處到5.7 cm處每次步進(jìn)0.1 cm,記錄4個邊長的變化量。表1和表2中射野邊界一欄測量序號為5、12數(shù)據(jù)都是射野邊界位于或接近二維矩陣電離室腔外間隙中心位置,測量序號為1、8、16數(shù)據(jù)射野邊界位于或接近電離室腔體中心位置,可以看出,每個電離室腔體內(nèi)約有3個變化量大于0.1 cm,最大接近0.2 cm,兩個電離室間隙約4個變化量低于0.1 cm,最低0.05 cm。同時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)3%/3 mm條件下,γ分析射野不通過點(diǎn)數(shù)集中在邊緣,邊界在電離室腔外間隙中間時(shí)幾乎全部通過。圖2顯示射野4個邊長變化量具有同樣的規(guī)律,跟隨電離室等間距排列射野邊界步進(jìn)0.1 cm的改變量具有一定周期性,在每個電離室中心都接近最大值0.2 cm,在電離室間隙中心接近最小值0.05 cm,由此可以得出在用二維矩陣測量射野大小時(shí),射野邊界在矩陣不同位置測量偏差大小也不同,一般來說邊界在射野間隙中心時(shí)所顯示的邊長最接近實(shí)際射野邊長。同時(shí)邊界在矩陣電離室腔外間隙中心附近γ分析結(jié)果顯示,3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)下最大差值都是小于1,即100%通過,其他位置全部通過的標(biāo)準(zhǔn)變化范圍為2%/2mm到6%/3 mm。
圖2 (10×10)cm2射野邊界在電離室矩陣中不同位置的邊長變化量Fig.2 Length variations of the(10×10)cm2 field edge at different positions in ion chamber array
國內(nèi)外已有學(xué)者對電離室矩陣的特性、加速器質(zhì)控和調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布進(jìn)行驗(yàn)證[9-13]。由于電離室矩陣空間分辨率低,而且電離室測量劑量有明顯的體積平均效應(yīng)[14],電離室探測器的體積效應(yīng)也降低了測量的分辨率[15]。使得在驗(yàn)證射野大小和γ通過率時(shí)存在一定偏差,對于二維電離室矩陣,由于矩陣電離室本身的幾何尺寸及間距屬于間斷探測方式,在檢測葉片位置精度方面具有一定的局限性[16]。Woo等[17]報(bào)道電離室大小和電離室位于射野的位置,可能造成13%的測量誤差。本研究結(jié)果顯示單就矩陣本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的偏差具有一定的規(guī)律性。
為了減少其他因素對本測試結(jié)果的影響,本研究采取以下措施:(1)加速器設(shè)備進(jìn)行了嚴(yán)格質(zhì)控,尤其是光野射野一致性、加速器等中心校準(zhǔn)、激光燈精度、以及平坦度對稱性。(2)射野大小始終沒有改變,通過兩種方式改變射野邊界在矩陣中的位置,即在X方向移動準(zhǔn)直器和在Y方向移動治療床,得出的邊長變化量隨邊界在矩陣中位置變化規(guī)律是一樣的(圖2),說明準(zhǔn)直器的到位精度和床的到位精度在本研究中可以忽略。(3)采用射野邊界等間距(0.1 cm)改變時(shí)實(shí)測邊長變化量間接反映了邊界在矩陣不同位置劑量偏差的相對大小,由圖2可明顯看出,邊界在電離室腔體內(nèi)時(shí)所測劑量偏大,在電離室腔外間隙時(shí)所測劑量偏小,電離室測量劑量有明顯的體積平均效應(yīng)[14],從電離室腔外間隙到相鄰電離室腔外間隙為一個周期,劑量從偏小到偏大又從偏大到偏小。
在驗(yàn)證過程中,應(yīng)用二維矩陣電離室實(shí)測射野中的等劑量曲線,并與治療計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的等劑量曲線比較,觀察等劑量線的一致性,記錄每個射野邊緣不通過點(diǎn)數(shù)以及最大差值。在本研究中,利用二維電離室矩陣測量射野內(nèi)50%等劑量線寬度。矩陣中的電離室有一定的幾何大小,在測量(10×10)cm2射野的過程中,對于處在射野邊緣的電離室只有一部分在射野內(nèi)受到照射,而另一部分在射野外沒有受到照射,由于邊緣效應(yīng),測量結(jié)果會受到影響。因此,用二維電離室矩陣測量射野大小的精度受到電離室矩陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制。即射野的邊緣位于電離室矩陣中不同位置時(shí),將產(chǎn)生不同的測量結(jié)果,射野邊緣劑量測量誤差使得測量射野大小存在偏差。因此,筆者認(rèn)為在應(yīng)用二維矩陣測量射野大小時(shí),應(yīng)選擇邊界在電離室腔外間隙中間的射野,比如(6×6)、(12×12)cm2等,或者按本研究方法測量一個周期數(shù)據(jù)與對應(yīng)矩陣腔體位置是否存在偏移,盡量規(guī)避矩陣分辨率低帶來的測量誤差,使所測射野大小與真實(shí)值更接近。
本研究結(jié)果還顯示,在調(diào)強(qiáng)劑量分布驗(yàn)證中,劑量梯度較大的邊緣在矩陣平面不同位置時(shí)存在測量偏差,進(jìn)而影響γ通過率。有些文獻(xiàn)報(bào)道計(jì)劃復(fù)雜程度、等中心位置、擺位誤差等因素影響γ通過率。與治療計(jì)劃系統(tǒng)輸出的劑量平面相比較,如果靶區(qū)劑量梯度較大的區(qū)域比較多,則調(diào)強(qiáng)劑量驗(yàn)證的通過率相對較低[18],筆者認(rèn)為這與矩陣本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān),由表1、表2可以看出,在電離室腔外間隙位置不通過點(diǎn)數(shù)最少,3%/3 mm標(biāo)準(zhǔn)下最大差值最小,全部通過的評估標(biāo)準(zhǔn)最小。
二維電離室矩陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其分辨率偏低,對于梯度較大處的測量誤差不可忽略。在調(diào)強(qiáng)劑量分布驗(yàn)證中不通過點(diǎn)若集中在劑量梯度大的射野邊緣區(qū)域,要充分考慮二維矩陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)帶來的影響,可通過查看γ值以及多種評估標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果仔細(xì)甄別,也可調(diào)整調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布在矩陣中位置來提高γ通過率有效性,對臨床工作具有一定的指導(dǎo)作用。本研究基于方野邊界在二維矩陣上的微小偏移帶來的通過率變化,具體到臨床調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布上,由于矩陣電離室體積和間隔等構(gòu)造特點(diǎn)帶來的通過率評估標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步研究。
該研究結(jié)果表明,在應(yīng)用二維電離室測量射野大小時(shí),選取射野邊界落在電離室腔外間隙正中位置時(shí),所測射野大小偏差最小。在調(diào)強(qiáng)計(jì)劃劑量分布驗(yàn)證中,不僅僅看通過點(diǎn)的百分?jǐn)?shù),還要分析γ直方圖,查看最大值和其它的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),檢查不同的劑量偏差標(biāo)準(zhǔn)例如4%/3 mm,5%/3 mm,6%/3 mm等的γ通過率,從而提高γ通過率的有效性,對臨床工作具有一定的指導(dǎo)作用。