二維電離室矩陣中射野邊界位置對調強驗證Gamma通過率的影響

包超恩，盧軍麗，翟福山，曹曉輝，劉兵，楊永鋒，劉明，李楓

河北醫科大學第三醫院腫瘤科，河北石家莊050051

前言

隨著放射治療新技術的發展及應用，質量保證措施需嚴格執行。調強計劃在用于患者治療之前必須進行劑量學驗證，以此檢驗計算劑量與照射劑量之間的差異，確?；颊咧委熡媱澋臏蚀_實施。其中應用二維矩陣驗證相對劑量分布方法具有簡便、劑量學特性好、測量效率高等優點[1-3]，一般作為調強計劃劑量分布驗證工具。吳昊等[4]研究表明電離室探測器靈敏區域的直徑、靈敏體積以及幾何形狀對劑量測量的準確性有一定的影響，尤其是對高梯度區的測量結果有顯著影響[5]。王學濤等[6]對MatriXX的劑量特性研究結果表明在射野邊緣和劑量梯度大的區域，計算和測量的結果一致性較差。根據二維矩陣結構特點，電離室具有一定體積且有一定間隔，導致射野邊界即劑量梯度陡峭的區域在矩陣平面不同位置測量時存在不同的偏差大小，劑量偏差對空間位置的細微變化非常敏感，這種敏感性容易導致較大的劑量偏差甚至超出劑量偏差標準，進而影響Gamma（γ）通過率。有文獻報道二維矩陣擺位偏差、等中心選取等都會對計劃驗證結果有一定影響[7-8]，而分辨率對測量結果偏差大小的定量分析少有報道。本研究應用（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，提高計劃驗證結果的有效性，發揮矩陣測量工具的最大性能。

1 材料與方法

本實驗開始前對加速器進行了嚴格檢測，盡量減少設備對實驗結果的影響，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。

1.1 設備材料

美國VARIAN IX直線加速器；IBA公司生產的二維電離室矩陣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，有效測量點位于上表面下3 mm。

1.2 測量方法

按下列步驟進行：①擺位，將MatriXX系統水平放置在VARIAN IX加速器治療床面上，MatriXX上面和下面同時放5 cm厚RW 3固體水材料，按CT掃描時的情況進行擺位，借助加速器機房內的激光定位燈與電離室面板上的中心“+”一致。設置加速器機架角為0°，準直器角為0°，通過雙絞網線連接MatriXX和控制電腦。②預熱，先通電預熱15 min，選用 6 MV-X射線，將射野開至（25×25）cm2對MatriXX預照射1 000 MU，使其充分預熱，做本底測量。③測量，預處理完畢后標稱射野出束100 MU，用OmniPro I'mRT（1.7）軟件分析處理測量數據，記錄實測射野邊長。④測量方式1，保持射野大小不變，在X方向移動準直器，使X1距離矩陣中心從4.1 cm到5.7 cm，對應的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，兩種方式分別進行，計算每次測量射野邊長的改變量，同時用實測劑量分布和CMS公司XiO中心（4.40）治療計劃系統相應射野劑量分布對比，記錄3%3 mm標準下的γ方法分析結果和100%通過時的評估標準。

2 結果

（10×10）cm2射野中心在二維電離室矩陣等中心處時如圖1所示，由圖1可見射野邊界靠近電離室腔體中心。兩種方式下分別計算出射野邊界每移動0.1 cm時射野邊長改變量（全部取正值），共16組。在標準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即為對應邊的不通過點數（數值見表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

根據表1和表2的數據變化量一欄以及對應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對應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對應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，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）處時位于電離室腔體中心位置（如圖2）。本實驗采取方野（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數據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數據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，在標準3%/3 mm條件下，γ分析射野不通過點數集中在邊緣，邊界在電離室腔外間隙中間時幾乎全部通過。圖2顯示射野4個邊長變化量具有同樣的規律，跟隨電離室等間距排列射野邊界步進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，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所顯示的邊長最接近實際射野邊長。同時邊界在矩陣電離室腔外間隙中心附近γ分析結果顯示，3%/3 mm標準下最大差值都是小于1，即100%通過，其他位置全部通過的標準變化范圍為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

3 討論

國內外已有學者對電離室矩陣的特性、加速器質控和調強計劃劑量分布進行驗證[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[14]，電離室探測器的體積效應也降低了測量的分辨率[15]。使得在驗證射野大小和γ通過率時存在一定偏差，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。本研究結果顯示單就矩陣本身結構特點造成的偏差具有一定的規律性。

為了減少其他因素對本測試結果的影響，本研究采取以下措施：（1）加速器設備進行了嚴格質控，尤其是光野射野一致性、加速器等中心校準、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律是一樣的（圖2），說明準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）改變時實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時所測劑量偏大，在電離室腔外間隙時所測劑量偏小，電離室測量劑量有明顯的體積平均效應[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。

在驗證過程中，應用二維矩陣電離室實測射野中的等劑量曲線，并與治療計劃系統設計的等劑量曲線比較，觀察等劑量線的一致性，記錄每個射野邊緣不通過點數以及最大差值。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，測量結果會受到影響。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構特點限制。即射野的邊緣位于電離室矩陣中不同位置時，將產生不同的測量結果，射野邊緣劑量測量誤差使得測量射野大小存在偏差。因此，筆者認為在應用二維矩陣測量射野大小時，應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據與對應矩陣腔體位置是否存在偏移，盡量規避矩陣分辨率低帶來的測量誤差，使所測射野大小與真實值更接近。

本研究結果還顯示，在調強劑量分布驗證中，劑量梯度較大的邊緣在矩陣平面不同位置時存在測量偏差，進而影響γ通過率。有些文獻報道計劃復雜程度、等中心位置、擺位誤差等因素影響γ通過率。與治療計劃系統輸出的劑量平面相比較，如果靶區劑量梯度較大的區域比較多，則調強劑量驗證的通過率相對較低[18]，筆者認為這與矩陣本身結構特點有關，由表1、表2可以看出，在電離室腔外間隙位置不通過點數最少，3%/3 mm標準下最大差值最小，全部通過的評估標準最小。

二維電離室矩陣結構特點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。在調強劑量分布驗證中不通過點若集中在劑量梯度大的射野邊緣區域，要充分考慮二維矩陣結構特點帶來的影響，可通過查看γ值以及多種評估標準的結果仔細甄別，也可調整調強計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，具體到臨床調強計劃劑量分布上，由于矩陣電離室體積和間隔等構造特點帶來的通過率評估標準還有待進一步研究。

4 結論

該研究結果表明，在應用二維電離室測量射野大小時，選取射野邊界落在電離室腔外間隙正中位置時，所測射野大小偏差最小。在調強計劃劑量分布驗證中，不僅僅看通過點的百分數，還要分析γ直方圖，查看最大值和其它的統計數據，檢查不同的劑量偏差標準例如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作用。