放射治疗楔形照射野应用中应特别注意的几个问题

【作 者】胡杰，陶建民，张莹，张颖

同济大学附属第十人民医院肿瘤及放射治疗科，上海，200072

肿瘤放射治疗中，常使用楔形板，以获得一定梯度剂量分布的楔形照射野。根据治疗方式的不同，楔形板可分为物理楔形板和动态楔形板(Dynamic Wedge)。物理楔形板一般由铜、铅等金属铸成，对射线束进行滤过修整，从而改变剂量分布的形状。它又分两种类型，一种是楔形角分别为15°、30°、45°和60°四种不同规格的楔形板,临床上按实际需要选用；另一种是将楔形角60°的楔形板作为主楔形板,用电动方式驱动主楔形板按一定的剂量比例与平野轮流照射，合成0-60°范围内任意楔形角的楔形板。动态楔形板是利用独立准直器的运动实现的，照射过程中让准直器的铅挡块在治疗中诸次移动到不同位置且停留不同时间，来调制野内的射线强度，产生楔形板效果。在放射治疗单位，由于从事肿瘤放射物理工作的人员水平和理解方面的问题，导致部分单位在楔形照射中发生较大的剂量误差。本文通过分析不同楔形板的优缺点、物理楔形板对辐射质的影响、物理楔形板楔形因子的影响因素、物理楔形板重复性精度和到位精度对剂量学的影响、加物理楔形板后射野剂量计算中存在的问题和动态楔形板使用中应注意的问题，提出我们的解决方法，供同行参考。

1 不同楔形板的优缺点

物理楔形板是一种特殊形式的射线滤过器，对射线辐射质有一定的影响。同时，加了楔形板后，射野输出剂量率减低，照射时间延长，也会增加加速器磁控管的使用负荷，可能减少磁控管等真空部件的使用寿命，提高使用成本。使用动态楔形野相比传统物理楔形野而言，具有明显的优点，如可以节省加速器出束量，缩短治疗时间，减少技术员的一系列手工操作，减少人为失误，以及可在治疗计划系统上对楔形角做优化处理，形成更符合治疗要求的剂量分布[1]。

2 物理楔形板对辐射质的影响

由于物理楔形板由铜、铅等金属铸成，而X射线为连续谱，在穿过楔形板时必然要与这些金属材料发生作用而发生一定的吸收。光子与物质发生作用主要有光电效应 、康普顿效应和电子对效应三种方式。对于一定原子序数的物质，光电效应的吸收截面随能量的增大而减少，与能量的立方成反比；康普顿效应的吸收截面在能量较低时与能量无关，在能量较高时近似与能量成反比；电子对效应的吸收截面临界能量为1.02 Mev，光子能量超过此能量时，吸收效应迅速变大，与能量的平方成正比。三种作用方式联合导致同时存在硬化效应和软化效应。对高能X射线而言，最高能量等于管电压的峰值能量，而平均能量约为峰值能量的1/4～1/3。因此，10 Mev以上X线的平均能量在3 Mev左右,，整个能谱中能量在1.02 Mev以上的占有相当比例，这导致射线穿过楔形板时发生光电效应和康普顿效应被吸收的低能部分较少，而电子对吸收则比重提高，高能部分损失增加，综合下来射线平均能量改变不大。对10 Mev以下尤其是6 Mev—X线，平均能量低，在这个能谱结构中，有较强的光电吸收和康普顿吸收，低能部分被吸收较多，电子对吸收份额则相对较少，高能部分损失相应较少，因而穿过楔形板后射线平均能量提高。国际上采用J20/J10作为辐射质指标I(Quality Index)。胡杰等报道对于6 Mev—X线，与平野相比楔形野的J20/J10变化最大可达2.9%，而15 Mev—X线, J20/J10则基本保持不变[2]。根据国际卫生组织WHO的建议: J20/J10超过2%，剂量数据应作相应的修正。因此，应特别注意的是在使用物理楔形板时，对于能量低于10 Mev的X线，应注意物理楔形板对辐射质的影响。在放射治疗临床剂量学中，由于辐射质直接影响的是百分深度剂量和组织最大剂量比，有许多报道认为楔形板硬化效应导致PDD增加，为此在楔形野剂量计算时应采用楔形野条件下的PDDw，而不是开放野的PDDo[3]。

3 物理楔形板楔形因子的影响因素

物理楔形板的使用，不仅改变了开放野的剂量分布，也使射野的输出量减少，为此引入了楔形因子Fw(wedge factor)的概念。Fw的准确测量和计算，对临床处方剂量计算和各种治疗计划系统中物理剂量计算，都具有重要意义。根据ICRU24号报告，Fw定义为加和不加楔形滤板时水体模中射野中心轴上某一点的剂量率之比，但该报告中没有指定测量Fw时的照射野大小和测量深度。对高能X线，多数文献和作者在参考条件(射野10 cm ×10 cm、深度10 cm)下测量。通常假设Fw不随照射野大小和测量深度的变化而变化或变化很小，而在剂量计算时采用参考条件下测量到的唯一一个Fw进行剂量计算[4]。但是实际情况并不是这样，照射野大小和深度均对Fw有一定的影响。胡杰等报道GE Saturne41和SIEMENS MD7745两种直线加速器6MV－X线，照射野大小和深度对Fw均有影响。其中射野大小对Fw的影响较小，而深度对Fw的影响较大，深度从1.5 cm增加到15 cm时，SIEMENS MD7745加速器的Fw增加了6.5%，而GE Saturne41加速器的Fw增加了3.4%[5]。因此，应特别注意楔形照射野中Fw变化对临床剂量学的影响。如果采用参考条件10 cm×10 cm射野、10 cm深度的Fw作为楔形野剂量计算的标准值而不作任何修正，则照射野较小而深度较浅时，由于实际的Fw比标准值要小许多，这将导致在治疗诸如上颌窦癌这些深度较浅肿瘤时，肿瘤实际受量比预置处方量偏低；而当照射野较大深度较深时，实际的Fw比标准值要大许多。脊髓等危险组织位于较深部位，如果按标准Fw进行计算，则这些危险组织实际受量比计算剂量要高，容易造成严重放射并发症。

4 物理楔形板重复性精度和到位精度对剂量学的影响

物理楔形板通过手动方式或电动方式插接在固定托架上，由带弹簧的限位开关确定物理楔形板的位置，因此物理楔形板必然存在重复性和到位精度问题。这一点很少有文献报道，也为大多数临床物理师所忽略。我们在实际工作中，总结了一套测量并定量分析物理楔形板重复性和到位精度的方法，测量分两部分进行，(1)直线加速器机架0o，准直器0o，电离室与射野中心轴垂直，与楔形方向垂直，楔形板向同一个方向重复开启10次，分别测量10次剂量D1、D2、D3……D10。然后计算出10次的均值Di。重复性精度指数SV={[(Di-D1)2+(Di-D2)2+……(Di-D10)2]/(10-1)}1/2Di×100% ，SV包括平野重复性精度和楔形板重复性精度两部分，国际原子能机构规定平野重复性精度指数SVo的精度必须好于0.7%，我们认为楔形板重复性精度SVw也应满足这个标准，则Sv=[Svo2+SVw2]1/2=[0.7%2+0.7%2] ?=1%。如果实际测量到的重复性精度指数SV小于1%，说明加速器楔形板重复性精度达到标准；若Sv＞1%，说明加速器楔形板重复性精度不达标，主要原因是限位开关的弹簧弹性存在问题，需要更换限位开关。在(1)的测量数据满足Sv的精度要求时，做第二部分测量。(2)直线加速器机架0o，准直器0o，电离室与射野中心轴垂直，与楔形方向垂直，楔形板先厚端方向朝限位开关重复开启5次,分别测量5次剂量D1、 D2、D3……D5，然后楔形板薄端方向朝限位开关重复开启5次，测量5次剂量D6、D7……D10，分别计算两个平均均值Dii和Diii。到位精度Sm=(Diii-Dii)/[(Diii+ Dii)/2]×100%，到位精度Sm＜1%，说明楔形板不同方向的稳定性达到标准，到位精度Sm＞1%，说明楔形板不同方向的到位精度不达标，需要调整楔形板旋转中心轴与束流中心轴相一致。物理楔形板重复性和到位精度问题应引起放射物理师的特别注意，应作为一项质量控制和质量保证的内容定期检查。

5 加物理楔形板后射野剂量计算中存在的问题

楔形野剂量计算公式：DT,W=Dm×SC,O×SP,O×PDDo(A,d)×Fw中，受深度影响的因子有PDDo(A,d)和Fw两个。有报道认为，楔形板硬化效应导致PDD增加，为此在楔形野剂量计算时，应该采用楔形野条件下的PDDw，而不是开放野的PDDo[3]。也有报道认为Fw随深度的增加而增加，且幅度大于2%，为此应修正深度对Fw的影响[6]。根据我们的研究，确实存在这样两种现象，但这两种现象的原因却是共同的，即加了楔形板后，射线随深度增加而衰减的速度比开放野时要慢，也就是射线的穿透能力相比有了一定的增强。在楔形野剂量计算时，临床物理师应特别注意避免重复修正，这种重复修正同样会给剂量计算带来很大的误差。根据我们的推导和实验验证，我们认为在楔形野剂量计算时，按公式DT,W=Dm×SC,O×SP,O×PDDo(A,d)×Fw(A,d)进行，对楔形因子引入射野和深度修正，而PDD仍以平野PDDo(A,d)为准而不再修正为楔形野条件下的PDDw[5]。放射物理师必须注意的是，重复修正和过度修正是影响放射剂量准确的重要原因。

6 动态楔形板使用中应注意的问题

动态楔形野是由一个对称射野和一系列非对称射野组合而成。一系列非对称射野是通过独立准直器的运动实现的，照射过程中让准直器的铅挡块(Jaws)在治疗中诸次移动到不同位置且停留不同时间来调制野内的射线强度，以形成楔形剂量分布的[1],[7-8]。

动态楔形板楔形角的确定深度是固定在10 cm深度处，楔形角的描述是在中心轴10 cm深度处的某一条等剂量曲线，中心轴两边取照射野的1／4处的两点连线与通过中心轴垂直线的夹角。物理师必须注意，物理楔形板的楔形角不受射野大小的影响，一经设计制作完成，基本保持不变；而动态楔形板因为射野大小的变化直接影响铅挡块的运行过程，楔形角依赖于所用实际射野的形状。在实际临床工作中，物理师必须结合厂家提供的楔形角程序，并通过胶片剂量系统进行仔细的测量和比较，验证通过后才能应用于患者的实际治疗。由于动态楔形野没有对射线进行滤过，基本上不存在对辐射质的影响，动态楔形野的深度剂量曲线非常接近于平野的深度剂量曲线，治疗计划系统一般假设楔形野与平野有相同的深度剂量曲线，尤其是日常的常规剂量计算更是如此。动态楔形野与平野的深度剂量曲线的一致性简化了治疗计划，提高了楔形野实际治疗剂量精度。

陆军等报道西门子加速器动态楔形板楔形因子与射线能量、射野大小和楔形角大小无关，总是约等于1[7]。但冯宁远等报道瓦里安加速器动态楔形板楔形因子呈无序变化，受射野大小影响明显且相差很大[7]，因此动态楔形野在实际应用前，放射物理师必须仔细测量不同楔形角不同射野下的楔形因子。

由于动态楔形板是通过独立准直器的运动实现的，照射过程中让准直器的铅挡块（Jaws）诸次移动到不同位置且停留不同时间来调制野内的射线强度形成楔形板效果，因此准直器铅挡块的到位精度就非常重要，日常质量保证工作中物理师应定期检查铅挡块的到位精度。由于动态楔形野实际上是一维调强方式，因此其质量保证和质量控制措施放射物理师可参考多叶准直器调强照射，定期使用胶片方式验证准直器铅挡块的到位精度。

[1] 姚红军, 于得全, 高宏, 等. 动态楔形板与物理楔形板剂量学的比较研究[J]. 中国医学物理学杂志, 2010, 27(3):1848－1850.

[2] 胡杰, 陶建民, 张莹, 等. 楔形滤片对X射线辐射质的影响[J]. 中国医学物理学杂志, 1999, 16(2): 67－69.

[3] 狄小云, 陈维军, 王健, 等. 楔形野剂量计算中的误差分析和修正[J]. 中国医学物理学杂志, 2001, 18(2): 67－68.

[4] 胡逸民. 肿瘤放射物理学[M]. 北京: 原子能出版社, 1999

[5] 胡杰, 陶建民, 张莹, 等. 直线加速器楔形因子的影响因素和修正方法[J]. 北京生物医学工程, 2007, 26(2): 175-177.

[6] 陶建民, 胡杰, 张莹,等.直线加速器楔形因子与照射野大小和测量深度的关系[J]. 同济大学学报(医学版), 2003, 24(6): 465-467.

[7] 陆军, 张秀春, 吴君心, 等. 应用Mapcheck验证西门子加速器虚拟楔形板物理参数的研究[J]. 中华肿瘤防治杂志, 2008, 15(14):1100-1102.

[8] 冯宁远, 谢虎臣, 史荣. 实用放射治疗物理学[M]. 北京: 北京医科大学中国协和医科大学联合出版社, 1998