目前，放射治疗是临床治疗肿瘤患者的主要手段之一。随着射野成型模块技术（beam shaping module，BSM）的快速发展，放射治疗逐步向精细化发展。BSM 系统特别是多叶光栅（multi leaf collimator，MLC）的出现有效促进了三维适形放射治疗（3D conformal radio therapy，3DCRT）、 调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT） 和旋转容积调强放射治疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT）等先进治疗技术的临床应用和精细化治疗效果，且以上治疗方式已经成为当前的主流放射治疗技术 ^[1-2]。

为使靶区与其周围正常组织之间的剂量梯度更好，BSM 的半影要求越小越好 ^[3-5]。固定设备的机械设计是确定的，半影也应是确定的，唯一能够引起差异的是半影的测量过程。为了明确地确定产品的半影，便于后续的临床特性分析及应用，本研究对西安大医 TaiChiA 直线加速器配置MLC60 的 BSM 进行标准照射野 10 cm×10 cm 及以下照射野半影测量，同时使用不同方法进行结果分析，以期为系统设计、测试及临床应用提供参考。

1  材料和方法

1.1  设备及材料

1.1.1  医用直线加速器

TaiChiA 医用直线加速器，能量 6 MV，无均整（flattening filter free，FFF）模式。该设备可配置2 种规格的 MLC 模块，分别为 60 对 MLC 和 44 对MLC。其中，60 对 MLC 两侧各以 20 对叶片作为外叶片，等中心投影宽度为 10.0 mm，中间 40 对叶片等中心投影宽度为 5.0 mm；44 对 MLC 的所有叶片等中心投影宽度均为 8.5 mm。

本研究采用配置 60 对 MLC 的设备进行测试。图 1 为 TaiChiA 医用直线加速器设备治疗头系统结构示意图。设备主射束上配置初级准直锥，治疗头设计有 MLC（X 方向 /AB 方向）和 YJaw 光阑 [Y 方向 /G（Gantry）T（Table）方向 ]。

注：MLC 为多叶光栅

图 1 TaiChiA 准直器构成示意图

1.1.2  三维水箱和半导体探测器

测试采用 IBA SmartScan 三维水箱，尺寸为675 mm×645 mm×560 mm。CC04 电离室作为主测量电离室，CC13 电离室作为参考电离室。测量数据用三维水箱自带 MyQA 8.4.9.2 软件进行分析。

1.1.3  胶片

测试采用 GAFCHROMIC EBT3 胶片，其空间分辨率为 25 μm，即 0.025 mm。胶片扫描仪型号为中晶 Phantom 9900XL，胶片扫描软件为 MicrotekScanWizard Pro V8.20。

1.2  方法

1.2.1  三维水箱测量方法

将水箱各部件正确连接，加速器机架和治疗头均置于 0°，同时使用倾角仪进行角度确定。调整水箱的水平位置和方向，保证探头运动方向正确。CC13 电离室固定于照射野内合适位置，确保处于照射野范围内，且不会对主测量电离室造成干扰。CC04 电离室根据运动设置进行 Inline 和 Crossline2 个方向探测 ^[4]。水箱摆位见图 2。

图 2 水箱摆位

摆位完成后，通过水箱自带软件 MyQA 进行相关设置（如图 3 所示），并按照 Inline 和 Crossline 2 个方向进行数据扫描，扫描后可以直接查看 data 页面penumbra 的数值。

图 3 水箱软件设置（a）及分析结果（b）

1.2.2  胶片测量方法

胶片刻度方法：将胶片置于等中心平面，上层覆盖厚度 15 mm 固体水，选择 5 cm×5 cm 的照射野，分别使用 100、200、300、400、500、600、700、800、900 MU 进行拍摄。拍摄的刻度胶片见图 4。灰度与剂量刻度拟合方法：胶片扫描时选取300 dpi，刻度时选取的像素点宽度为 0.0847 mm，绝对剂量校准适用的探头为 IBA FC65-G（灵敏体积半径为 3.1 mm），胶片剂量刻度区域为 6 mm（即71 Piexl）。胶片分析选点见图 5。

图 4 刻度胶片

图 5 胶片分析选点图

5 cm×5 cm 照射野的输出因子按 0.918（标准10 cm×10 cm 照射野出束 100 MU 时，5 cm×5 cm 照射野内测量其剂量为 91.8 MU）计算，胶片置于等中心位置，上层覆盖厚度 15 mm 固体水，加速器出束 100 MU，则胶片的吸收剂量应为 91.8 cGy。对应的灰度值与吸收剂量关系见图 6，根据图 6 中数据得到拟合曲线（图 7）。

图 6 灰度值与吸收剂量关系

图 7 灰度值与吸收剂量关系的拟合曲线

照射野胶片拍摄方法：测量时，设置源皮距（source skin distance，SSD）为 90 cm，胶片下层放置厚度 50 mm 固体水，胶片上层放置厚度 100 mm 固体水。

1.3  观察指标

分析不同测量方法的 AB 方向（MLC 方向）和GT 方向（YJaw 方向）的半影。

2  结果

2.1  三维水箱 FFF 协议分析结果

分别对 10 cm×10 cm 照射野进行 6 次采集，使用 FFF 协议进行数据分析。结果显示，三维水箱FFF 协议分析的 10 cm×10 cm 照射野 AB 方向（MLC方向）的半影 < 5 mm，GT 方向（YJaw 方向）的半影 < 6 mm，见表 1。

表 1 三维水箱 FFF 协议分析 BSM 半影数据（mm）

注：FFF 为无均整，BSM 为射野成形模块

2.2  三维水箱 IEC 协议分析结果

分别对 10 cm×10 cm 照射野进行 6 次采集，使用 IEC 协议进行数据分析。结果显示，三维水箱IEC 协议分析的 10 cm×10 cm 照射野 AB 方向（MLC方向）的半影 < 6 mm，GT 方向（YJaw 方向）的半影 < 7 mm，见表 2。

表 2 三维水箱 IEC 协议分析 BSM 半影数据（mm）

注：FFF 为无均整，BSM 为射野成形模块

2.3  胶片分析结果

为避免单次测量误差，进行 2 次 10 cm×10 cm照射野胶片拍摄。结果显示，10 cm×10 cm 照射野AB 方向（MLC 方向）和 GT 方向（YJaw 方向）的半影均 < 6 mm，见表 3。

表 3 胶片分析 BSM 半影数据（mm）

注：BSM 为射野成形模块，AB 方向为 MLC 方向，GT 方向为 YJaw 方向

2.4  10 cm×10 cm 以下照射野测量结果

10 cm×10 cm 以下照射野 AB 方向（MLC）、QT 方向（YJaw）三维水箱 FFF 协议分析结果和胶片测量结果一致，半影均 < 6 mm，见表 4。

表 4 10 cm×10 cm 以下照射野测量结果（mm）

注：FFF 为 无 均 整，AB 方 向 为 MLC 方 向，GT 方 向 为YJaw 方向

3  讨论

本研究结果显示，AB 方向半影结果小于 GT方向，与 TaiChiA 设备的治疗头结构相符。GT 方向为 YJaw 运动方向，且在机械结构中更接近射线源。相较于 YJaw，MLC 处于其下方，射线束路径上增加 1 级过滤，因此 AB 方向能够过滤更多散射线 ^[6]。胶片和三维水箱测量结果及趋势基本一致。水箱测量中，半导体探测器体积会影响半影结果，而半影范围内剂量跌落快、对探测器体积敏感，因此与水箱测量相比，胶片的分辨率更高 ^[7]，测量结果更精确。

对于 FFF 照射野的半影测量，使用三维水箱进行测量时应注意使用 FFF 协议分析。如选择其他协议，会因照射野 Profile 的不同特性导致半影测量结果不准确。以目前应用较广泛的 IEC 协议为例，FFF 协议和 IEC 协议对于半影的定义均为两主轴上 20% 吸收剂量点与 80% 吸收剂量点之间的距离 ^[8]。但 FFF 协议针对FFF 照射野的特点，首先确定 Profile 两翼的拐点（梯度最大点），即 50% 吸收剂量点，然后根据拐点确定 20% 和 80% 吸收剂量点，从而得到半影结果；而IEC 协议则是根据 FF 射野的特点直接确定 20% 吸收剂量点与 80% 吸收剂量点后得出半影结果 ^[4，9-10]。

FF 照射野的剂量分布相对均匀，而 FFF 照射野的剂量跌落更快，因此 FFF 照射野的 Profile 两侧比 FF 照射野比例更高（如图 8 所示，左侧灰色坐标为 FF 照射野的 Profile，右侧黑色坐标为 FFF照射野的 Profile），此差异在小照射野时更显著。如 IBA 三维水箱使用手册所述，对于小照射野，需要根据图 9 调整拐点的位置，60% 吸收剂量点作为拐点更适合半影测量 ^[11-12]。

注：图片来源文献 ^[2]；FF 为均整；FFF 为无均整

图 8 6 MV 光子束 FF 和 FFF Profile 关系图

注：FF 为均整；FFF 为无均整

图 9 FF 和 FFF Profile 的差异

此外，对于 FFF 照射野，在射线质相对较软且无均整器散射线的情况下，可使准直器具有更小的半影 ^[13-14]。而对于小照射野，散射对于半影的贡献更小。因此，使用三维水箱测量时，应根据被测设备选择合适的分析协议 ^[13]，以期客观反映设备性能。特别是在临床建模过程中，需选择和设备特性、结构特点匹配的扫描方式和扫描协议，否则会影响整个建模结果及后续治疗计划的设计 ^[15]。

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