2. 實驗設備介紹
2.1 劑量測量工具
2.1.3 平行板游離腔 (Plane-Parallel ion chamber)
本實驗所使用的另一游離腔為平行板游離腔。外表為圓柱形，型 號為 Model N23343 Markus® plane-parallel ionization chamber。 (圖 2.6) 游離腔的外部是由丙烯酸(acrylic)也就是壓克力製成，入射窗(ectrance
28
window)是由 0.03mm 聚乙烯(polyethylene)製成並在外層塗上一導電 的石墨，其有效直徑為 5.3 mm、標稱體積為 0.055 cm3 27。由於其極 淺的電極體積而利於測量表面劑量或增建區的劑量。劑量測量的方式 和農夫型游離腔相同，收集到的電荷量會搭配電量計計讀之後再換算 成劑量。
圖 2.6 平行板游離腔外觀
2.2 假體
2.2.1 固態水假體（Solid water phantom）
本實驗所使用的固態水假體為 PTW RW3 Slab Phantom T29673，
其大小為 30 cm2，厚度共分為 0.1、0.2、0.5 及 1 cm，可以根據實驗 的需求堆疊成不同的厚度，密度為 1.045g/cm3，材質為聚苯乙烯 (plolystyrence，C8H8)及 2%的二氧化鈦(TiO2) 。實驗中所有的劑量測 量工具的劑量校正及驗證皆使用此固態水假體28。
2.2.2 Rando phantom
Rando phantom 為一擬人形假體，由真人骨骼、軟組織及肺部組 織替代物質所組成。外觀可分為男性、女性及小孩三種。表 2.2 為 Rando phantom 的基本資料。本實驗所使用的為男性外觀假體。假體
29
由 35 片切片所組成，每片厚度 2.5 cm，每個切片裡皆有小孔分布，
可放入劑量測量工具如熱發光劑量計，而本實驗測量的為表面劑量，
因此是直接將光激發劑量計黏貼在假體的表面。(圖 2.7)
表 2.2 Rando phantom 基本資料 Rando phantom
製造廠商 Alderson Research Laboratories, Incorporated, USA
身高 男：175 公分﹐女：163 公分
體重 男：73.5 公斤﹐女：54 公斤 切片厚度(橫切) 2.5 公分
軟組織替代物質 Isocyanate rubber-based muscle substitute 肺組織替代物質 Epoxy resin-based lung substitute
骨骼 真人骨骼
圖 2.7 Rando phantom 外觀，其每片切片皆可拆卸、組裝。
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2.3 直線加速器
本實驗所使用的直線加速器為阮綜合醫院放射腫瘤科 Elekta Infinity™ 直線加速器(圖 2.8)，使用的能量為 6MV 級光子射束(6MV FF)及 6MV 級無整平濾片光子射束(6MV FFF)。搭配的多葉式準直儀 (multileaf collimator，MLC)為 Agillity，其寬度在 SAD 100 cm 處為 0.5 cm，與 Elekta Precise-SLi 直線加速器的準直儀相比，其移動的距離為 6 cm/sec，由於能夠快速的移動才能夠搭配無射束整平濾片如此高的 劑量輸出。其治療床為 HexaPOD™，能夠提供 translational ( x、y、
z) 、rotation (roll、pitch、yaw) 六度空間的修正。在實施立體定位放 射治療時搭配錐形光束電腦斷層(Cone-Beam Conputed Tomogherapy，
CBCT)影像，與治療計畫所使用的電腦斷層影像做影像融合比對，能 夠修正病人的擺位誤差以達到更精準的治療結果。
圖 2.8 Elekta Infinity™ 直線加速器
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2%之內。而 6MV FF 的平坦度(flatness)則是根據 TG-14230規定須在 標準值的±1%之內、對稱性(symmetry)同樣須在±1%之內。標準值是根 軸方向的橫向剖面圖(profile)，SSD = 100 cm、深度為 10 cm、80%等 劑量曲線寬度對應到的照野為 20 cm。
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point distance from CAX as a% of the half field width
Nominal relative dose (%)
-X
Energy Flatness(%) Symmetry(%) X-axis Y-axis X-axis Y-axis 6 MV 2.38 1.91 0.5 0.23 Baseline 2.38 1.91 0.5 0.23
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圖 3.1 6MV FF 光子射束在 SSD = 100 cm，field size = 20 cm 所測量 X 軸方向的橫向剖面圖。
圖 3.2 6MV FFF 光子射束在 SSD = 100 cm，field size = 20 cm 所測量 X 軸方向的橫向剖面圖
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3.1.1 游離腔之應用
本實驗是以農夫型游離腔作為 OSLD 劑量校正的標準。為了確認 農夫型游離腔搭配電量計後所測得的電量值與直線加速器實際輸出 的劑量相符合，因此在固態水假體內進行輸出劑量與電量計讀值的校 正。在 SAD =100 cm，d=5 cm 的環境分別照射 10、20、30、40、50、
60、70、80、90、100 MU ，並觀察電量計讀值與劑量的關係。結果 發現兩者呈現良好的線性關係。(圖 3.3)
圖 3.3 電量計讀值與劑量之間的關係圖
3.1.2 劑量換算
利用農夫型游離腔搭配電量計所獲得的電量值(nC)將根據以下 公式換算成吸收劑量(cGy)。
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷(𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐) = 𝑟𝑟𝐷𝐷𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟(𝑟𝑟𝑛𝑛) × 𝑛𝑛𝑇𝑇，𝑃𝑃 × 𝐹𝐹𝐹𝐹 (3.1)
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其中 reading 為電量計所獲得的電量值，單位為 nC，𝑛𝑛𝑇𝑇，𝑃𝑃為溫壓 修正因數。Fx 為農夫型游離腔經由核研所校正之後所有校正因子的 乘積。本實驗所使用的農夫型游離腔其 Fx 值分別為 6MV FF：5.266、
6MV FFF：5.291。
由於農夫型游離腔是以中間的氣體受到照射之後游離而產生正 負離子，並且向腔壁及電極移動產生電子訊號，因此照射當時的溫度 (T)與大氣壓力(P)會影響腔內氣體的體積，進而改變離子對而影響產 生的劑量，因此必須乘上溫壓修正因數才能得到正確的劑量值。
溫壓修正因數的公式為下(式 3.2)
𝑛𝑛𝑇𝑇，𝑃𝑃 = 760𝑃𝑃 ×273.2+22273.2+𝑇𝑇 (3.2)
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3.2 OSLD 劑量校正
OSLD 照射之後經由讀取系統所得到的數據為光電倍增管所量 測到的計數值(counts)，為了將此換算成吸收劑量必須利用農夫型游 離腔建立兩者之間的劑量校正曲線。
首先將農夫型游離腔置於固態水假體中，深度為 5 cm，再以多葉 式準直儀開出照野、大小為 10×10 cm，在這樣的條件下分別照射 5、
10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、66、70、75、80、
85、90、95、100、105、110、115、120、140、160、180、200、220、
240、260、280、300、320、340、360、380、400 MU，紀錄利用電量 計所獲得的電荷量(nC)之後再根據公式 3.1 將其轉換成吸收劑量(cGy)。
(圖 3.4)
圖 3.4 白色物體為固態水假體，農夫型游離腔置於深度 5 cm 處。
本實驗使用的 OSLD 總共有 20 顆，每一顆皆有固定的條碼以及 敏感度，相同照射劑量其計數值會隨其敏滿度而有所不同。(表 3.3) 此次校正曲線將針對每一顆 OSLD 建立專屬的曲線。
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根據我們實驗的經驗、每顆 OSLD 在照射之前皆需要利用 LED 燈泡照射至少 4 個小時以確保將內部殘留的劑量降到最低，並且在照 射之前讀取其殘留的背景值。背景值測量方法為連續讀取三次，將得 到的計數值取平均值並記錄。
OSLD 的劑量測量方式和農夫型游離腔相同，將 20 顆讀過背景 值的 OSLD 置於固態水假體上，同樣在深度為 5 cm，照野大小為 10
×10 cm 的條件下分別照射 5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、
55、60、66、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、
140、160、180、200、220、240、260、280、300、320、340、360、
380、400MU。(圖 3.5) 唯一不同的是上方必須加 1.5 cm 的組織填充 物做為緩衝以保護 OSLD。
圖 3.5 將光激發劑量計裝進透明夾鏈袋中作為保護並黏貼固定至固 態水假體上。上方覆蓋一 1.5 cm 的組織填充物，固態水假體的部分使 用了 3.5 cm。
照射完畢之後根據 Paul A 等人研究將 OSLD 靜置 8 分鐘、等到 訊號穩定之後再讀取其計數值22，此動作是為了避免讀取到不穩定的 淺層電子陷阱所發出的短暫訊號。讀取方式和背景值相同，連續讀取
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三次取得平均值後與背景值的平均值相減得到一淨值並記錄。為確保 每顆 OSLD 皆是在相同條件之下做測試，每照射完一次之後皆會以 LED 燈泡做回光(bleach)的動作，避免因為 OSLD 因為內部劑量的累 積而使敏感度下降。
將農夫型游離腔所獲得的吸收劑量與 OSLD 所獲得的計數值收 集完畢之後將兩組資料輸入 matlab 程式，以曲線擬合(Curve Fitting) 方式取得一數學模型。
𝑐𝑐 = a𝐹𝐹2+ 𝑏𝑏𝐹𝐹 + 𝑐𝑐 (3.2) 其中 y 為農夫型游離腔照射後所得到的吸收劑量，x 為 OSLD 所 量測到的計數值，a、b、c 為此模型的參數，此動作的目的便是找出 最適合的參數值，使得這個模型的輸出值與實際值越接近越好，此過 程稱為線性回歸（linear regression）31。經由測試本實驗適合使用上述 之二次拋物曲線。
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接下來同樣以多葉式準直儀開出照野，大小分別為：2×2、3×3、
4×4、6×6、10×10 cm，然後利用固態水假體做出不同深度的增建區厚 度，分別為 0、0.1、0.2、0.4、0.5、0.7、1.0 cm，將平行板游離腔在 此條件之下照射 100 MU，並利用電量計測量獲得的電量值，最後將 電量值以公式 3.1 換算成劑量之後再乘以 9.881 已獲得平行板游離腔 所測得的吸收劑量。
接著將 OSLD 以相同的條件做照射，並將所獲得的計數值利用校 正曲線轉換成吸收劑量後再與平行板游離腔在上述設定的條件下所 獲得的劑量值作比較。
3.4 Rando phantom 實際測量
本實驗利用 Rando phantom 假體代替真人進行實驗，測試當使用 立體定位放射治療時搭配無射束整平濾片技術及使用射束整平濾片 技術時其皮膚表面的劑量變化。
3.4.1 電腦斷層模擬定位攝影
首先為 Rando phantom 製作立體定位放射治療專屬的固定模具，
放在專屬的固定系統上後進行電腦斷層模擬定位攝影(圖 3.6)。本實驗 所使用的電腦斷層模擬定位攝影機為 PHILIPS Brilliance Big Bore CT，
掃瞄條件為管電壓 120 kV，管電流 285 mA，切片厚度為 3 mm。(圖 3.7)
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圖 3.6 將 Rando phantom 以專屬的模具固定之後進行電腦斷層模擬定 位攝影。
圖 3.7 Rando phantom 的電腦斷層影像，可以用來進行治療計畫的設 計以及各個器官位置的確認。
3.4.2 治療計畫
完成掃描之後將影像傳送至治療計畫系統(treatment planning system，TPS)以進行治療計劃的設計。本實驗所使用的 TPS 版本為 pinnacle 3 version 9.6 treatment planning system，Philips。完成的治療
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計劃共有兩套，能量分別為 6MV FF 及 6MV FFF。圖 3.8 為 6MV FF 的劑量曲線圖，圖 3.9 為 6MV FFF 的劑量曲線圖。除了能量不同以 外其餘的射束路徑、弧形治療角度兩者同樣都為 180˚至 40˚,每個計 劃有兩個 Arc，劑量的限制也完全相同(圖 3.10)。單次的治療劑量皆 為 1000 cGy，6MV FF 的 MU 分別為：728、783，6MV FFF 的 MU 分 別為：924、776。
圖 3.8 6MV FF 的劑量曲線圖
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圖 3.9 6MV FFF 的劑量曲線圖
圖 3.10 6MV FF 及 6MV FFF 的 劑 量 體 積 直 方 圖 (Dose Volume Histogram，DVH)，紅色粗線為 6MV FF、紅色細線為 6MV FFF
6MV FF
6MV FFF
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3.4.3 OSLD 佈點及照射
完成 Rando phantom 的擺位之後根據光照野確認射束中心點以及 受到照射的表面位置，再將 14 顆 OSLD 在 Full Arc 之中心射束的路 徑上，彼此間等距離的黏貼在 Rando phantom 表面(圖 3.11)，完成之 後依據兩種不同的治療計畫執行實際照射，並測量兩者的照射時間 (beam on time) 與兩者的皮表劑量 (圖 3.12)。接下來根據佈點的位置 在治療計劃系統上進行 ROI 圈選，得到治療計劃系統所計算的吸收 劑量，並且與 OSLD 所測得的測量值做比較以確認測量的正確性。圖 3.11 數字為測量的 OSLD 的編號，英文字為 OSLD 所放置的位置，A 為 Anterior、P 為 Posterior，CR 為腫瘤中心點正上方位置，Shoulder 為肩為膀位置，分為 R 與 L。由於本實驗所使用的弧形調控放射治療 為 180˚至 40 ˚，因此 OSLD 編號 4、5、13、14、15、16、17 的佈點 位置會由射束直接照射，編號 6、7、8、9、10、11、12 則不會有射束 直接照射到。最後再進行 FF 及 FFF 兩者之間的皮表劑量比較，確認 FFF 其皮表劑量是否會高於 FF。
圖 3.11 根據光照野確認射束中心點及受到照射的表面位置，再將 OSLD 彼此等間距黏貼於 Rando phantom 的表面
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圖 3.12 將 Rando phantom 以專屬模具固定之後實際照射兩種不同的 治療計畫
圖 3.13 於治療計劃系統上根據 OSLD 佈點的位置進行 ROI 的圈選以 獲得吸收劑量
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4 結果與討論
4.1 OSLD 劑量校正曲線
經由 matlab 程式取得每一顆 OSLD 最適合的 a、b、c 值之後再 根據公式 3.1 得到校正曲線公式。往後每顆 OSLD 照射後得到的計數
經由 matlab 程式取得每一顆 OSLD 最適合的 a、b、c 值之後再 根據公式 3.1 得到校正曲線公式。往後每顆 OSLD 照射後得到的計數