弔 38 回放射線治療分科会シンポジウム 覊鱇 (Siemens ) の機能と特性 杏林大学医学部付属病院 池崎 廣海 1. はじめに 放射線治療においてくさびフ ィルタは体表面が傾斜 している場合, 入射 X 線の深部線量分布を平坦にす るため, あるいは深部の等線量曲線に傾斜をもたせる ために用いられる. 近年, 放射線治療装置の進歩によ り, 従来のくさびフィルタ (physica ]wedge filter ) を使用することなく,physical wedge filter を使用した場合と同じ線量分布を得る方法 (Non physlcal wedge filter ) が開発され これらの中でシーメンスが開発し Mevatron に搭載されたものが Vi 血 al wcdge である. (S ;emens :Non physical wedge ) に t ) いて, 従来の physical wedge と同様に臨床に応用でき るかどうかを検討し 今回は 1.Virtua wedge の理 論 2. その理論に基づいたアプリケーション ソフトの作成を検討項目とし このアプリケーション ソフトにより計算された線量プー ロフィ 7レおよび線量分布と測定値から Virtual wedge を解析し 2.VirtualWedge と解析用アプリケーション ソフト 2. 1.Physical wedge fi ter の設計 くさびフィルタはオープン照射野の等線量曲線と減衰式 (e 吟から設計されている 1,2 ). μ は使用す る γ 線または X 線の線減衰係数であり,x は鉛の厚さである. しかし, この計算式は軟線に対しての考. 慮であり, 実際は散乱線を加味した Ne P = ( ノ V : 経験による係数 ) の式で計算する必要がある, 2 2 Virtual wedge の線量プロフィールはウエッジの爪先 ( 固 定絞り側 ) からウエッジの踵へ向かって可動絞り ( 始動開始 時 : 固定絞り可動絞り間に定のギャップ有り ) が定の 速度で移動し, その physical wedge 間, 線量率を変化させることにより の線量プロフィールと同じになるように制御 されている. すなわち,Vimlalwedge は physical wedge の線量プロフィール (il1 airまたは基準深 ) を用いることにより, physical wedge の線量分布と同じになる. D 照射野内で固定絞りの位置と可動絞りの最大に開い た位置が中心軸で線対称の場合 の照射野内の線量プロフィール (OCR :off center axis rallo > は等線量曲線の深さと OCR の深さ間距離 および平均線減衰係数 ( μ ) に依存する. 例えば, 任意の, 勲 ( x,0) (x = D (cm )) におけるウエッジ角度 ( ゲ ) の OCR は e J) tan1v から計算できる (Fig ). 18 寸 i _ 認 ノ 1 フ? 焦 δ t ノ 1$ odo $e Curve (Q Gy ) i D Fig 乱 Symmetry isodoscgurve of high energy X. ra ン wi 出 use of the VMual wedge. すなわち, くさび角度が の場合, 巾心軸から距離 Dcm にあるA 点線量 ( g, Gy ) はP 点の線量 (2 Gy ) がファントム 中を D tan θ 透過することにより減衰した量であることから となる. ρ, e e μ Dx a θ (1 ) 2) 照射野内で固定絞りの位置と可動絞りの最大に開 いた位置が中心軸で線対称でない場合 Virtualwedgc は照射野の中心軸がアイソセンターを通 過しない場合 ( 照射野内で固定絞りの位置と可動絞りの 最大に開いた位置が中心軸で線対称でない場合 ) でも照 射が可能である.X 線ターゲットとアイソセンターを結ぶ 軸の用語は規定されていないことから, ここではあえて X 線ターゲットとアイソセンターを結ぶ軸を中心軸とする. Virtuaiwedge の基準点は照射野中心軸と中心軸が. 致 しない場合にも中心軸上 (0 点 ) にある. すなわち, 任意 の計算点 A, における の線量は同じ照射野 の physical wedge による線量と同じである. ここでは非対称の照射野がアイソセンターを含まない場合を考える. 任意の点偽 ) の線暈 (2A2) は照射野がアイソセンター軸で 非対称である場合にもアイソセンターを基準に計算する ことから, 次式となる. 9, ρ e x X d 瀦 θ (2 ) ここで Dd は中心軸 (0 ) からろまでの距離であり,Dd X tan θ は P からんまでの距離である. の座標は中心軸を基本としながら, 実際 は固定絞りを基準に可動絞りまでの距離をもっ 計算を行っている. 次にその過程を示す. (2 ) 式の指数部分を次のように変換する. て, 減衰 NII-Electronic N 工工 Eleotronio Library
O (O,O)1 1 煽. 圏. @ LWh L コ Al 垂 l Isodose curve (Q Gy ) Dd tan S T : DsXtan θ Olr.. _._ _ ト A2 Fig.2.Asymmetry isodose c un e of highenerg > X raン with use of the. Dd 妬 耐 黔霏 x S. k.?sp ( rd 丿 7MRr4 々丿 ) ここで,D i は深さ d cm の線量であり,1) to, SSI), + to) は 線源ファントム表面問距離 (S.9Do ) における基準深 (to) の 線量である. ( 段 Do + げ! (SSZ)+ t ) 2 は基準深と計算点深 の矩離の逆二乗による補正項である.Se ( ru は基準深に おける照射野サイズのコリメータ散乱係数であり,Sp ( rv は深さ dcm における照射野厂, のファントム散乱係数である. また TtLIRCd,r,2 は Khan の提唱する組織最大線量比である. 各照射野の中心軸からの距離 (D cm ) の軸外線量 (D!, ) は (5 ) 式により求め DD 篇 ) d OCR ( D,d,r,t) (5) P Dd tan θ z tt[ 1) (Ds Dd )] tan θ ; μ ) stan θ + μ(1) s [ ) d ) t α η θ (2 ) 式は (2 ) 式から次式となる. 9, 2 μ α θ+ μ D d 如 θ ept (Ds Dd 丿 tan θ = ρ 幽 θ ε ψ 5 (3 ) (2 ) OC1 (D,d,rd) は深さ 4Cm, 照射野雇および軸外 1) cm の OCR である. 3. 装置および方法 使用した測定器, ファントムおよび直線加速器を以下に示す. 線量計 lae 132a ( 応用技研製 ) ; 電離箱 Gl 0 ( 指 頭形, 容量 : O.6ml, 内径 : 6mm, 長さ : mm, 壁厚 :0.059g 〆 cm2 ), C 134A ( シャロー形, 容量 :0.046 ここで Ds は中心軸と固定絞り側の照射野端問距離である. (3 ) 式は tirtual wedge の取扱説明書中の式と同じである. この固定絞りを基準にした計算方法の利点は装置本体の 座標系に依存することなく, コリメータの開度のみで OCR 計算が可能なことである. 2 3 解析用アプリケーシコン ソフト Non physical wedge の線量分布の作成はフィルム 法あるいは列に配列された積算線量計 ( array type) に より行われているのが般的である. 当施設では array type の積算線量計を所有していない. またフィル ム法 による線量分布の測定では深部におけるエネルギー依存性のため誤差の補正が非常に困難である. しかし, の線量分布は in air あるいは 基準深における OCR が physica ] wedge の R と同じ であることから.physicaiwedge の ecr により計算で きる. アプリケーションのアルゴリズムは分割された照 射野毎 ( 例えば, ウエッジの爪先から 5, 10, 15 mm とウェッジ方向の 辺を 5mm づっ増加した照射野 ) に線量計算を行い, 座標毎に各照射野の線量を合計し, 基準深における匚 1 心軸上の線量が 100 となるようにし 各照射野の中心軸上の線量は (4 ) 式で求められる 3 }. ml, 電極間隔 :2mm, 集電極 :5.4 mm, ガ m ド電極 : 4mm φ) ファントム :So ld water 3D ファントム : WP600 ( We ]lhofer ) 直線加速器 Si m n M vatr KD2 (4 MV X ray ) 治療計画装置 :Render Plan 3 D 3 1 Physica wedge の卿 Physical wedge の OCR 測定は と physical wedge の OCR が等しいかどうかをみるために 行っ 確認は physlcal wedge の R から求めた μ (Virtuaf wedge の理論により計算 ) と VirtLia ]wedge の μ (Mevatron,4MVX 線のディフォルト値 ) とを比較, 検討し 測定は WP6,0 により, 水中 1.5 cm,10 IO cm2,ssd loo cm にて, 線量計がウエッジ方向に中心軸を通過するようにして行っ 3 2t プンブイールドの 1maR,s.,,s.s, およ び 6Cf オープンフィールドの各データは解析用アプリケー ション ソフトに使用し 蹶,%. および Sp は MevatronKD2 の初期データ (7PR,tiss し ie pealc ratio, 照射野系数空中線量 ) から換算し OCR 測定は WP600 により, 水中 1.5,S,!0,,30 cm, VbL13 No2 照射野 3 3,4 4,5 5, 10 10, 12 12,15 15cm2 の 19 NII-Electronic N 工工 Eleotronio Library
30 通りで行っ 3 3 Virtua l wedge の仞 0 および OCR Nfirtual wedge の PDZ ) および測定は実測値と アプリケーション ソフトによる値を比較し, 計算値 の精度および 行っ の理論を確認するために PI)ρ 測定は WP600 により, 照射野 10 IO Cm2 に おいて水中 0.8,1,1.1,1.2,13,1.5,2, 3, 5, 10, 15 および Cm で積算により行っ OCR 測定は WP600 により, 深さ 15 cm および照射野 10 10cm2 において半影近辺は 2mm 閙隔で, 他は 5mm 間隔で積算により, 線量計がウエッジ方向 で中心軸を通過するようにして行っ 3 4 オープンフィールド,Virtual wedge および physica wedge の刀廨 Vntualwedge および physical wedge の測定は オープンフィールドの TMR と比較し, 各のビーム特性の違いが治療に及ぼす影響をみるために行っ 各の TMR は C 110 により, 照射 eit10 10 cm2 にお いて Soiidwater 中 1,1.2,1.4,15,1.7,1.9, 2, 2.5, 3, 5, 8, IG, 15,,25 および 30cm で積算により行っ オープ ンフィー 7 レドのは既存のデータを用い 3 5 ウエッジのかからない方向の oer 測定はウエッジがウエッジのかからない方向の線量分布へ影響を及ぼすかを確認するために行っ は上絞りを使用し, physical wedge は 下絞り側に装着して使用するために両者は条件の違い から比較できない. そこで は. ヒ絞り側 のオープンフィールドによる R と比較し, physical wedge は下絞り側のオープンフィールドによる OCR と比較した, 各ウエッジの OCR は水中 15Cm および照射野 10 10cm2 で WP600 により行っVirtua{wedge の場合, 半影近辺は 2mm 間隔で, 他は 5mm 問隔で積算によ り測定した, 3 6 くさび角度 wedge くさび角度の測定は Vlirtual wedge および physica ともに, WP600 により行うことは Mevatron KD2 の許容範囲を越える恐れがあるため困難である. wrrtua wedge は解祈用アプリケーション ソフトで線 量分布を作成し, くさび角度 4S, 照射 eli10 10cm2, 深さ 5cm および 10 Cm で行っPhysicalwedgc は Vntua ] wedge の場合と同じ条件により Render Plan で 線暈分布を作成し, と比較し 3 7 くさび係数 くさび係数は Solidwater 中 15 cm において Virtual wcdgc とオープンフィールドの比で示し 測定はウコニッジ角度 15c, 30,45 および 60 について,4 4,5 5,6 6, 8 8, 10 IO, 12 12, 15 15, cmz の各照射野で行った, また, くさび係数が深さによっ て異なるかをみるた めに, 測定は公称くさび角度 15,30D,45 および 60 につい (, 照射野 10 10cm2, 深さ 12,5cm お よび 10cm にても行った, 3 8 表面線量およびビルドアップ領域の rmar オープンフィールド, および physical wedge による皮膚への影響をみるために表面線量とビ ルドアップ領域の線量測定を行っ 測定は C B4A によりオープンフィールド, Virtual wedge および physical wcdge について, 照射野 10 10 cm2 で, 深さ 0,2,4,5,7,9,10,12,14,15,17 cm で行っ 3 9 nau(monitor unit ) あたりの出力の安定性 Virtua]wedge は同くさび角度, 同照射野であっ ても, MU の変化によって vaj あたりの照射線量が異 なる場合があるのではないかと考え 測定は C llo により, 照射野 10 10cm2, 深さ Llcm にて.n4U を IOO, 0, 300, 400 の設定とし 4. 結果 4 1 Physical wedge の OCR Physica wedge の OCR から求めた μ はくさび爪先 側 ( 照射野の 114 点 : 25mm ) は O.006280mm. 1 で あり, くさびの踵側 ( 照射野の lf4 点 : 25 mm ) は O.005227mrn. 1 であった (Fig.3). この二つの μ の平均 値は 0,00575 であり, Mevatron I(D2 の 4MV,X 線のディフォルト値 (0,00574 ) と良く致する. 1.4121.0080 6040..O 100 50 0 50 100 DistanGe from central axis (mm ) Fig.3. Dose proflle of ligh ユ energy X ray 4 MV ) with use of physical wedge in the wedge direotion.lhls profilewas measured by theめnization chambe [ { 0.6 n ユ1 ). 4 2 オープンフィール ドの 7na?,S p,s.,s. およ び OCR TMR,S,. Sc,Sp は MevatronKD2 の初期デー. タを用い 水中 1.5cm の 0 ( JR は Fig.4 に示す.Wt [ ti, OCR は下の曲線より照射野 3 3,5 5,iOXIO および 15 15cm2 であり, X 座標は幾何学的照射野の端を 0 とし, NII-Electronic N 工工 Eleotronio Library
1.21.08 (000Q40. L21.00.80.60.40. OpenV }rtuai.g 150 100 5G O 50 100 150 Distance fro 自 fieldedge (mm ).0 100 50 0 50 100 Distance from centrai axis (mm ) Fig.4.Dose pr 洲 e }fhigh energy X イ rdy ( 4 MV ) inopen 鬮 d. r {he abs じ issaisthc distance 貸 om the 行 eid edge. Fig.6.Dosc profiieo ( high erergy X ray (4 MV ) im opc η ficldand with use of thc Virtualwcdge.The abscissa isthe distancef}om the central axis inthe right anglc dircction ofthe wedge. 路 〆 o 5 10 15 25 30 Fig.5.The isodosechart of 10 x IO crn beam of4mv X ray with use of thc Virtual wedge,calculated ineach segment field. 照射野内を負とし 上記データを使用して, 解析用アプリケーション ソフトで計算した線量分布図鯖 rtual wedge 45 ) を Fig.5 に示す. 4 3 Virtua[Wedge の PDD および OOR Fig5 で中心軸上の計算値による PDI ) と測定による PDI ) は良く致し また深さ L5 cm において, 同図の OCR と測定値は良く致した, 4 4 オープンフィールド,Virtual wedge および physical wedge の TMR 各条件の TM7e の差はオープンフィールドの を基準に, 5cm 深さの場合, physical wedge は 1.7 %, 4 6 くさび角度 Physicalwcdge と Vi 伽 al wedge のくさび角度は深さ 5cm の場合, 両者とも 44 であり, 深さ 10 cm の場 合, 3 アと 39 であった, 4 7 くさび係数 くさび係数は照射野の違いにより,15,30 およ び 45 の場合,2 % 以内の相違であるが,60D の場合, 4.5 % の差がみられ また照射野が大きくなるに従 い, くさび係数も増加した (Fig.7 ). くさび係数の深さによる相違は最大で 0.2 % であっ 4 8 表面線量およびビルドァップ領域の TMR ビルドアップ領域の TMR はオーブンフィールドと Vntualwedge はよく致したが,physical wedge は両者に比較して, 全体的に低い値を示し 表面線量は各々の最大線量深の線量に対する相対値 で, オープンフィールドが O.227, Virtualwedge が 0.231, physica wedge が O.161 であっ 4 9 mau あたりの出力の安定性 100.0, 300 および 400 MU (45 Mrtual wedge 使 用 照射した場合の測定値は 100 ル π ノ照射したときの 測定値を基準に比較すると,03 % 以内であたっ ( Fable l). また各条作の照射による出力の安定性は変動係数 で 0.4 であっ 1.04 1.02 Vrtua ] wedge は e2 % であり, 10 cm 深さの場合, physical wedge は 4.4 %, Mrtualwedge は 1.0 % であ っ 4 5 ウエッジのかからない方向の OCR ウエッジのかからない方向の OCR は physicai wedge および Vllrtua ]wedge ともに, オ プンフィールドの OC1 と良く致し オープンフィールドと Virtual wedge の OCR 曲線を比較したものを Fig,6 に示す. 1.00 0.980 5 10 15 Side of square field(cm ) Fig.7.The wedge factereurves fbrseveralwedge angles. Vbl.13 No.2 21 NII-Electronic N 工工 Eleotronio Library
11864 ( U ( UOOO pen VirtuaI 匸 } A Physlcal 0 5 10 15 Depth(mm ) Fig.8.Tissuemaximum ratio curves of ]0 10cm beam of4 MV X ray in build up region. 3.Virtual wedge と physica [wedge のくさび角度 (5 cm, 10cm depth ) は測定誤差範囲内で致し 4. ウエッジのかからない方向の線量プロフィールはオープンフィールドと.. 致し 5, くさび角度の深さ依存性は V 1rtuai wedge と physjca 亅 wedge っ との間に大きな相違はみられなか 6. はオープンフィールドとほぼ致した, 7. のくさび係数の深さ依存は無視でき 8.Virtuatwedge のくさび係数は O,981 から LO32 の悶であっ 9.V 1rtual wedge の出力の安定性は変動係数で 0.4 で T 島 bie1 The stabilityofo しゅ ut permonitor unit. MU 1000300400 Measured value97.7195.2293.7392.1 100MUequlvalent97.797.697,998.0 100 MU equivaient = IGO measured value MU. 5. 考察 ivgrtua wedge は従来の physical wedge の線量プロフ ィールから μ を求め, この μ を に適用 することで, くさび角度を physical wedge と同じにし このように理論が単純であり, 結果が理論と致 することは使用者にとっ から有用である, て, 装置管理 (QC ) を行う上 を解析用アプリケーション ソフト で計算した結果, PDD,OCR ともに致したことは放射線治療計画ソフトのアルゴリズムをオープンフィー ルドのデータを用い, 作成できると考える. このようなアプリケーション ソフトはウエッジの各種のデー タを必要としないことから, 装置設置時のデータ収集 時間が短縮できる. Physlca[wedge のくさび係数は深さに依存する (MU 徹通常岬賑から講する駘こ断 ) 4 ). しか あり, また異なる MU あたりの出力の安定性は 0β % 以内であったことから信頼性は十分であっ 10.Vi 血 al wedge は従来の physical wedge と同様に臨床応用に可能である. 参考文献 1 ) johnsh.e.,cunningham J.R.:XThe interaction ofx and γ rays wlth a scattering medium ( single beams ), 311 372, The physics ofradiology (3rded. ), 1974, 2 ) 岡島俊三 :10 治療のための物理,299 376, 医学放射 線物理学, 南山堂,lg80. 3 ) Khan F.M.,Sewchand W., Lee J., Revjsionof tissue maximum ratio concepts forcobalt 60 and higherenergy x ray beams.med.phys.,7,230 237,1980. 4 ) 日本放射線技術学会放射線治療分科会 :3 線量測 定, 放射線治療技術マニュアル,36 74, 日本放射線技術 学会,1998. し Vlrtualwedge のくさび係数は深さに依存しなかっ このことは のはオープンフィ ールドのを使用しても実用上支障をきたさないともいえる.V 派 ual wedge のがオープンフィー ルドの TMR とほぼ致したことからも伺える, M 魚 al wedge は従来の physical wedge と同様に臨床応用に可能である. 6. 結論 L 哺伽 a [wedge の理論は単純である. 2.Vir ual wedge と physical wedgc の線量プロフィール は良く致し 22 NII-Electronic N 工工 Eleotronio Library