[放射治療技術] MU 計算

在放射治療裡面, 臨床上有一個非常重要的觀念, 就是 Monitor unit(MU)的計算, MU 的計算必須要把傳統劑量學的觀念都搞通, 因此整理這篇筆記等於一次讀完好幾個章節, CP 值非常高, 以下就來看我的整理吧! 這部份如果對應到AAPM, 就是AAPM TG-71 以及 AAPM TG-74

Monitor unit 

首先是何謂Monitor unit, 因為現行的直線加速器並不會在一開始就針對直接給到病人體內的劑量去做設定, 而是會利用一個monitor chamber 可以偵測到的輻射量去設定加速器, 這個值就被稱為monitor unit, 這樣做的好處是因為加速器給出的射束不是穩定的, 另外就是實際給到病人體內的劑量會受到beam energy, field size, 距離以及其他因素影響, 利用MU來做臨床監測是比較方便的做法!

MU 值計算

在臨床上最重要的就是要決定給多少MU, 這部分也是考試重點, 以下就從公式出發, 來詳細解釋Khan's physics 的內容.

首先要注意的是, SAD setup (Isocentric field) 跟 SSD setup (nonisocentric field)的公式是不一樣的, 這個在做題的時候需要非常注意!

SAD setup 的公式如下:

$MU = \dfrac{D}{D_{cal}*S_{c}(r_{c})*S_{p}(r_{d})*TPR(d, r_{d})*WF(d, r_{d},x) * TF * OAR(d, x)*(\frac{SCD}{SPD})^2}$

其實 SSD 公式是SAD 公式的特例, 就是把SSD = SAD 時候的特例

SSD setup 的公式如下:

$MU = \dfrac{D}{D_{cal}*S_{c}(r_{c})*S_{p}(r)*\frac{p}{100}(d, r, SSD)*WF(d, r_{d},x) * TF * OAR(d, x)*(\frac{SCD}{SSD+ t_{0}})^2}$

其中

$D$ 就是想給多少劑量

$D_{cal}$ 為參考環境下, 在參考點, 1MU 等於多少cGy, SAD setup 通常會設成1 MU = 1 cGy; SSD 則不一定

$Sc(r_{c})$: $r_{c}$ field size 下,  collimator 所造成的散射影響, 也就是所謂的collimator scatter factor 

=> 這裡的$r_{c}$ 是指collimator 在 SAD setup, isocenter深度時的field 大小, 如果不懂可以看下面的例題!

$Sp(r_{d})$ = 在參考深度$r_{d}$, field size 為 r 的時候, 在參考深度時的散射影響 ; 也就是所謂的Phantom scatter factor 

=> 仔細看裡面field size 是用參考深度d 去做定義 => 所以適用在SAD setup

$Sp(r)$:  表面 field size r, 在參考深度時的散射影響 ; 也就是所謂的Phantom scatter factor

=> 仔細看裡面field size 是用表面去做定義 => 所以適用在SSD setup

TPR: 就是Tissue phantom ratio, 意指為在某個深度的時候, 在組織和在假體內特定深度的劑量比值(需要source to point 距離相等), 如果假體內特定深度為假體內最大劑量的深度值的時候, 其比值特稱為Tissue-Maximum ratio(TMR)

p.s. 這裡的組織, 其實也是假體, 因為是用假體來模擬組織, 所以 TPR 是可以直接量測的!

WF(d,rd,x) = Wedge factor at depth d, field size rd, and off-axis distance x;

TF = Tray factor;

OAR(d,x) = Off-axis ratio at depth d and off-axis distance x;

SCD = Source to calibration point distance at which Dcal is specified;

SPD = Source to point of interest distance at which D is delivered;

$\frac{p}{100}(d, r, SSD)$: 在深度d, 表面 field size 為 r 的情形下, SSD已知的情況下的百分深度劑量 

$d_{0}$ = $d_{ref}$ for TPR and $PDD_{N}$;

$t_{0}$ = $d_{ref}$ of maximum dose for TMR and PDD.

其實從考試的角度, 把這兩個公式背起來就可以了, 但是我覺得沒有理解應該也不好背, 所以有時間的話下面還是來詳細說明觀念! 

Sc： Collimator scatter factor, 就是因為Collimator 開的大小，導致散射量改變, 開的越大, 散射越多,所以可以得知跟下面的phantom的情況如何沒有關係,我們是用isocenter那個點的field size來做定義

Sp: phantom scatter factor: 就是假體造成的散射,參考深度越深,散射越多,所以我們是用假體內的參考深度來做定義

TMR 和 PDD 有轉換公式, 所以可以從SAD 的公式推到 SSD 的版本

公式分母的平方向: 其實就是針對劑量做inverse square law的校正

至於為什麼在SAD setup 的時候傾向使用TMR, 是因為SAD setup 的時候, 每個field 的SAD 距離都是固定的, 因此不需要考慮inverse square law的問題, 計算起來比較方便; SSD setup 的時候, 可能會有距離不一樣的問題, 因此使用PDD會比較方便計算

下面來列個練習題練習一下(其實這兩題就是Khan 課本例題XD):

107-1 放射治療技術學 79題

某4 MV之直線加速器在最大劑量的參考深度1 cm處，SSD=100 cm，照野=10×10 cm2時，輸出劑量率為1cGy/MU。則在SSD=100 cm，照野=15×15 cm2之照射條件下，已知Sc(15×15)=1.020，Sp(15×15)=1.010，若治療深度處之PDD=64.7欲得到200 cGy之劑量，應該給予約多少MU？

套公式的話不難;

200cGy/(1.020*1.010*0.647**1*1*1*(101/101)^2) = 300cGy

107-1 放射治療技術學 80題

承上題，在SSD=120 cm， Sc(12.5×12.5)=1.010，PDD=66.7，欲得到200 cGy之劑量，應該給予約多少MU？

變化題, collimator 在isocenter 的field size 改變, 15*10/12= 12.5

有給Sc(12.5×12.5)=1.010, 這邊雖然collimator field size 改變, 但是phantom field size 並沒有改變, 所以還是套 Sp(15,15) = 1.010

200/(1.010*1.010*0.667*1*1*1*(101/121)^2) = 422cGy

其實還有真正的大魔王題型, 就是把上面的field size 改成不規則形狀, 下次遇到例題再放上來!

References:

1. Khan's physics of radiation therapy

2. The physics and technology of radiotherapy

3. AAPM TG-71 

4. AAPM TG-74

5. HiPHy rad onc: 
https://www.youtube.com/channel/UCqhfGkQOCGRhlkskR4wYphg