顱腦腫瘤放射治療時射野外器官吸收劑量體模法測量與分析

鄧大平 盧峰 孫洪強(qiáng) 魏瑋 姜玉華

250062濟(jì)南，山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所防護(hù)監(jiān)測室（鄧大平、盧峰）；250033濟(jì)南，山東大學(xué)第二醫(yī)院放療科（孫洪強(qiáng)、魏瑋、姜玉華）

顱腦腫瘤放射治療時射野外器官吸收劑量體模法測量與分析

鄧大平 盧峰 孫洪強(qiáng) 魏瑋 姜玉華

250062濟(jì)南，山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所防護(hù)監(jiān)測室（鄧大平、盧峰）；250033濟(jì)南，山東大學(xué)第二醫(yī)院放療科（孫洪強(qiáng)、魏瑋、姜玉華）

目的 在是否使用楔形板和照射野面積不同的情況下，測量和分析顱腦腫瘤放射治療時射野外器官的吸收劑量。方法 使用中國成人男性仿真人體模型，模擬顱腦腫瘤放射治療，采用不使用楔形板的普通方野照射技術(shù)組和使用楔形板的三維適形照射技術(shù)（3D-CRT）組，普通方野照射技術(shù)組分別用2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野進(jìn)行照射，3D-CRT組分別按等效方野面積分為2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野進(jìn)行照射；使用熱釋光劑量計測量射野外器官的吸收劑量并進(jìn)行分析。結(jié)果 顱腦腫瘤靶區(qū)處方劑量為100 cGy時，射野外各器官吸收劑量范圍為0.13～2.83 mGy。頭頸部器官4 cm×4 cm野照射時的吸收劑量與2 cm×2 cm野比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-5.023，P=0.004）；胸腹部器官4 cm×4 cm野照射時的吸收劑量與2 cm×2 cm野比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=-1.438，P=0.171）。普通方野照射組頭頸部器官、腹部器官的吸收劑量與3D-CRT組比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（t頭=-2.805，P=0.038；t腹=-11.966，P=0.000）。結(jié)論 接受顱腦腫瘤放射治療的患者，射野外器官吸收劑量的大小與照射野面積、是否采用楔形板照射技術(shù)有關(guān)。接受大野照射的患者，靶區(qū)鄰近器官吸收劑量越大；照射野面積和處方劑量相同時，使用楔形板的照射技術(shù)相對于不使用楔形板的射野外器官的吸收劑量增大。

腦腫瘤；放射療法，適形；輻射劑量；三維適形照射技術(shù)；普通方野照射技術(shù)

Fund program:Science and Technology Development Plan of Shandong Province（2009GG10002051）

放療是腫瘤最常用的治療方法之一。接受放療的患者，不僅靶區(qū)要受到射線照射，射野外的器官也會受到泄漏的射線和散射線的照射。射線照射對人體的輻射效應(yīng)分為確定效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)。一般而言，靶區(qū)內(nèi)腫瘤細(xì)胞發(fā)生了致死性的確定效應(yīng)，而遠(yuǎn)離靶區(qū)的器官則可能發(fā)生隨機(jī)效應(yīng)，由此誘發(fā)了癌癥的發(fā)生[1-3]。輻射致癌效應(yīng)發(fā)生的幾率與放療時射野外器官吸收劑量密切相關(guān)。隨著放療設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)，腫瘤患者的生存率得到了很大的提高，同時對于長期生存的患者，輻射誘發(fā)癌癥的研究也越來越多[4-6]。本研究使用國產(chǎn)仿真人體模型，模擬顱腦腫瘤的放射治療，使用熱釋光劑量計（thermoluminescent dosimetry，TLD）測量射野外器官的吸收劑量，并對影響因素進(jìn)行初步探討。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

中國成人男性仿真人體模型（以下簡稱體模，CDP1C型，成都方拓公司），采用復(fù)合材料制作人體骨骼、肌肉和內(nèi)臟器官，能夠保證與活體組織的輻射等效性，各器官分布有TLD插孔；氟化鋰（鎂、銅、磷）玻璃管探測器（GS型，中國輻射防護(hù)研究院），退火爐240℃，10 min退火，經(jīng)過對其篩選和刻度，選擇重復(fù)性及長期穩(wěn)定性好、環(huán)境衰退小、劑量信息的月衰退低于3%的探測器；刻度因子的不確定度為7.2%（k=2）；熱釋光測量儀（RGD-3B型，北京防化研究院）的測量溫度270℃、時間16 s；醫(yī)用電子加速器（Precise型，瑞典醫(yī)科達(dá)公司）的泄漏輻射率符合GBZ 126-2011《電子加速器放射治療放射防護(hù)要求》[7]。

1.2 研究方法

1.2.1 模擬照射

以顱腦腫瘤為模型，靶區(qū)中心設(shè)計在顱腦橫斷面的中心位置，位于體表下8 cm，體表前部的標(biāo)記中心位于眉心。照射技術(shù)分為不使用楔形板的普通方野照射技術(shù)組（簡稱方野組）和使用楔形板的三維適形照射技術(shù)（three dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）組。照射野面積分為兩組，方野組照射時使用2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野；3DCRT組照射時，等效方野面積分為2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野。方野組的照射角度為0°、90°和270°；3D-CRT組的照射角度為40°、90°和277°。為了得到理想的劑量分布，3D-CRT組40°子野照射時，全部是開野照射，不使用楔形板；90°和277°子野照射時采用兩厚端相對的楔形板技術(shù)。按照臨床治療過程，使用面罩和真空袋進(jìn)行體位固定，計算機(jī)斷層掃描定位，在放療計劃系統(tǒng)上勾畫靶區(qū)，加速器跳數(shù)［監(jiān)測單位（monitor unit，MU）］的計算采用6 MV X射線源軸距三野照射方案，50%等劑量曲線包繞靶區(qū)，靶區(qū)處方劑量為100 cGy。兩組照射技術(shù)各子野的照射角度及MU見表1。

表1 兩組照射技術(shù)各子野的照射角度及MUTable 1 Radiation degrees and MU of subsidiary fields for two radiotherapy technology

1.2.2 射野外器官吸收劑量測量

頭頸部的靶區(qū)鄰近器官選擇腮腺和甲狀腺作為測量器官。胸腹部的靶區(qū)非鄰近器官選擇乳腺、肝臟、肺臟、腎臟、脾臟、小腸、膀胱、睪丸等8個器官納入測量范圍。對于肝臟、肺臟、小腸等體積較大或分布較廣的器官，TLD多點(diǎn)多層布放，即分為上、中、下3層，布放9個TLD，腎臟、脾臟分為上、下兩層，布放4個TLD，測量結(jié)果取其平均值；對于腮腺、睪丸等體積較小的器官，TLD單點(diǎn)中心布放。每組在相同的照射條件下各測量3次。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)符合正態(tài)分布，采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差（±s）表示；兩組的組間均數(shù)比較采用配對樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 射野外器官吸收劑量

當(dāng)顱腦腫瘤靶區(qū)處方劑量為100 cGy時，射野外各器官吸收劑量范圍為0.13～2.83 mGy。照射野面積和照射技術(shù)不同，射野外器官吸收劑量的大小不同（表2）。

表2 顱腦腫瘤放療時不同照射技術(shù)和不同照射野面積的射野外器官的吸收劑量（±s）/mGyTable 2 The out-of-field organ dose in intracranial tumour radiotherapy under different techniques and different radiation field area（±s）/mGy

表2 顱腦腫瘤放療時不同照射技術(shù)和不同照射野面積的射野外器官的吸收劑量（±s）/mGyTable 2 The out-of-field organ dose in intracranial tumour radiotherapy under different techniques and different radiation field area（±s）/mGy

注：頭頸部的4 cm×4 cm野與2 cm×2 cm野亞組比較P＜0.05（t=-2.805）；頭頸部、腹部的普通方野照射組與3D-CRT組比較P均＜0.05（t頭=-2.805，t腹= -11.966）；3D-CRT：三維適形照射技術(shù)。

組織器官 測量次數(shù)等效方野4 cm×4 cm腮腺 3 0.37±0.04 1.19±0.12 0.70±0.08 2.83±0.25甲狀腺 3 0.36±0.04 1.18±0.11 0.52±0.05 1.76±0.18乳腺 3 0.34±0.03 0.35±0.04 0.44±0.04 0.52±0.04肺臟 3 0.26±0.03 0.28±0.03 0.36±0.04 0.54±0.05肝臟 3 0.28±0.03 0.28±0.03 0.38±0.04 0.41±0.04腎臟 3 0.23±0.02 0.28±0.02 0.39±0.04 0.52±0.05脾臟 3 0.24±0.02 0.26±0.02 0.42±0.03 0.54±0.05小腸 3 0.28±0.03 0.24±0.02 0.55±0.05 0.47±0.04膀胱 3 0.22±0.02 0.21±0.02 0.39±0.03 0.35±0.04睪丸 3 0.14±0.01 0.13±0.01 0.35±0.03 0.30±0.03普通方野照射技術(shù)組 3D-CRT組方形野2 cm×2 cm方形野4 cm×4 cm等效方野2 cm×2 cm

2.2 照射野面積對射野外器官吸收劑量的影響

將方野組和3D-CRT組聯(lián)合起來，對兩個照射野組進(jìn)行比較，從表2可見，照射野面積對靶區(qū)鄰近的頭頸部器官吸收劑量的影響很明顯，頭頸部器官4 cm×4 cm野照射時的吸收劑量與2 cm×2 cm野比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-5.023，P=0.004）；胸腹部器官4 cm×4 cm野照射時的吸收劑量與2 cm× 2 cm野比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=-1.438，P=0.171）。

2.3 楔形板照射技術(shù)對射野外器官吸收劑量的影響

由于楔形板的屏蔽作用，相對于不使用楔形板的普通方野照射技術(shù)，3D-CRT只有輸出更多的MU才能使靶區(qū)達(dá)到處方劑量。本研究中使用楔形板的3D-CRT組較不使用楔形板的方野組，MU增加了約2倍（表1）。將2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野聯(lián)合起來，從表2可見，方野組頭頸部器官的吸收劑量與3D-CRT組比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t= -2.805，P=0.038）；方野組胸腹部器官的吸收劑量與3D-CRT組比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-11.966，P=0.000）。

3 討論

頭頸部腫瘤放療后的并發(fā)癥有11種之多[8]，而并發(fā)癥的發(fā)生與放療時射野外器官的受照劑量密切相關(guān)[9-11]。射野外器官劑量來源主要有兩個，一是加速器治療頭的泄漏輻射；二是照射區(qū)的散射輻射。對于鄰近靶區(qū)的器官劑量而言，散射輻射為其主要來源。散射輻射劑量與散射面積（照射野面積）、入射輻射能量、散射角、散射方位角和散射距離等因素有關(guān)[12]。顱腦腫瘤放療時，腮腺和甲狀腺距離照射野較近，因而受散射輻射影響大，當(dāng)照射野面積大時，散射面積增大，器官吸收劑量就高。對于遠(yuǎn)離靶區(qū)的器官，如乳腺、肝臟、肺臟、小腸、睪丸等，由于散射距離遠(yuǎn)，散射輻射的劑量比例減小，而泄漏輻射的劑量比例增大。在同一位置處加速器治療頭泄漏輻射率是相同的，與照射野面積無關(guān)。因此，當(dāng)吸收器官劑量以泄漏輻射為主時，照射野面積對遠(yuǎn)離靶區(qū)的器官劑量影響不明顯。

相對于普通方野照射技術(shù)，3DCRT的主要優(yōu)勢是靶區(qū)更加適形，能夠減少對腫瘤周圍正常組織的照射。由于靶區(qū)更加適形，3D-CRT可給予腫瘤更高的治療劑量，而腫瘤周圍正常組織接受的劑量不增加甚至是減少，從而提高了腫瘤治愈率。但是在行3DCRT治療的很多時候，由于受患者身體輪廓、腫瘤位置偏心、組織不均勻等因素的影響，在照射野中必須加入楔形板，以得到理想的劑量分布[13]。Precise型醫(yī)用電子加速器的物理楔是一楔合成楔形板，它是將一個60°楔形角的楔形板與開野按一定比例混合，合成0°～60°間任意楔形角的楔形板[14]。由于楔形板的屏蔽作用，相對于不使用楔形板的普通方野照射技術(shù)，3D-CRT技術(shù)只有輸出更多的MU才能使靶區(qū)達(dá)到處方劑量。本實(shí)驗(yàn)中使用楔形板的3D-CRT組較不使用楔形板的普通方野照射技術(shù)組，MU增加了約2倍。MU增大，加速器的照射時間就延長，治療頭的泄漏輻射也就越大，因而無論是2 cm×2 cm野還是4 cm×4 cm野，3D-CRT組射野外器官吸收劑量均高于方野照射技術(shù)組。Milliken等[15]開發(fā)了一種叫做omni-wedge的全向楔形板技術(shù)，配備在醫(yī)科達(dá)加速器上，由1個開野和2個楔形方向相互垂直的楔形野組成，相對于標(biāo)準(zhǔn)楔形板，可以使MU平均減少37%，由此可見改變楔形野可以降低MU數(shù)。也有人在研究機(jī)架角固定的情況下，找到機(jī)頭角和楔形角的最佳組合，以達(dá)到降低MU的目的[14]。

綜合上述，接受6MV X射線治療的顱腦腫瘤患者，射野外器官吸收劑量的大小、照射野面積與是否使用楔形板的照射技術(shù)有關(guān)。接受大野照射的患者，頭頸部器官吸收劑量越大，但對胸腹部器官吸收劑量影響不明顯。照射野面積和處方劑量相同時，使用楔形板的照射技術(shù)相對于不使用楔形板的照射技術(shù)，射野外器官的吸收劑量增加。本研究采用100 cGy作為實(shí)驗(yàn)處方劑量，射野外各器官吸收劑量范圍為0.13～2.83 mGy。臨床上總的處方劑量往往在5000～7000 cGy，此時其射野外各器官吸收劑量范圍可近似的按“線性”關(guān)系推出。

利益沖突 本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨(dú)立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明 鄧大平負(fù)責(zé)方法的建立、論文審閱；盧峰、孫洪強(qiáng)、魏瑋、姜玉華負(fù)責(zé)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、論文撰寫等工作。

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Test and analysis of out-of-field organ dose in intracranial tumor radiotherapy using phantom

Deng Daping,Lu Feng,Sun Hongqiang,Wei Wei,Jiang Yuhua
Department of Protection and Monitor,Institute of Radiation Medicine,Shandong Academy of Medicine Sciences,Jinan 250062,China（Deng DP,Lu F）;Department of Radiation Oncology,the Second Hospital of Shandong University,Jinan 250033,China（Sun HQ,Wei W,Jiang YH）

Deng Daping,Email：yanzhid@126.com

ObjectiveTotestandanalyzeout-of-fieldorgandoseinintracranialtumorradiotherapy with or without wedges and in different radiation field areas.MethodsThe absorbed doses of out-of-field organs were measured using a thermoluminescent dosimeter by intracranial tumor radiotherapy simulation in the domestic phantom.The tests were grouped according to radiation field areas and techniques. Common square field techniques do not use wedges,whereas 3D conformal radiotherapy（3D-CRT）uses wedges.The radiation field area was divided into 2 cm×2 cm and 4 cm×4 cm fields.ResultsThe absorbed doses of out-of-field organs ranged from 0.13 mGy to 2.83 mGy per 100 cGy prescription dose. The doses of organs adjacent to the target area are higher after irradiation using the 4 cm×4 cm field than after irradiation using the 2 cm×2 cm field（t=-5.023,P=0.004）;however,no statistically significant（t= -1.438,P=0.171）difference can be found in organs non-adjacent to the target area.The doses of organs are higher after irradiation using 3D-CRT with a wedge than after irradiation using common square field techniques without a wedge regardless ofwhethertheorgansareadjacenttothetargetareaor not（t頭= -2.805,P=0.038;t腹=-11.966,P=0.000）.ConclusionsThe absorbed doses of out-of-field organs of thepatients who received intracranial tumor radiotherapy are associated with radiation field areas and techniques.The doses of organs adjacent to the target area increase as the radiation field area increases in size.Given a uniform radiation field area and prescription dose,the absorbed doses of out-of-field organs irradiated by radiotherapy techniques with wedges are higher than those of organs irradiated by radiotherapy techniques without wedges.

Brain neoplasms;Radiotherapy,conformal;Radiation dosage;Three dimensional conformal radiotherapy;Common square field techniques

鄧大平，Email：yanzhid@126.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2016.04.007

山東省科技發(fā)展計劃（2009GG10002051）

2016-03-11）