Bolus下空腔對放療淺表劑量和最大劑量點深度的影響

龐 亞 廖常菊 張翠翠 溫曉平 陳曉梅 王 東

1（自貢市第一人民醫(yī)院護理部 自貢 643000）

2（自貢市第一人民醫(yī)院腫瘤科 自貢 643000）

高能X射線的物理特性存在建成效應(yīng)，劑量建成使得在放療時淺表劑量比最大劑量低。針對外圍肉瘤、頭頸部腫瘤、乳腺癌術(shù)后胸壁等淺表腫瘤放療，臨床上通常需要加Bolus補償物來增加放療時皮膚淺表的劑量［1-2］。目前，加Bolus的方式主要有兩種：一是在放療計劃制定時，在Body輪廓外無縫添加組織等效物；另一種是在定位和實施放療計劃時，在熱塑模具外直接添加Bolus。顯然，后一種更接近臨床實際。由于身體輪廓通常為曲面，體表的Bolus與皮膚之間存在空腔，研究表明空腔會影響放療計劃系統(tǒng)對淺表劑量計算準確性以及實際遞送的劑量［3-5］。國內(nèi)有報道［4］，通過實驗測量空腔對淺表劑量（Ds）和最大劑量點深度（Depth of dose maximum，dmax）的影響，以及計劃系統(tǒng)里計算淺層劑量的影響［6］。國外測量了不同厚度Bolus下0～3cm厚空腔對Ds和dmax大小的影響［7］。臨床工作中，往往依靠計劃系統(tǒng)計算放療劑量分布，再實施放療計劃。為了對Bolus下存在空腔時計劃系統(tǒng)計算淺表劑量以及實際臨床的劑量沉積行為有更深認識，有必要從計劃系統(tǒng)計算結(jié)果和實際測量結(jié)果綜合分析空腔對放療Ds和dmax的影響，探討計劃系統(tǒng)與實際臨床測量Ds和dmax的差異。

1 材料和方法

1.1 材料

瓦里安Eclipse v13.6治療計劃系統(tǒng)和Trilogy加速器。德國PTW公司水箱（30cm×30cm×30cm）、GAFChromic EBT3膠片、電離室及配套軟件。

1.2 計劃系統(tǒng)模型創(chuàng)建

在Eclipse治療計劃系統(tǒng)里創(chuàng)建大小為30cm×30cm×30cm的體模影像。在體模表面創(chuàng)建大小為30cm×30cm×1cm的Bolus，體模和Bolus材料均設(shè)置為水。根據(jù)需要在Bolus與體模影像之間加不同厚度的空腔，空腔材料設(shè)置為空氣。如圖1所示，分為不加Bolus、Bolus與體模之間不存在空腔（空腔厚度為0cm）、Bolus與體模之間存在0～3cm厚的空腔。對體模、空腔和Bolus做布爾運算（邏輯與）生成新的Body輪廓。在計劃系統(tǒng)里計算6 MV X射線在標準源皮距（100cm）下的不同射野大小的三維體積劑量，如圖2所示。空腔厚度分別取0mm、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm，射野面積分別取5cm×5cm、10cm×10cm、15cm×15cm、20cm×20cm、25cm×25cm。劑量計算均選擇AAA算法，網(wǎng)格大小2.5mm，劑量率統(tǒng)一為500MU/min，60對MLC。處方劑量均為100cGy/1F。

圖1 計劃系統(tǒng)上體模和Bolus及空腔模型構(gòu)建Fig.1 Model construction of phantom,bolus and air gap in TPS

圖2 計劃系統(tǒng)里劑量計算Fig.2 Dose calculation of TPS

1.3 測量

將德國PTW公司水箱（30cm×30cm×30cm）置于瓦里安Trilogy加速器床板上，激光對位等中心位置，實驗裝置如圖3所示。在液面上放置1cm厚Bolus，Bolus與液面空腔厚度依次調(diào)為0mm、2mm、5mm、10mm、20mm、30mm，射野大小依次調(diào)為5cm×5cm、10cm×10cm、15cm×15cm、20cm×20cm、25cm×25cm。源皮距為100cm，射線質(zhì)為6MV X射線，出束100MU，Gantry角度為0°，劑量率為300MU/min。用GAFChromic EBT3膠片測量淺表劑量Ds，用PTW電離室測量PDD（Percent depth dose）曲線，經(jīng)Verisoft軟件讀出，獲取dmax值。表面劑量Ds歸一到空腔為0cm時最大劑量。保持機房內(nèi)恒溫恒濕，數(shù)據(jù)為多次測量取均值。

圖3 實驗測量示意圖Fig.3 Experimental measurement diagram

2 結(jié)果

2.1 淺表劑量

計劃系統(tǒng)里1mm深度處的劑量為Ds，統(tǒng)計了計劃系統(tǒng)里Ds和實驗測量的Ds隨空腔厚度變化如圖4所示?？梢钥吹?，計劃系統(tǒng)里無Bolus時，淺表劑量為0，這是因為計劃系統(tǒng)里沒有Bolus劑量建成無法計算淺表劑量，而在實際測量中有部分劑量，且射野面積越大，Ds越大。當使用Bolus時，Bolus劑量建成效應(yīng)提高了淺表劑量，隨著空腔厚度的增加，Ds有降低的趨勢，且隨著射野面積減小，Ds降低。射野大小為5cm×5cm時，Ds隨空腔厚度增加減小最快。當射野大小在15cm×15cm及以上時，Ds隨空腔厚度變化較為平穩(wěn)。

圖4 計劃系統(tǒng)里Ds值（a）和實驗測量Ds值（b）Fig.4 Ds from TPS(a)and experimental measurement(b)

2.2 最大劑量點深度

圖5所示為dmax隨空腔厚度變化曲線。從圖5看出，無Bolus時，dmax最大。隨著空腔厚度增加，計劃系統(tǒng)里dmax變化較為平穩(wěn)；實驗測量結(jié)果：射野面積為10cm×10cm及以下時，dmax隨空腔厚度增加變化顯著，而射野面積在15cm×15cm及以上時，dmax隨空腔厚度變化較為平穩(wěn)，且計劃系統(tǒng)和實驗測量的結(jié)果都為射野面積越小，dmax越大。

圖5 計劃系統(tǒng)的dmax值（a）和實驗測量dmax值（b）Fig.5 dmax from TPS(a)and experimental measurement(b)

2.3 計劃系統(tǒng)計算與實驗測量結(jié)果差異

計劃系統(tǒng)計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果差異變化ΔD定義見式（1）。

式中：DTPS為計劃系統(tǒng)結(jié)果；DReal為實驗測量結(jié)果；ΔD越接近0，表明計劃系統(tǒng)計算結(jié)果與實驗測量結(jié)果越接近。

圖6為計劃系統(tǒng)和實驗測量Ds、dmax差異結(jié)果。

圖6 計劃系統(tǒng)與實驗測量結(jié)果差異：(a)Ds差異；(b)dmax差異Fig.6 Differences between TPS and experimental measurement results:(a)Ds variation;(b)dmax variation

從圖6看出，Ds結(jié)果除在無Bolus時差異很大，其他不同射野大小不同空腔厚度的差異接近于0；dmax總體差異較大，在不同空腔厚度下，小射野面積差異比大射野面積差異大，且在空腔厚度為0mm時，所有射野面積的dmax差異最接近0。

3 討論

放射治療需要事先制定放療計劃，確保放療計劃的高可靠性和高安全性才能在放療機器上執(zhí)行，放療計劃系統(tǒng)計算精度對精準放療有重要影響，國內(nèi)外制定了許多標準和指南來確保計劃系統(tǒng)能安全有效應(yīng)用于臨床［6］，但是臨床中遇到的一些特殊情況很難用標準或指南參照，在臨床放療擺位中，空腔無法避免且無法做到一致性，計劃系統(tǒng)無法預測空腔變化［8］。因此，有必要從計劃系統(tǒng)計算結(jié)果和實際測量結(jié)果全面分析空腔對放療Ds和dmax的影響，對了解計劃系統(tǒng)計算精度有重要意義。

早期，Hsu等［9］比較了不同材料的Bolus以及Bolus的有無對淺表劑量的影響；Choi等［10］發(fā)現(xiàn)Bolus厚度分別為3mm、5mm、10mm時，對淺表劑量的測量和計劃值均是逐漸升高。Bolus的使用理論上利用劑量建成提高了皮膚表面劑量，但仍然存在準備和使用上的不確定性，如Bolus與皮膚之間的空腔存在，計劃系統(tǒng)無法在建成區(qū)提供準確的劑量計算［11］；Akino等［11］報道在6mm和11mm深度處，膠片和計劃系統(tǒng)劑量結(jié)果有很好的一致性，在3mm深度處測量結(jié)果高于計劃系統(tǒng)計算結(jié)果15%～30%；Fischbach等［12］用熱釋光儀（TLD）分別測量了有和無0.5cm厚Bolus時1mm深皮膚不同位置的劑量，發(fā)現(xiàn)計劃系統(tǒng)在劑量建成區(qū)的劑量精度約為5%。本研究有同樣的結(jié)果，在建成區(qū)，計劃系統(tǒng)無法計算1mm深度的皮膚劑量；李承軍等［13］測量了空腔為0～50mm時表面劑量變化趨勢，發(fā)現(xiàn)不同厚度的Bolus在射野面積為10cm×10cm時均是隨著空腔增大，皮膚劑量逐漸降低，這與本研究的結(jié)論基本一致。此外本研究還測量了其他射野面積的結(jié)果，射野面積越小，這種變化趨勢越明顯，主要是因為X射線進入組織后，空腔的存在無法形成反向散射條件，從而產(chǎn)生跌落效應(yīng)，射線離開氣腔后因次級電子的累積而產(chǎn)生建成效應(yīng)。兩種效應(yīng)的結(jié)果均使空氣組織界面的劑量下降，且次級電子離開空腔，電子射程達到空腔后組織引起電子污染，導致空腔后的組織出現(xiàn)熱點［14］。空腔越小，熱點越小，導致射野面積越小的皮膚劑量越小。Khan等［15］測量不同大小射野面積、不同空腔厚度的Ds和dmax，射野面積越小，Ds隨著空腔厚度增加而降低越快，dmax越大，這與本研究測量結(jié)果基本一致。

當射野面積增大時，產(chǎn)生的次級電子的影響越大，因此，皮膚表面的沉積能量越大；當空腔增大時，次級電子在體模表面沉積的能量越小，當空腔為0mm時，建成區(qū)域不存在，dmax靠近體模表面，dmax最小，當空腔逐漸增大時，劑量沉積的深度越大，dmax遠離體模表面逐漸增大。此外，本研究顯示，在不同空腔厚度不同射野面積計劃系統(tǒng)與實際測量的Ds差異不大，而dmax差異較大，主要的原因可能是隨著空腔厚度的增加，達到體模表面的次級電子減少，主要劑量由入射光子貢獻，計劃系統(tǒng)會對體模表面的劑量計算有較大誤差，因此，造成計劃系統(tǒng)與實際測量的dmax有較大偏差。此外，計劃系統(tǒng)與實際測量的結(jié)果顯示，在不同射野面積時，空腔厚度為0mm時，差異最小，這與理論相符合，空腔的存在對劑量沉積造成了諸多不確定因素，是不希望存在的，因此無空腔時計劃系統(tǒng)與測量的差異最小。皮膚表面劑量和最大劑量深度都依賴于光子線能量、照射野大小、源皮距、入射角度［16-17］，本研究只考慮射野面積大小，并未進一步比較及分析光子線能量、源皮距、入射角度的影響，將在后期研究。

綜上所述，本研究對不同空腔厚度、不同射野面積的淺表劑量和最大劑量點深度進行了計劃系統(tǒng)計算和實驗測量，并進行了對比，結(jié)果顯示射野面積越小，淺表劑量越小，最大劑量點深度越深，且射野面積越小的隨空腔厚度增加變化越明顯。在無Bolus時計劃系統(tǒng)和實驗測量差異較大，淺表劑量在不同空腔厚度不同射野面積計劃系統(tǒng)與測量差異不大，而最大劑量點深度差異較大，在空腔為0mm時差異最小。