依據(jù)不同ICRP報(bào)告計(jì)算兒童全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放療患者體內(nèi)有效劑量的變化

姚杏紅 李 勇 張懷文 廖雄飛

有效劑量是評(píng)估輻射危害的物理量，同時(shí)也是監(jiān)控輻射隨機(jī)性效應(yīng)的表征量。有效劑量通常是將組織器官的當(dāng)量劑量乘以對(duì)應(yīng)危害度相關(guān)的權(quán)重因子再求和得出[1-2]。國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)(International Commission on Radiological Protection，ICRP)報(bào)告給出了不同組織器官的權(quán)重因子，最新版本ICRP 103號(hào)報(bào)告較老版本ICRP 60號(hào)報(bào)告對(duì)全身組織器官的權(quán)重因子進(jìn)行了調(diào)整[3-4]。螺旋斷層放療(helical tomotherapy，HT)和多中心放療(multi-isocenter radiotherapy，M-ISO)技術(shù)是目前在全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放療(craniospinal irradiation,CSI)中應(yīng)用最為廣泛的兩種放療技術(shù)[5-7]，CSI患者照射范圍較廣，全身組織器官均在照射范圍內(nèi)，評(píng)估患者體內(nèi)的有效劑量具有積極的臨床意義。有報(bào)道指出[8-10]，患者有效劑量與患者發(fā)生輻射致癌的風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。尤其是對(duì)兒童CSI患者，其治愈率高，生存時(shí)間長(zhǎng)，輻射發(fā)生不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)隨著吸收有效劑量的增加而升高[11]。本研究旨在比較新、舊兩個(gè)版本ICRP報(bào)告計(jì)算應(yīng)用兩種放療技術(shù)的全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放療患者體內(nèi)有效劑量的變化。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取在本院已接受CSI治療的兒童患者20例(男性12例，女性8例，中位年齡13歲)，將其CT圖像經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別傳輸至Tomotherapy(美國(guó)Accuray公司)和Eclipse 11.0(美國(guó)Varian公司)計(jì)劃系統(tǒng)，分別在兩個(gè)計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行HT和M-ISO放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)，具體參數(shù)參考文獻(xiàn)[6-7]。臨床處方劑量為36 Gy/20次，單次劑量為1.8 Gy；危及器官(organs at risk，OAR)及正常組織的受照劑量盡量低。統(tǒng)計(jì)靶區(qū)和各危及器官劑量學(xué)參數(shù)，并計(jì)算兩組計(jì)劃中患者各危及器官的有效劑量及患者全身的總有效劑量。

1.2 有效劑量的計(jì)算

有效劑量是指在全身受到非均勻性照射的情況下，受照組織或器官的當(dāng)量劑量(Ht)與相應(yīng)的組織權(quán)重因子(WT)乘積的總和：

E=∑Ht·WT…………(1)。

組織權(quán)重因子(WT)描述了在輻射中不同器官、組織對(duì)全身危害的貢獻(xiàn)，其值由ICRP報(bào)告給出，新版本ICRP 103號(hào)報(bào)告對(duì)全身各器官組織的權(quán)重因子進(jìn)行了調(diào)整，兩個(gè)報(bào)告推薦的器官組織權(quán)重因子比較見(jiàn)表1。

表1 ICRP 60號(hào)與ICRP 103報(bào)告中器官組織權(quán)重因子比較

在ICRP 60號(hào)和103號(hào)報(bào)告中某個(gè)器官或組織受到r類型輻射的當(dāng)量劑量Ht,r定義為：

Ht,r=Dt,r·Wr…………(2)。

式中，Dt,r是輻射r在器官或組織內(nèi)產(chǎn)生的平均劑量，Wr是r類型輻射的輻射權(quán)重因子，無(wú)量綱。輻射權(quán)重因子Wr反映了不同類型和能量的輻射對(duì)生物效應(yīng)的影響。核輻射進(jìn)入大氣后，空氣中不同射線的輻射影響不同，如中子射線的輻射權(quán)重因子為5～20，α射線的輻射權(quán)重因子為20，χ、γ和β射線的輻射權(quán)重因子通常情況下取值為1[1-2]。由公式(1)、(2)可知，在放射治療過(guò)程中影響患者器官組織有效劑量的因素主要是器官組織的平均劑量。在計(jì)劃系統(tǒng)中，大部分器官受照劑量的平均值均能直接讀出，紅骨髓和骨表面的受照劑量需要進(jìn)行換算得出，具體方法見(jiàn)文獻(xiàn)[6]；皮膚是在外輪廓的基礎(chǔ)上內(nèi)縮3 mm生成的環(huán)狀組織，剩余組織是外輪廓除去ICRP報(bào)告中涉及的危及器官后剩下的所有組織。通過(guò)計(jì)劃系統(tǒng)給出的各組織平均劑量與ICRP報(bào)告給出的組織權(quán)重因子計(jì)算器官組織的有效劑量，對(duì)比不同版本ICRP報(bào)告對(duì)計(jì)算各器官組織及全身有效劑量帶來(lái)的影響。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 HT與M-ISO兩組計(jì)劃危及器官受照劑量對(duì)比

HT與M-ISO兩組計(jì)劃均能滿足臨床處方劑量要求，危及器官受量均低于耐受劑量。與HT技術(shù)相比，M-ISO技術(shù)在紅骨髓、結(jié)腸、肺、唾液腺、肝臟、皮膚、骨表面、剩余組織等器官的受照劑量更低(P<0.05)，同時(shí)胃、食管、甲狀腺和大腦等組織受照劑量偏高(P<0.05)，見(jiàn)表2。

表2 應(yīng)用HT與M-ISO技術(shù)的兩組計(jì)劃各危及器官平均受照劑量對(duì)比

2.2 新、舊版本ICRP報(bào)告在不同放療技術(shù)中各組織有效劑量對(duì)比

ICRP 103號(hào)和60號(hào)報(bào)告給出的組織權(quán)重因子導(dǎo)致應(yīng)用HT和M-ISO兩種放療技術(shù)的兒童CSI患者體內(nèi)各組織器官有效劑量變化分別如圖1、圖2所示。 CSI患者組織平均有效劑量均值大于0.11SV的組織器官有紅骨髓、結(jié)腸、肺、食管、胃和剩余組織等；相比于ICRP 60號(hào)報(bào)告，ICRP 103號(hào)報(bào)告增加了唾液腺和大腦兩個(gè)組織器官，乳腺和剩余組織的組織權(quán)重因子升高，而卵巢、睪丸、膀胱、肝臟、食管和甲狀腺等的組織權(quán)重因子降低。

圖1 ICRP 103與ICRP 60在HT技術(shù)中20例患者各器官平均有效劑量比較

圖2 ICRP 103與ICRP 60在M-ISO技術(shù)中20例患者各器官平均有效劑量比較

2.3 新、舊版本ICRP報(bào)告對(duì)全身總有效劑量的影響

根據(jù)ICRP 103號(hào)和60號(hào)報(bào)告聯(lián)合公式(1)、(2)計(jì)算得到的20例CSI患者全身有效劑量結(jié)果見(jiàn)圖3。20例患者在HT和M-ISO兩種放療技術(shù)中根據(jù)ICRP 103號(hào)報(bào)告計(jì)算的全身有效劑量均高于根據(jù)ICRP 60號(hào)報(bào)告計(jì)算的結(jié)果(P<0.01)；相比于ICRP 60號(hào)報(bào)告，HT和M-ISO兩種技術(shù)根據(jù)ICRP 103號(hào)報(bào)告計(jì)算得到的20例患者全身有效劑量均值分別為(8.12±0.13)和(7.79±0.14)，分別升高10.4%和13.4%。

圖3 新、舊版本ICRP報(bào)告致不同放療技術(shù)下20例患者全身有效劑量對(duì)比

3 討論

全中樞神經(jīng)系統(tǒng)放射治療技術(shù)是幾種非常規(guī)放療技術(shù)之一，相對(duì)于常規(guī)加速器，螺旋斷層放射治療系統(tǒng)在CSI方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[5]。CSI的特點(diǎn)主要為照射范圍廣、涉及的危及器官多、照射總劑量低、治愈率高以及生存時(shí)間長(zhǎng)等。照射總劑量低容易導(dǎo)致忽略患者全身吸收的有效劑量，而患者(特別是兒童患者)吸收的有效劑量與患者發(fā)生輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。因此，針對(duì)CSI患者，準(zhǔn)確計(jì)算患者的吸收劑量并分析各器官對(duì)患者吸收有效劑量的影響具有非常重要的臨床意義。2007年ICRP頒布103號(hào)報(bào)告，該版本針對(duì)60號(hào)報(bào)告進(jìn)行了一些補(bǔ)充和修訂，本研究主要是比較新、舊兩個(gè)報(bào)告給出的組織權(quán)重因子，并計(jì)算比較應(yīng)用HT和M-ISO兩種不同放療技術(shù)的CSI患者的各組織器官有效劑量和總有效劑量。

研究結(jié)果表1顯示，相較于ICRP 60號(hào)報(bào)告，ICRP 103號(hào)報(bào)告作出了較大調(diào)整，增加了大腦和唾液腺兩個(gè)重要組織器官，其他原有組織器官的組織權(quán)重因子也進(jìn)行了調(diào)整，降低了卵巢(9.26%)、睪丸(9.26%)、膀胱(0.46%)、肝臟(0.47%)、食管(0.47%)、甲狀腺(0.47%)等組織器官的組織權(quán)重因子占總因子的百分比；提高了紅骨髓(1.11%)、結(jié)腸(1.11%)、肺(1.11%)、胃(1.11%)、乳腺(6.94%)、皮膚(0.10%)、骨表面(0.10%)、剩余組織(6.94%)等組織器官的組織權(quán)重因子占總因子的百分比。隨著組織權(quán)重因子的調(diào)整，患者體內(nèi)有效劑量的計(jì)算值也會(huì)發(fā)生變化。由表2的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果可知，不論是HT技術(shù)還是M-ISO技術(shù)，依據(jù)ICRP 103號(hào)報(bào)告計(jì)算得到的有效劑量均高于依據(jù)ICRP 60號(hào)報(bào)告計(jì)算的結(jié)果(P<0.05)。由圖1、圖2可知：在放療技術(shù)相同的情況下，根據(jù)不同版本ICRP報(bào)告計(jì)算的有效劑量變化較大的組織器官包括唾液腺、膀胱、乳腺、肝臟、食管、甲狀腺、大腦和剩余組織等；應(yīng)用HT與M-ISO兩種放療技術(shù)時(shí)，患者體內(nèi)平均有效劑量大于0.11Sv的組織器官包括紅骨髓、結(jié)腸、肺、乳腺、肝臟、食管、甲狀腺、大腦、胃和剩余組織等。想要降低患者接受的總有效劑量就必須降低上述組織器官的照射劑量，然而CSI中，全脊髓和大腦是放療中的靶區(qū)組織，為滿足靶區(qū)的處方劑量，無(wú)法降低紅骨髓、骨表面以及大腦等組織所接受的照射劑量。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明[6,12-14]，降低CSI低劑量輻射區(qū)域能夠有效降低患者體內(nèi)總有效劑量，特別是改變治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)方式，如利用TomoDirect技術(shù)、勾畫輔助結(jié)構(gòu)、利用半弧照射等技術(shù)均能有效減小患者體內(nèi)低劑量輻射范圍。

ICRP 103號(hào)報(bào)告在強(qiáng)調(diào)計(jì)算某些器官有效劑量重要性的同時(shí)，也削弱了另一些組織器官的作用，如：卵巢、睪丸、膀胱等。對(duì)于兒童CSI患者，ICRP 103號(hào)報(bào)告作出的調(diào)整使得患者體內(nèi)總有效劑量的計(jì)算結(jié)果升高。因此，為了進(jìn)一步降低CSI患者體內(nèi)總有效劑量，有必要研究新型的放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)及優(yōu)化方式。