碳纖維體位固定板對椎體轉(zhuǎn)移瘤放射治療劑量的影響

高文超，王軍良，丁春燕，曹井麗

放射治療（簡稱“放療”）作為椎體轉(zhuǎn)移瘤治療的主要手段之一，能夠有效地提高患者生存質(zhì)量，延長生存期[1~3]。 椎體轉(zhuǎn)移瘤患者放療時常采用碳纖維體位固定板和熱塑模進(jìn)行體位固定，由于椎體轉(zhuǎn)移病灶位置特殊性，治療計劃設(shè)計布野時，絕大部分射野角度為后斜射野（90°～180°～270°），射線均穿過治療床和體位固定板，在此過程中劑量會衰減。 為了減少劑量衰減，臨床上使用的治療床和體位固定板大多采用碳纖維材料，但是研究發(fā)現(xiàn)碳纖維材料對于劑量的衰減影響仍然不容忽視。 國內(nèi)外已有眾多文獻(xiàn)[4~10]報道碳纖維治療床對放療劑量的影響，放療計劃系統(tǒng)中大多考慮治療床的影響。但是對于碳纖維體位固定板對放療劑量的影響研究報道不多， 因此筆者通過XHA1400 加速器和RayStation 9.0 放療計劃系統(tǒng)，探討碳纖維體位固定板對椎體轉(zhuǎn)移瘤的放療劑量的影響，為放療的工作改進(jìn)提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 試驗資料與設(shè)備

1.1.1 臨床資料

選擇10 例椎體轉(zhuǎn)移瘤患者，其中男性5 例，女性5 例；年齡50 ～76 歲，中位年齡65 歲；病灶位置均位于雙腎之間的椎體上，病灶長度在8 ～16 cm。

1.1.2 儀器與設(shè)備

碳纖維體位固定板由中國新華公司生產(chǎn)制造，外殼為碳素纖維材料，內(nèi)部由泡沫填充；CT 模擬定位機(jī)為荷蘭Philips 大孔徑CT； 放療計劃系統(tǒng)為RayStation 9.0； 加速器為XHA1400； 測量設(shè)備為PTW UNIDOSE 劑量儀、PTW30013 0.6cc 指型電離室； 測量體模為RW3 型固體水。

1.2 方法

1.2.1 體位固定板在不同機(jī)架角度下衰減系數(shù)計算

Philips 大孔徑CT 下掃描體位固定板模型，模型構(gòu)成如下：0.6 cm3（0.6 cc）電離室插入固體水適配器中，上、下分別放5 cm、4 cm 固體水，并且固體水整體置于體位固定板上方中間位置。 掃描完成后CT 圖像傳輸?shù)絉ayStation 9.0 放療計劃系統(tǒng)， 分別設(shè)計勾畫體位固定板治療計劃、無體位固定板治療計劃，治療計劃條件如下：等中心照射，射野10 cm × 10 cm，出束100 MU， 射野角度分別為100°、120°、140°、160°、180°、200°、220°、240°、260°。將兩種治療計劃下各自對應(yīng)的照射角度劑量進(jìn)行比較， 得到模型板衰減系數(shù)fTPS；XHA1400 加速器下按照治療計劃系統(tǒng)計劃條件進(jìn)行實際測量，得到實際板衰減系數(shù)f實測。 比較fTPS、f實測偏差d，偏差d=（實測值-計算值）/實測值。 體位固定板的治療計劃設(shè)計和實測示意圖，如圖1 所示。

圖1 體位固定板的治療計劃設(shè)計和實測示意圖Tab.1 Schematic diagrams of plan design and actual measurement of immobilization baseplate

1.2.2 椎體轉(zhuǎn)移瘤無板計劃與有板計劃比較

1.2.2.1 治療計劃設(shè)計 選取10 例椎體轉(zhuǎn)移瘤患者，使用RayStation 放療計劃系統(tǒng)在不勾畫體位固定板的CT 圖像上設(shè)計5 野調(diào)強(qiáng)計劃，射野角度分別為130°、155°、180°、205°、230°，經(jīng)過治療計劃優(yōu)化、劑量計算，得到無板計劃。 再將無板計劃移植到勾畫體位固定板的CT 圖像上，保證子野數(shù)目、射野跳數(shù)等參數(shù)不變，進(jìn)行劑量計算，得到有板計劃。治療計劃處方劑量36 Gy/12 f，3 Gy/f。

1.2.2.2 劑量參數(shù)評估 對于計劃靶體積（planning target volume，PTV），比較有板計劃、無板計劃下的最大劑量Dmax、最小劑量Dmin、平均劑量Dmean、D2%（2 %的PTV 受到的照射劑量）、D50%（50 %的PTV 受到的照射劑量）、D98%（98 %的PTV 受到的照射劑量）、適形性指數(shù)（conformity index，CI）、 均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）等參數(shù)。 CI= （VT,ref×VT,ref）/（VT×Vref）， 其中：VT,ref為參考等劑量線所覆蓋的靶體積；VT為靶體積；Vref為參考等劑量線所覆蓋的總體積；HI = （D2%- D98%）/D50%，其中D2%、D98%、D50%分別為2 %、98%、50%PTV 受到的照射劑量。 對于危及器官（organ at risk，OAR）比較有板計劃、無板計劃下的小腸、左腎、右腎平均劑量Dmean、V10、V20、V30，脊髓最大劑量Dmax。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。 計量資料以均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)差表示， 采用K-S 檢驗對數(shù)據(jù)判斷是否符合正態(tài)分布，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行秩和檢驗，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對t 檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 體位固定板衰減系數(shù)計算與實測值比較

體位固定板在不同機(jī)架角度下的實際衰減系數(shù)為0.966 ～0.995，放療計劃系統(tǒng)計算得到的體位固定板衰減系數(shù)與實測衰減系數(shù)接近，偏差d 均在0.62%以內(nèi)。 見表1、圖2。

表1 體位固定板衰減系數(shù)與實際衰減系數(shù)比較Tab.1 Comparison of immobilization baseplate attenuation coefficient and actual attenuation coefficient

2.2 有板計劃與無板計劃計劃靶體積劑量參數(shù)比較

對于椎體轉(zhuǎn)移病例PTV，有板計劃與無板計劃存在劑量學(xué)差異，即體位固定板對椎體轉(zhuǎn)移靶區(qū)受照劑量存在影響。放療計劃系統(tǒng)中體位固定板參與劑量計算， 將導(dǎo)致Dmean、Dmin、Dmax、D2%、D98%、D50%的平均受照劑量分別下降0.79 Gy（1.9%）、0.68 Gy（2.3%）、0.78 Gy（1.9 %）、0.81 Gy （2.2 %）、0.84 Gy （2.3 %）、0.81 Gy（2.3%）， 即放療計劃系統(tǒng)治療計劃設(shè)計時若不考慮體位固定板的存在， 會使PTV 受照劑量被高估2%左右。 對于CI、HI，體位固定板的勾畫會導(dǎo)致靶區(qū)的CI 顯著降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），而對HI影響不大，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。 見表2。

2.3 有板計劃與無板計劃危及器官劑量參數(shù)比較

對于椎體轉(zhuǎn)移病例OAR， 有板計劃的劑量體積（V10、V20、V30）、Dmean、Dmax均比無板計劃偏低， 其中小腸、左腎、右腎的劑量體積減少百分點(diǎn)均在1%以內(nèi)，Dmean分別減少了0.12 Gy （2.2%）、0.16 Gy （1.9%）、0.19 Gy（2.0%）；脊髓Dmax減少了0.87 Gy（2.3%），且差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。 見表3。

3 討論

影響放療劑量準(zhǔn)確的因素較多，如治療計劃的加速器建模、體位固定方式[11，12]、靶區(qū)勾畫范圍[13，14]、計劃優(yōu)化算法[15，16]、加速器劑量準(zhǔn)確度等。加速器治療床和體位固定板作為放療過程中不可少的輔助固定裝置，后斜射野均穿過。 大多計劃系統(tǒng)計算劑量時以外輪廓（body） 作為組織的邊界， 其余均默認(rèn)為空氣，RayStation9.0 計劃系統(tǒng)也是同樣設(shè)置，默認(rèn)情況下體位固定板不勾畫、不參與劑量計算。對于大多數(shù)患者，射野不穿過體位固定板或少部分射野穿過體位固定板，對患者放療劑量影響不大；對于脊柱轉(zhuǎn)移瘤，射野均穿過體位固定板，對治療劑量的影響卻不容忽視。

筆者研究結(jié)果顯示，體位固定板在不同機(jī)架角度下的實際衰減系數(shù)在0.966~0.995，射野角度越偏離中心軸，射線穿過板的路徑越長，衰減系數(shù)越大，與洪君等[17]研究結(jié)果一致，為保證劑量計算的精確度，計劃系統(tǒng)需要考慮體位固定板對射線的影響。同時結(jié)果還顯示，RayStation 計劃系統(tǒng)中計算得到的衰減系數(shù)結(jié)果與實際板具有良好的一致性，不同角度下二者衰減系數(shù)偏差均在0.62%以內(nèi)， 驗證了計劃系統(tǒng)計算體位固定板的準(zhǔn)確性。

對于椎體轉(zhuǎn)移瘤放療計劃， 物理師在布野時，射野方向大部分為后斜野， 射線受體位固定板影響大，因此筆者選擇此類患者進(jìn)行研究分析。 筆者研究10例患者的射野角度均為130°、155°、180°、205°、230°，均穿過體位固定板，以不勾畫體位固定板的計劃為基準(zhǔn)，探討若計劃系統(tǒng)在勾畫體位固定板對放療劑量的影響。 結(jié)果顯示，劑量計算時體位固定板的加入會使PTV、OAR 受照劑量降低。對于PTV：計劃系統(tǒng)中勾畫體位固定板， 將導(dǎo)致Dmean、Dmin、Dmax、D2%、D98%、D50%的平均受照劑量降低2%左右，同時靶區(qū)的CI 降低，上述劑量參數(shù)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。 值得注意的是，體位固定板的勾畫與否，對靶區(qū)HI 影響不大，與孔偉等[18]研究結(jié)果一致。根據(jù)HI 計算公式及實驗數(shù)據(jù)得D2%、D98%、D50%的平均受照劑量均降低2%左右，近似等比例降低，因此對HI 影響不大。 對于OAR，小腸Dmean、雙腎Dmean、脊髓Dmax均降低2 %左右；小腸、雙腎的劑量體積（V10、V20、V30）減少百分點(diǎn)均在1%以內(nèi)。 國際放射單位和測量委員會（International Commission on Radiation Units and Measurements，ICRU）83 號報告指出靶區(qū)劑量總不確定度控制在5%以內(nèi)，盡管體位固定板引起的差異小于5%，但實際治療過程中還有其他來源誤差，因此在治療計劃設(shè)計時，有必要考慮體位固定板對放療劑量的影響。

綜上所述，碳纖維體位固定板對椎體轉(zhuǎn)移瘤放療劑量有一定的影響，在進(jìn)行治療計劃設(shè)計時建議考慮體位固定板的影響，以提高劑量計算精確度。