肺癌患者放射治療周邊劑量分析

吳小良 張惠玲 許會軍 陳曉芳 趙鵬 馬志乾 張偉

美國醫學物理協會(American Association Physics Medicine，AAPM)的158號報告[1]指出放射治療患者可能由于射野之外的器官接受小劑量輻射而導致二次致癌的風險增加。射野之外的小劑量即為周邊劑量，周邊劑量源自加速器治療機頭的漏射，準直器和射野修整器的散射以及患者體內散射。然而，周邊劑量在放射治療的計劃系統中并不準確描述，放射治療物理師可以通過蒙卡模擬計算[2]和模體測量更多的了解周邊劑量。肺癌患者尤其是不可手術的早期非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者可采用立體定向放射治療(stereotacic body radiation therapy,SBRT)。有研究表明SBRT對于病灶的控制效果和生存期與手術治療相近[3]。對早期腫瘤患者，放療效果較理想，生存期較長，隨著患者生存期的延長，放療的晚期效應亦呈現出來，周邊劑量尤其對耐受量較低的敏感器管(如性腺、晶體、甲狀腺)及兒童[4，5]具有較大的影響。如何了解放療患者的周邊劑量以及降低周邊劑量是臨床物理師非常關心的問題，文獻分析表明加速器和放射治療技術不同，周邊劑量也不同[6-8]。因此，本文通過仿真模體測量肺癌患者的周邊劑量，并通過鉛衣屏蔽技術來降低周邊劑量，報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇我院2020年1月至2021年2月收治的10例右肺癌患者，其中男8例，女2例；年齡48～75歲，平均年齡(55.2±3.1)歲；均診斷為早期非小細胞肺癌。

1.2 設備與儀器 (1)瑞典醫科達Elekta-Synergy電子直線加速器。(2)成都劑量人體模型(以下簡稱“仿真模體”)采用復合材料制作人體骨骼、肌肉和內臟器官，能夠保證與活體組織的輻射等效性，各器官分布有熱釋光測量插孔，便于劑量測量。(3)RGD-3E熱釋光測量儀，氟化鋰熱釋光(TLD)測量原件。

1.3 熱釋光劑量刻度 本實驗所需熱釋光已經標準源篩選，分散性<±5%，重復性<±3%。熱釋光測量的是相對劑量，需對其進行劑量刻度。在6 MV加速器上，選擇40個TLD放在固體水上，其上覆蓋5 cm厚的固體水，源到TLD的距離是100 cm，分別給予0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 Gy的劑量，同一劑量分別使用熱釋光測量5次，記錄熱釋光讀數取平均值，建立熱釋光讀數與加速器劑量的關系。

1.4 仿真模體測量肺癌患者周邊劑量

1.4.1 不同照射技術的周邊劑量:選擇10例右肺癌患者，在飛利浦Pinnacle 9.10版本計劃系統上分別設計IMRT和VMAT 計劃，IMRT計劃采用5野靜態調強“step-and-shoot”方式；VMAT計劃采用2個部分弧(起始角度181°，終止角度30°)。兩種照射技術均達到處方劑量要求(95%PTV 60 Gy/2.0 Gy/30 f)，使用醫科達Synergy電子直線加速器的6MV-X線，在仿真模體上進行測量，測量時將3個熱釋光原件分別放置在甲狀腺和左側乳腺部位，同一技術測量3次取平均值。對比分析同一部位兩種照射技術的測量值，同時記錄機器跳數(monitor unit,MU)。見圖1、2。

圖1 IMRT布野示意圖

圖2 VMAT布野示意圖

1.4.2 有、無屏蔽的周邊劑量比較:對同一患者的兩種放療技術(VMAT、IMRT)分別測量無鉛衣和有鉛衣(0.5 mm Pb鉛當量)屏蔽時的甲狀腺區的劑量值，在甲狀腺區測量點放置3個TLD，取平均值作為該點測量值。記錄數據，分析有、無鉛衣屏蔽時的測量結果。

2 結果

2.1 VMAT和IMRT兩種不同照射技術的周邊劑量及MU比較 VMAT技術的MU、左側乳腺劑量、甲狀腺劑量低于IMRT技術，差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 VMAT和IMRT的周邊劑量及MU比較

2.2 甲狀腺區有、無鉛衣屏蔽周邊劑量值比較 有鉛衣屏蔽后的甲狀腺部位采用VMAT、IMRT技術的劑量值均低于無鉛衣的數值，差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 甲狀腺區有、無鉛衣屏蔽周邊劑量值比較

2.3 左側乳腺有、無鉛衣屏蔽周邊劑量值比較 有鉛衣的左乳腺部位VMAT、IMRT的劑量值低于無鉛衣的數值，差異有統計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 左側乳腺有、無鉛衣屏蔽劑量值比較

3 討論

周邊劑量有可能增加危及器官的遠期并發癥[9]及二次致癌風險[10]。AAPM-158號報告指出周邊劑量來自加速器治療機頭的漏射，準直器和射野修整器的散射以及患者體內散射指出，影響周邊劑量的因素：調強射野射束調制越多，機頭的漏射和準直器的散射越多；MU越多，周邊劑量越大；射野面積越大，患者散射越多，周邊劑量越大；X射線能量越高，周邊劑量越低。這一結論得到Covington等[7,11,12]的印證，Covington等[7]不建議使用治療計劃系統估算周邊劑量，標準的方法是使用模體測量和蒙卡模擬。林弘智等[12]利用熱釋光和仿真人膜體測量了肺癌患者周圍正常器官的有效劑量，并指出腫瘤中心之外的正常器官接受的是機器的散射劑量，并且劑量隨著距離腫瘤中心距離的增加而降低,在距腫瘤中心5.4 cm處，周邊劑量降至處方劑量的1.3%。同時指出VMAT治療肺癌患者時候，照射野附近的器官(心臟、肺臟、乳腺)有較高的劑量，照射野外危及器官(大腸、甲狀腺等)受量遠低于靶區劑量。丁艷秋等[13]使用熱釋光測量和蒙卡模擬計算兩種方法對比了中國仿真模體的周圍器官劑量，兩者劑量值基本一致，并提出在仿真模體上使用熱釋光測量周邊劑量是一個準確、有效的測量方法。楊波等[11]在瓦立安Trilogy加速器上使用CRIS仿真模體和電離室測量了1例患者采用VMAT、靜態調強、動態調強三種不同技術的周邊劑量，并且采用鉛屏蔽保護危及器官，發現鉛屏蔽可以進一步降低周圍正常組織受量。蔣紹惠等[14]也指出不同鉛當量的屏蔽可以顯著降低電子線放療患者的周邊劑量。筆者在醫科達Synergy加速器上，使用仿真模體和熱釋光測量了10例肺癌患者的周邊劑量。對于晚期肺癌患者，生存期僅幾周或幾個月時，周邊劑量可能引起的二次致癌風險沒有意義。但是有研究指出無法手術的早期非小細胞肺癌患者立體定向放療的效果可以與手術媲美[15]，因此，應更加關注此類患者的周邊劑量。本研究從肺癌常規劑量(單次劑量2.0 Gy)著手，測量周邊劑量，亦可以類推出早期肺癌立體定向放療大分割(單次劑量>2.0 Gy)的周邊劑量。

本研究在左側乳腺和甲狀腺部位分別放置熱釋光測量腫瘤的周邊劑量，任何測量過程都無法避免誤差，本實驗的誤差主要來自加速器的系統誤差(激光線、輸出劑量等)和熱釋光自身劑量刻度引起的不確定性，因此實驗前，系統性的調試好加速器的機械及劑量學參數使之誤差控制在標準值范圍內(如：激光線誤差<2 mm、輸出劑量誤差控制在<2%)；熱釋光在篩選和劑量刻度時候總不確定度控制在3%～8%[16]。以上因素都有可能導致測量結果絕對值的不確定性，但是這些因素并不影響不同放療技術及不同屏蔽技術的周邊劑量的相對結果值的比較。因此筆者設計了同一測量設備，在VMAT和IMRT兩種放療技術之間的結果對比，顯示兩種技術之間有顯著性差異，VMAT技術引起的周邊劑量明顯低于IMRT技術，此結果與其他文獻結果[6,17]相一致。VMAT是在IMRT的基礎之上發展起來的一種調強技術，是目前臨床上使用較多的先進的放療技術，它不但可以保證腫瘤靶區不欠量，還可以進一步降低機器跳數，從而縮短患者的治療時間。該技術將動態多葉光柵和弧形治療相結合，通過連續不斷的改變機架旋轉速度、多葉光柵的到位和劑量率，來進行計劃強度的調制，得到臨床需要的劑量分布，同時直線加速器保持連續出束，極大縮短了患者的治療時間，減少了正常器官的運動，此特點在肺癌患者的放療(極大減少肺部呼吸運動給治療帶來的誤差)上效果更明顯。VMAT與IMRT技術在肺癌放療的劑量學方面[18]對比顯示，兩種技術均能夠滿足臨床的要求，VMAT在靶區均勻性和適形度上優于IMRT,VMAT技術可以降低雙肺V20和V30，但是V5高于IMRT技術，兩種技術在劑量學方面各有優劣，臨床根據實際情況合理選擇照射技術。以上兩種技術的劑量對比，目前較多的研究是針對射野范圍內的靶區及危及器官的對比，而射野之外的散射劑量相關研究較少。筆者搜羅大量文獻，發現射野之外的劑量屬于輻射防護級別，劑量主要源于機頭漏射和散射，因此產生的漏射線和散射線也較少，相對于靶區劑量非常低，現有的質控設備(例：指形電離室只能測量點劑量，測量體積大，準確率低，工作效率低)無法準確測量射野之外的劑量，需借助熱釋光劑量計進行測量。射野之外的劑量雖然低，但是亦影響敏感器官，為保護敏感器官，降低二次致癌風險，在放療時候屏蔽野外輻射以達到防護效果。筆者使用鉛衣來遮擋輻射線，并且比較不同放療技術有、無鉛衣保護的屏蔽效果。VMAT和IMRT兩種放療技術，在敏感器官甲狀腺處使用鉛屏蔽后的平均劑量值略低于未使用鉛屏蔽[(0.63±0.21)cGy<(0.67±0.19)cGy；(0.97±0.46)cGy<(1.03±0.45)cGy)],左乳腺區使用了鉛衣后測量值也明顯降低[(11.07±4.61)cGy<(13.12±4.95)cGy；(14.30±4.81)cGy<(16.65±5.09)cGy)]。本研究在使用鉛衣屏蔽時候，鉛衣與遮擋部位沒有完全貼合，可能導致測量數據的不準確。另外，不同的屏蔽裝置也可能導致不同的屏蔽效果，需經過實際測量來確定哪種屏蔽效果好。

綜上所述，肺癌的VMAT技術可以降低患者的周邊劑量，對于生存期較長的早期非小細胞患者，采用VMAT技術可以減少周邊劑量，降低二次致癌風險。對于靶區周圍的敏感器官，采取合理的屏蔽技術可以進一步降低輻射劑量。