發泡膠對鼻咽癌調強放療計劃的劑量學影響

陳善鳳，葉銘蘭，梁少杰，譚俊昌，江國文，陳伙輝，黃家滿

肇慶市第二人民醫院 放療物理技術科，廣東 肇慶 526300

引言

隨著放療技術的發展，放射治療（以下簡稱“放療”）進入了“三精”放療時代，即精確定位、精確計劃和精確放療。體位固定是放療活動的重要環節之一，醫務工作者使用各種體位固定裝置和輔助設備對患者進行個體化固定。頭頸部組織結構復雜，危及器官多且劑量要求嚴格，頸部位置容易活動，對體位固定要求更高。發泡膠（又稱人體定位墊）以其具有根據人體結構主動塑形、成型后結構牢固耐用、固定精度高、擺位重復性好、舒適度強等特點被廣泛應用于放療患者各個部位的個體化固定過程中，其中以頭頸部的使用最為普遍[1-5]。目前對于發泡膠的報道大多是研究擺位誤差，對放療中劑量的影響報道較少，多項研究表明放療過程中使用的體位固定裝置會影響實際的劑量分布[6-9]。本文分析發泡膠厚度對中心劑量的影響，再以頭頸部腫瘤鼻咽癌為例，通過計算和分析，探討發泡膠對鼻咽癌調強放療計劃的劑量學影響，為臨床實踐提供參考。

1 材料與方法

1.1 發泡膠厚度對中心點劑量的影響

1.1.1 材料

Varian Clinac CX 直線加速器，使用臨床常用能量6 MV X 線測試，SUN NUCLEAR PC Electrometer 劑量儀和PTW 0.6 cm3指型電離室，30 cm×30 cm 有機玻璃等效固體水，自制15 cm×15 cm 方形發泡膠模體。

1.1.2 測量方法與評價目標

為測量發泡膠不同厚度對射線的影響，在加速器條件下出束測量中心點劑量。制作發泡膠方形模體，為節省材料和減少因模體疊加產生間隙的影響，將模體裁剪成1、3、5 cm 各一塊，2 cm 兩塊，邊長約15 cm。在加速器下放置固體水，固體水邊長30 cm，高20 cm，源到固體水表面距離為100 cm，輸出200 MU，記錄水下5 cm 處中心點劑量。依次將發泡膠模體放置在固體水表面中心位置，測量發泡膠厚度為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12 cm時的點劑量，每組數據測量重復3次，取平均值。將發泡膠在某一厚度與發泡膠厚度為0時的劑量差值百分比作為發泡膠不同厚度對射線的影響，計算方法如公式（1）所示。

式中，D0為發泡膠厚度為0 時的劑量值；Dn為發泡膠厚度為1～12 cm 其中一個厚度時的劑量值；n為發泡膠不同厚度。

1.2 發泡膠對鼻咽癌放療計劃的影響

1.2.1 臨床資料

隨機選取我院接受調強放療的早期鼻咽癌患者11 例為研究對象，其中，男8 例、女3 例，臨床分期為T1～T2 期，所有患者均使用頭頸肩熱塑膜聯合發泡膠進行體位固定。患者CT 掃描范圍為顱頂到鎖骨下2 cm，圖像掃描層厚3 mm，重建層厚3 mm。圖像傳輸至治療計劃系統（Treatment Planning System，TPS），使用Eclipse 10.0 放療計劃系統，由高年資的放療醫師根據中國鼻咽癌放射治療指南（2020 版）[10]勾畫鼻咽部腫瘤計劃靶區（Planning Gross Tumor Volume of Nasopharyngeal Carcinoma，PGTVnx）、頸部淋巴計劃靶區（Planning Gross Tumor Volume of Cevical Node，PGTVnd）、高危臨床靶區及高危淋巴引流區（Planning Clinical Target Volume，PCTV1）、預防照射區（Planning Clinical Target Volume，PCTV2）及需要關注的危及器官（Organs at Risk，OAR）包括腦干、脊髓、晶體、視神經、視交叉、腮腺。PGTVnx、PGTVnd、PCTV1、PCTV2的處方劑量分別為70、68、64、56 Gy，共32 次。

1.2.2 模擬計劃設計

設計模擬計劃時，每一例患者都勾畫兩種不同的皮膚外輪廓，首先在原有CT 圖像基礎上復制出一套CT圖像，形成兩套一樣的CT 圖像。一種CT 圖像外輪廓僅勾畫人體正常皮膚，不包含發泡膠如圖1a 所示；另一種則將發泡膠也勾畫進人體皮膚外輪廓進行劑量計算，見圖1b。在TPS 中隨機選取10 個發泡膠CT 值，平均值為（-927.08± 32.27）HU。

圖1 兩種不同的外輪廓勾畫圖

在TPS 上設計起始機架角度為 160°、終止角度為200°的9 野共面均分放療計劃，將正常皮膚外輪廓（即不包含發泡膠）計算優化的調強計劃記為Plan A，然后將該計劃轉移到包含發泡膠外輪廓的CT 圖像上，在保持射野分布、優化條件及計劃跳數不變的情況下重新計算劑量分布，得到包含發泡膠外輪廓的放療計劃，記為Plan B。

1.2.3 評價目標及數據比較

使用靶區的最大劑量（Dose Maximun，Dmax）、最小劑量（Dose Minimun，Dmin）、平均劑量（Dose Mean，Dmean）、100% 處方劑量靶區覆蓋率（Coverage，CR）和均勻性指數（Homogeneity Index，HI）作為靶區的劑量學變化指標，危及器官腦干、脊髓、晶體、視神經、視交叉等評價目標為Dmax，其中腮腺評價為Dmean。所有數據均可以從劑量體積直方圖（Dose Volume Histogram，DVH）中獲取。其中HI的計算方法如公式（2）所示。

式中，D2%、D50%和D98%分別為靶區2%、50%和98%體積接受的照射劑量。HI的值越小（越接近0）表示靶區劑量的均勻性越好，值越大表示靶區劑量均勻性越差。CR的計算方法如公式（3）所示。

式中，VR-T為100%處方劑量所覆蓋的靶區體積；VT為靶區體積。

為評估發泡膠對鼻咽癌放療計劃患者頸后部的皮膚劑量的影響，根據日常工作中發泡膠模型的制作習慣所形成的發泡膠厚度，分別選取本研究中所選患者的發泡膠模體的最厚處、最薄處及最厚最薄兩點之間的中位厚度，以此形成一個厚度梯級來分析發泡膠模體不同厚度對劑量的影響。最厚、中位厚度、最薄處分別記為D1、D2、D3，如圖2 所示，D1、D2、D3 分別為在患者人體正中矢狀面上貼近頭頸部表皮處的直徑為4 mm 的小圓點，中位厚度D2 與D1、D3 之間的平均厚度誤差不超過5 mm。比較三個點的最小劑量值和平均劑量值，最小劑量值為皮膚表面劑量，人體皮膚厚度（不包括皮下脂肪層）為0.5～4.0 mm[11-12]，直徑為4.0 mm 的小圓點可表示皮膚局部劑量。

圖2 劑量點D1、D2、D3位置顯示圖

1.3 統計學分析

采用 SPSS Statistics 17.0 軟件進行統計學分析，數據用±s表示。對評估目標進行配對t檢驗，分析數據的顯著性差異，P＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 發泡膠不同厚度對劑量的影響

通過測量發泡膠不同厚度對射線影響的實驗所得，發泡膠厚度為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12 cm時與發泡膠為0 cm 時的劑量差值百分比分別為0.22%、0.28%、0.52%、0.66%、0.79%、1.06%、1.11%、1.18%、1.38%、1.50%、1.99%，即發泡膠厚度為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12 cm 時中心點劑量分別降低了0.22%、0.28%、0.52%、0.66%、0.79%、1.06%、1.11%、1.18%、1.38%、1.50%、1.99%。從結果可看出，隨著發泡膠厚度的增加，對射線的衰減也隨之增加。

2.2 發泡膠對鼻咽癌放療計劃的劑量學影響

2.2.1 發泡膠對鼻咽癌放療計劃的靶區劑量學影響

如表1 所示，在將發泡膠加入外輪廓后，PGTVnx、PGTVnd、PCTV1、PTV2的各個靶區劑量均有不同程度的降低，其中對最大劑量和平均劑量影響最大，最大劑量分別降低了0.68%、0.78%、0.56%、0.56%，平均劑量分別降低了0.63%、0.86%、0.71%、0.90%，其偏差具有統計學意義。各個靶區的劑量均勻性指數HI 受發泡膠的影響較小，所有患者的平均偏差均小于1%，且均無統計學意義。發泡膠對各個靶區的100% 處方劑量CR 影響比較大，發泡膠加入外輪廓后，各個靶區的100% 處方劑量靶區覆蓋率分別降低了3.06%、5.1%、1.01%、3.03%，如圖3 所示，各靶區處方劑量的覆蓋體積均有所降低，頸部淋巴結的劑量覆蓋率變化最大，差異結果具有統計學意義。

表1 11例鼻咽癌計劃兩種外輪廓的靶區劑量學參數（±s）

表1 11例鼻咽癌計劃兩種外輪廓的靶區劑量學參數（±s）

注：Dmax：最大劑量；Dmin：最小劑量；Dmean：平均劑量；CR：100% 處方劑量靶區覆蓋率；HI：均勻性指數。

靶區劑量參數Plan A（無發泡膠）Plan B（含發泡膠）t值P值PGTVnx Dmax/cGy7497.26±40.497446.36±40.1313.956＜0.001 Dmean/cGy7239.58±25.757193.76±27.7722.338＜0.001 Dmin/cGy6797.71±113.586763.28±119.148.533＜0.001 CR/100%0.98±0.010.95±0.036.080＜0.001 HI0.06±0.010.06±0.01-1.0000.341 PGTVnd Dmax/cGy7460.43±69.777401.87±82.123.4160.007 Dmean/cGy7195.89±67.667133.77±69.2514.995＜0.001 Dmin/cGy6679.91±203.436666.26±136.030.3390.741 CR/100%0.98±0.010.93±0.064.0270.002 HI0.05±0.010.05±0.01-1.6140.138 PCTV1 Dmax/cGy7497.46±40.237455.51±39.034.2210.002 Dmean/cGy6944.21±40.556894.66±43.3116.631＜0.001 Dmin/cGy5987.37±275.435944.26±271.853.4950.006 CR/100%0.99±0.010.98±0.013.7300.004 HI0.13±0.020.13±0.01-0.8370.422 PCTV2 Dmax/cGy7502.66±43.517460.37±40.894.2410.002 Dmean/cGy6310.46±73.446253.68±79.1218.201＜0.001 Dmin/cGy4759.86±311.894744.12±258.310.6710.517 CR/100%0.99±0.010.96±0.034.8550.001 HI0.25±0.050.27±0.01-1.3080.220

圖3 1例典型的鼻咽癌兩種外輪廓放療計劃的DVH圖

2.2.2 發泡膠對鼻咽癌放療計劃中危及器官的劑量學影響

如表2 所示，由于發泡膠對射線的衰減，結果顯示Plan B 危及器官劑量均低于Plan A，脊髓、視交叉、視神經的最大劑量之間存在顯著性差異，分別降低了1.1%、0.6%、0.5%、0.4%，腮腺的平均劑量降低了0.2%，均有統計學意義（P＜0.05）。

表2 11例鼻咽癌計劃兩種外輪廓的危及器官劑量學參數（±s）

表2 11例鼻咽癌計劃兩種外輪廓的危及器官劑量學參數（±s）

注：Dmax：最大劑量；Dmean：平均劑量。

危及器官劑量參數Plan A（無發泡膠）Plan B（含發泡膠）t值P值腦干Dmax/cGy4728.23±191.144703.92±188.711.3400.210脊髓Dmax/cGy4037.5±30.133993.38±48.684.9190.001視交叉Dmax/cGy4266.57±1565.284241.05±1567.164.5430.001右視神經Dmax/cGy3317.33±1760.183301.38±1751.952.3410.041左視神經Dmax/cGy3264.15±1838.883250.03±1827.922.4380.035右晶體Dmax/cGy471.48±203.97469.86±202.491.7150.117左晶體Dmax/cGy452.14±193.13451.45±191.610.9450.367右眼球Dmax/cGy1762.54±793.541756.39±790.711.6460.131左眼球Dmax/cGy1696.21±887.481682.74±879.002.6470.024左右腮腺Dmean/cGy3573.53±312.683566.38±309.394.7100.001

2.2.3 發泡膠對鼻咽癌放療計劃的皮膚劑量學影響

如表3 所示，發泡膠厚度最大處皮膚劑量最高，厚度越小，劑量越低。D1、D2、D3 有發泡膠時最小值劑量相應增加了54.44%、62.57%、22.47%，最小值點最貼近皮膚表面，平均劑量值增加了24.79%、29.44%、8.04%。

表3 11例鼻咽癌計劃兩種外輪廓的計劃皮膚劑量學參數（±s）

表3 11例鼻咽癌計劃兩種外輪廓的計劃皮膚劑量學參數（±s）

注：Dmin：最小劑量；Dmean：平均劑量。

劑量點發泡膠厚度/cm劑量參數Plan A（無發泡膠）Plan B（含發泡膠）t值P值D17.30±1.20Dmin/cGy1991.44±369.613075.66±484.94-18.864＜0.001 Dmean/cGy2614.07±461.523262.07±562.85-16.090＜0.001 D24.78±1.45Dmin/cGy1517.76±245.562467.44±508.86-9.482＜0.001 Dmean/cGy1945.80±359.402518.65±559.39-8.510＜0.001 D32.61±0.53Dmin/cGy882.54±346.601080.86±700.99-1.7780.106 Dmean/cGy1047.67±497.571131.91±747.31-1.0910.301

3 討論及結論

放療是鼻咽癌的主要治療手段，鼻咽周圍器官重要且緊密，對固定裝置的要求非常高。頭頸肩聯合發泡膠對鼻咽癌進行體位固定的組合方式具有記憶功能，能使患者頭、頸、背部緊貼發泡膠固定墊，減少位移，有利于腦干、脊髓等危及器官的劑量控制，提高了患者的舒適度和重復性[13]。

發泡膠雖然屬于低密度材料，但并非是空氣等效材料，射線在穿過發泡膠時仍然會發生衰減和散射，必然對臨床計劃的劑量分布產生影響。根據測量發泡膠不同厚度對射線的影響的結果顯示，當發泡膠厚度超過6 cm 時，單射野射線200 cGy 的劑量就會衰減1%。由此可見，發泡膠雖然是低密度材料，但仍然會對射線劑量產生不小的影響。而且發泡膠貼近人體皮膚，對皮膚及表淺組織的劑量影響更大。通過本研究發現，加入發泡膠作為外輪廓計算劑量后，造成了射線的散射和建成效應的變化，降低了靶區和危及器官的平均劑量和最大劑量，靶區平均劑量降低了0.63%～0.90%。表1 的結果顯示，把外輪廓加入發泡膠后，PGTVnd的處方劑量覆蓋率為93%（小于95%），其他靶區的處方劑量覆蓋率均大于95%，對PGTVnd處方劑量覆蓋率影響較大，主要可能是淋巴在頸部離體表皮膚較近，且位置上在發泡膠厚度最大處。放療腫瘤組織（RTOG）H-0222 實驗指南[14]指出在頭頸部腫瘤中，95%靶區應該被處方劑量線覆蓋，即靶區覆蓋率應大于95%。發泡膠的加入雖然降低了靶區劑量，其偏差還不足以影響臨床放療計劃的目標劑量，但這只是影響劑量誤差的一個因素，如果再加上治療床、纖維板等因素的影響，可能滿足不了放療計劃的臨床劑量需求。

表2 及圖3 的結果顯示，在發泡膠加入外輪廓計算劑量后，由于射線在穿過發泡膠時會發生衰減，危及器官劑量均有所降低，其中脊髓、視交叉、視神經和雙側腮腺的結果存在顯著性差異，比較結果與辜石勇[15]、覃仕瑞[16]等的研究結果相似。

表3 的結果顯示，發泡膠的加入提高了患者頸后部的皮膚劑量，在發泡膠最厚處頸后皮膚劑量可達30 Gy。臨床放療常用的X 線（6 MV）的最大劑量點深度約為1.5 cm，由于劑量建成區效應，皮膚表面劑量約為50%左右[17]。然而由于各種固定器材（標準頭枕、發泡膠、真空袋和各種固定纖維板等）的使用，這些緊貼患者體表的固定裝置相當于在體表增加了一層組織等效物，使皮膚表面劑量高于50%，導致皮膚劑量升高。Cheung 等[18]研究真空袋對6 MV 射線的衰減時發現，由于射線的建成效應，厚度為2.5 cm 的真空袋可使皮膚的表面劑量提高一倍，且皮膚表面劑量隨真空袋厚度增加而增大。Connor 等[19]研究腹壓板對患者皮膚劑量的影響時發現，腹壓板使患者的皮膚劑量增加了15%～33%，同時靶區覆蓋降低了19%。本研究中患者后頸及后腦的皮膚劑量增加，導致實際放療后期（20～25 次）患者出現后腦皮膚干燥、色素沉著、局部脫發現象。發泡膠厚度越大，皮膚劑量增加得越多，因此在實際臨床應用中，在保證體位固定準確情況下發泡膠厚度應盡可能薄。

鼻咽癌放療靶區范圍廣且射野角度跨度大，調強放療在實施過程中，當加速器機架運動到一定角度時，射線必然要經過治療床和體位固定裝置，這些設備都會造成射線的衰減和散射，影響實際的治療劑量[20-22]。本文僅在患者矢狀面上根據發泡膠的厚度取了3 個點代表皮膚劑量，然而當加速器機架運動到兩邊角度，射線斜穿過發泡膠時，其路徑長于發泡膠矢狀面的厚度，其厚度對劑量的影響需在后續的研究中評估。且根據不同醫院的專業水平不同，發泡膠制作的厚度也各有差異，對治療劑量的影響也各有差別。隨著放療技術的發展，越來越多的固定裝置和材料被引入到放療中，建議在進行放療計劃設計時，將體位固定裝置和材料考慮在內，以保證劑量計算的準確性。