肺癌患者放射治疗周边剂量分析

吴小良 张惠玲 许会军 陈晓芳 赵鹏 马志乾 张伟

美国医学物理协会(American Association Physics Medicine，AAPM)的158号报告[1]指出放射治疗患者可能由于射野之外的器官接受小剂量辐射而导致二次致癌的风险增加。射野之外的小剂量即为周边剂量，周边剂量源自加速器治疗机头的漏射，准直器和射野修整器的散射以及患者体内散射。然而，周边剂量在放射治疗的计划系统中并不准确描述，放射治疗物理师可以通过蒙卡模拟计算[2]和模体测量更多的了解周边剂量。肺癌患者尤其是不可手术的早期非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者可采用立体定向放射治疗(stereotacic body radiation therapy,SBRT)。有研究表明SBRT对于病灶的控制效果和生存期与手术治疗相近[3]。对早期肿瘤患者，放疗效果较理想，生存期较长，随着患者生存期的延长，放疗的晚期效应亦呈现出来，周边剂量尤其对耐受量较低的敏感器管(如性腺、晶体、甲状腺)及儿童[4，5]具有较大的影响。如何了解放疗患者的周边剂量以及降低周边剂量是临床物理师非常关心的问题，文献分析表明加速器和放射治疗技术不同，周边剂量也不同[6-8]。因此，本文通过仿真模体测量肺癌患者的周边剂量，并通过铅衣屏蔽技术来降低周边剂量，报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择我院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；年龄48～75岁，平均年龄(55.2±3.1)岁；均诊断为早期非小细胞肺癌。

1.2 设备与仪器 (1)瑞典医科达Elekta-Synergy电子直线加速器。(2)成都剂量人体模型(以下简称“仿真模体”)采用复合材料制作人体骨骼、肌肉和内脏器官，能够保证与活体组织的辐射等效性，各器官分布有热释光测量插孔，便于剂量测量。(3)RGD-3E热释光测量仪，氟化锂热释光(TLD)测量原件。

1.3 热释光剂量刻度 本实验所需热释光已经标准源筛选，分散性<±5%，重复性<±3%。热释光测量的是相对剂量，需对其进行剂量刻度。在6 MV加速器上，选择40个TLD放在固体水上，其上覆盖5 cm厚的固体水，源到TLD的距离是100 cm，分别给予0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 Gy的剂量，同一剂量分别使用热释光测量5次，记录热释光读数取平均值，建立热释光读数与加速器剂量的关系。

1.4 仿真模体测量肺癌患者周边剂量

1.4.1 不同照射技术的周边剂量:选择10例右肺癌患者，在飞利浦Pinnacle 9.10版本计划系统上分别设计IMRT和VMAT 计划，IMRT计划采用5野静态调强“step-and-shoot”方式；VMAT计划采用2个部分弧(起始角度181°，终止角度30°)。两种照射技术均达到处方剂量要求(95%PTV 60 Gy/2.0 Gy/30 f)，使用医科达Synergy电子直线加速器的6MV-X线，在仿真模体上进行测量，测量时将3个热释光原件分别放置在甲状腺和左侧乳腺部位，同一技术测量3次取平均值。对比分析同一部位两种照射技术的测量值，同时记录机器跳数(monitor unit,MU)。见图1、2。

图1 IMRT布野示意图

图2 VMAT布野示意图

1.4.2 有、无屏蔽的周边剂量比较:对同一患者的两种放疗技术(VMAT、IMRT)分别测量无铅衣和有铅衣(0.5 mm Pb铅当量)屏蔽时的甲状腺区的剂量值，在甲状腺区测量点放置3个TLD，取平均值作为该点测量值。记录数据，分析有、无铅衣屏蔽时的测量结果。

2 结果

2.1 VMAT和IMRT两种不同照射技术的周边剂量及MU比较 VMAT技术的MU、左侧乳腺剂量、甲状腺剂量低于IMRT技术，差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 VMAT和IMRT的周边剂量及MU比较

2.2 甲状腺区有、无铅衣屏蔽周边剂量值比较 有铅衣屏蔽后的甲状腺部位采用VMAT、IMRT技术的剂量值均低于无铅衣的数值，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 甲状腺区有、无铅衣屏蔽周边剂量值比较

2.3 左侧乳腺有、无铅衣屏蔽周边剂量值比较 有铅衣的左乳腺部位VMAT、IMRT的剂量值低于无铅衣的数值，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 左侧乳腺有、无铅衣屏蔽剂量值比较

3 讨论

周边剂量有可能增加危及器官的远期并发症[9]及二次致癌风险[10]。AAPM-158号报告指出周边剂量来自加速器治疗机头的漏射，准直器和射野修整器的散射以及患者体内散射指出，影响周边剂量的因素：调强射野射束调制越多，机头的漏射和准直器的散射越多；MU越多，周边剂量越大；射野面积越大，患者散射越多，周边剂量越大；X射线能量越高，周边剂量越低。这一结论得到Covington等[7,11,12]的印证，Covington等[7]不建议使用治疗计划系统估算周边剂量，标准的方法是使用模体测量和蒙卡模拟。林弘智等[12]利用热释光和仿真人膜体测量了肺癌患者周围正常器官的有效剂量，并指出肿瘤中心之外的正常器官接受的是机器的散射剂量，并且剂量随着距离肿瘤中心距离的增加而降低,在距肿瘤中心5.4 cm处，周边剂量降至处方剂量的1.3%。同时指出VMAT治疗肺癌患者时候，照射野附近的器官(心脏、肺脏、乳腺)有较高的剂量，照射野外危及器官(大肠、甲状腺等)受量远低于靶区剂量。丁艳秋等[13]使用热释光测量和蒙卡模拟计算两种方法对比了中国仿真模体的周围器官剂量，两者剂量值基本一致，并提出在仿真模体上使用热释光测量周边剂量是一个准确、有效的测量方法。杨波等[11]在瓦立安Trilogy加速器上使用CRIS仿真模体和电离室测量了1例患者采用VMAT、静态调强、动态调强三种不同技术的周边剂量，并且采用铅屏蔽保护危及器官，发现铅屏蔽可以进一步降低周围正常组织受量。蒋绍惠等[14]也指出不同铅当量的屏蔽可以显著降低电子线放疗患者的周边剂量。笔者在医科达Synergy加速器上，使用仿真模体和热释光测量了10例肺癌患者的周边剂量。对于晚期肺癌患者，生存期仅几周或几个月时，周边剂量可能引起的二次致癌风险没有意义。但是有研究指出无法手术的早期非小细胞肺癌患者立体定向放疗的效果可以与手术媲美[15]，因此，应更加关注此类患者的周边剂量。本研究从肺癌常规剂量(单次剂量2.0 Gy)着手，测量周边剂量，亦可以类推出早期肺癌立体定向放疗大分割(单次剂量>2.0 Gy)的周边剂量。

本研究在左侧乳腺和甲状腺部位分别放置热释光测量肿瘤的周边剂量，任何测量过程都无法避免误差，本实验的误差主要来自加速器的系统误差(激光线、输出剂量等)和热释光自身剂量刻度引起的不确定性，因此实验前，系统性的调试好加速器的机械及剂量学参数使之误差控制在标准值范围内(如：激光线误差<2 mm、输出剂量误差控制在<2%)；热释光在筛选和剂量刻度时候总不确定度控制在3%～8%[16]。以上因素都有可能导致测量结果绝对值的不确定性，但是这些因素并不影响不同放疗技术及不同屏蔽技术的周边剂量的相对结果值的比较。因此笔者设计了同一测量设备，在VMAT和IMRT两种放疗技术之间的结果对比，显示两种技术之间有显著性差异，VMAT技术引起的周边剂量明显低于IMRT技术，此结果与其他文献结果[6,17]相一致。VMAT是在IMRT的基础之上发展起来的一种调强技术，是目前临床上使用较多的先进的放疗技术，它不但可以保证肿瘤靶区不欠量，还可以进一步降低机器跳数，从而缩短患者的治疗时间。该技术将动态多叶光栅和弧形治疗相结合，通过连续不断的改变机架旋转速度、多叶光栅的到位和剂量率，来进行计划强度的调制，得到临床需要的剂量分布，同时直线加速器保持连续出束，极大缩短了患者的治疗时间，减少了正常器官的运动，此特点在肺癌患者的放疗(极大减少肺部呼吸运动给治疗带来的误差)上效果更明显。VMAT与IMRT技术在肺癌放疗的剂量学方面[18]对比显示，两种技术均能够满足临床的要求，VMAT在靶区均匀性和适形度上优于IMRT,VMAT技术可以降低双肺V20和V30，但是V5高于IMRT技术，两种技术在剂量学方面各有优劣，临床根据实际情况合理选择照射技术。以上两种技术的剂量对比，目前较多的研究是针对射野范围内的靶区及危及器官的对比，而射野之外的散射剂量相关研究较少。笔者搜罗大量文献，发现射野之外的剂量属于辐射防护级别，剂量主要源于机头漏射和散射，因此产生的漏射线和散射线也较少，相对于靶区剂量非常低，现有的质控设备(例：指形电离室只能测量点剂量，测量体积大，准确率低，工作效率低)无法准确测量射野之外的剂量，需借助热释光剂量计进行测量。射野之外的剂量虽然低，但是亦影响敏感器官，为保护敏感器官，降低二次致癌风险，在放疗时候屏蔽野外辐射以达到防护效果。笔者使用铅衣来遮挡辐射线，并且比较不同放疗技术有、无铅衣保护的屏蔽效果。VMAT和IMRT两种放疗技术，在敏感器官甲状腺处使用铅屏蔽后的平均剂量值略低于未使用铅屏蔽[(0.63±0.21)cGy<(0.67±0.19)cGy；(0.97±0.46)cGy<(1.03±0.45)cGy)],左乳腺区使用了铅衣后测量值也明显降低[(11.07±4.61)cGy<(13.12±4.95)cGy；(14.30±4.81)cGy<(16.65±5.09)cGy)]。本研究在使用铅衣屏蔽时候，铅衣与遮挡部位没有完全贴合，可能导致测量数据的不准确。另外，不同的屏蔽装置也可能导致不同的屏蔽效果，需经过实际测量来确定哪种屏蔽效果好。

综上所述，肺癌的VMAT技术可以降低患者的周边剂量，对于生存期较长的早期非小细胞患者，采用VMAT技术可以减少周边剂量，降低二次致癌风险。对于靶区周围的敏感器官，采取合理的屏蔽技术可以进一步降低辐射剂量。