发泡胶对鼻咽癌调强放疗计划的剂量学影响

陈善凤，叶铭兰，梁少杰，谭俊昌，江国文，陈伙辉，黄家满

肇庆市第二人民医院 放疗物理技术科，广东 肇庆 526300

引言

随着放疗技术的发展，放射治疗（以下简称“放疗”）进入了“三精”放疗时代，即精确定位、精确计划和精确放疗。体位固定是放疗活动的重要环节之一，医务工作者使用各种体位固定装置和辅助设备对患者进行个体化固定。头颈部组织结构复杂，危及器官多且剂量要求严格，颈部位置容易活动，对体位固定要求更高。发泡胶（又称人体定位垫）以其具有根据人体结构主动塑形、成型后结构牢固耐用、固定精度高、摆位重复性好、舒适度强等特点被广泛应用于放疗患者各个部位的个体化固定过程中，其中以头颈部的使用最为普遍[1-5]。目前对于发泡胶的报道大多是研究摆位误差，对放疗中剂量的影响报道较少，多项研究表明放疗过程中使用的体位固定装置会影响实际的剂量分布[6-9]。本文分析发泡胶厚度对中心剂量的影响，再以头颈部肿瘤鼻咽癌为例，通过计算和分析，探讨发泡胶对鼻咽癌调强放疗计划的剂量学影响，为临床实践提供参考。

1 材料与方法

1.1 发泡胶厚度对中心点剂量的影响

1.1.1 材料

Varian Clinac CX 直线加速器，使用临床常用能量6 MV X 线测试，SUN NUCLEAR PC Electrometer 剂量仪和PTW 0.6 cm3指型电离室，30 cm×30 cm 有机玻璃等效固体水，自制15 cm×15 cm 方形发泡胶模体。

1.1.2 测量方法与评价目标

为测量发泡胶不同厚度对射线的影响，在加速器条件下出束测量中心点剂量。制作发泡胶方形模体，为节省材料和减少因模体叠加产生间隙的影响，将模体裁剪成1、3、5 cm 各一块，2 cm 两块，边长约15 cm。在加速器下放置固体水，固体水边长30 cm，高20 cm，源到固体水表面距离为100 cm，输出200 MU，记录水下5 cm 处中心点剂量。依次将发泡胶模体放置在固体水表面中心位置，测量发泡胶厚度为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12 cm时的点剂量，每组数据测量重复3次，取平均值。将发泡胶在某一厚度与发泡胶厚度为0时的剂量差值百分比作为发泡胶不同厚度对射线的影响，计算方法如公式（1）所示。

式中，D0为发泡胶厚度为0 时的剂量值；Dn为发泡胶厚度为1～12 cm 其中一个厚度时的剂量值；n为发泡胶不同厚度。

1.2 发泡胶对鼻咽癌放疗计划的影响

1.2.1 临床资料

随机选取我院接受调强放疗的早期鼻咽癌患者11 例为研究对象，其中，男8 例、女3 例，临床分期为T1～T2 期，所有患者均使用头颈肩热塑膜联合发泡胶进行体位固定。患者CT 扫描范围为颅顶到锁骨下2 cm，图像扫描层厚3 mm，重建层厚3 mm。图像传输至治疗计划系统（Treatment Planning System，TPS），使用Eclipse 10.0 放疗计划系统，由高年资的放疗医师根据中国鼻咽癌放射治疗指南（2020 版）[10]勾画鼻咽部肿瘤计划靶区（Planning Gross Tumor Volume of Nasopharyngeal Carcinoma，PGTVnx）、颈部淋巴计划靶区（Planning Gross Tumor Volume of Cevical Node，PGTVnd）、高危临床靶区及高危淋巴引流区（Planning Clinical Target Volume，PCTV1）、预防照射区（Planning Clinical Target Volume，PCTV2）及需要关注的危及器官（Organs at Risk，OAR）包括脑干、脊髓、晶体、视神经、视交叉、腮腺。PGTVnx、PGTVnd、PCTV1、PCTV2的处方剂量分别为70、68、64、56 Gy，共32 次。

1.2.2 模拟计划设计

设计模拟计划时，每一例患者都勾画两种不同的皮肤外轮廓，首先在原有CT 图像基础上复制出一套CT图像，形成两套一样的CT 图像。一种CT 图像外轮廓仅勾画人体正常皮肤，不包含发泡胶如图1a 所示；另一种则将发泡胶也勾画进人体皮肤外轮廓进行剂量计算，见图1b。在TPS 中随机选取10 个发泡胶CT 值，平均值为（-927.08± 32.27）HU。

图1 两种不同的外轮廓勾画图

在TPS 上设计起始机架角度为 160°、终止角度为200°的9 野共面均分放疗计划，将正常皮肤外轮廓（即不包含发泡胶）计算优化的调强计划记为Plan A，然后将该计划转移到包含发泡胶外轮廓的CT 图像上，在保持射野分布、优化条件及计划跳数不变的情况下重新计算剂量分布，得到包含发泡胶外轮廓的放疗计划，记为Plan B。

1.2.3 评价目标及数据比较

使用靶区的最大剂量（Dose Maximun，Dmax）、最小剂量（Dose Minimun，Dmin）、平均剂量（Dose Mean，Dmean）、100% 处方剂量靶区覆盖率（Coverage，CR）和均匀性指数（Homogeneity Index，HI）作为靶区的剂量学变化指标，危及器官脑干、脊髓、晶体、视神经、视交叉等评价目标为Dmax，其中腮腺评价为Dmean。所有数据均可以从剂量体积直方图（Dose Volume Histogram，DVH）中获取。其中HI的计算方法如公式（2）所示。

式中，D2%、D50%和D98%分别为靶区2%、50%和98%体积接受的照射剂量。HI的值越小（越接近0）表示靶区剂量的均匀性越好，值越大表示靶区剂量均匀性越差。CR的计算方法如公式（3）所示。

式中，VR-T为100%处方剂量所覆盖的靶区体积；VT为靶区体积。

为评估发泡胶对鼻咽癌放疗计划患者颈后部的皮肤剂量的影响，根据日常工作中发泡胶模型的制作习惯所形成的发泡胶厚度，分别选取本研究中所选患者的发泡胶模体的最厚处、最薄处及最厚最薄两点之间的中位厚度，以此形成一个厚度梯级来分析发泡胶模体不同厚度对剂量的影响。最厚、中位厚度、最薄处分别记为D1、D2、D3，如图2 所示，D1、D2、D3 分别为在患者人体正中矢状面上贴近头颈部表皮处的直径为4 mm 的小圆点，中位厚度D2 与D1、D3 之间的平均厚度误差不超过5 mm。比较三个点的最小剂量值和平均剂量值，最小剂量值为皮肤表面剂量，人体皮肤厚度（不包括皮下脂肪层）为0.5～4.0 mm[11-12]，直径为4.0 mm 的小圆点可表示皮肤局部剂量。

图2 剂量点D1、D2、D3位置显示图

1.3 统计学分析

采用 SPSS Statistics 17.0 软件进行统计学分析，数据用±s表示。对评估目标进行配对t检验，分析数据的显著性差异，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 发泡胶不同厚度对剂量的影响

通过测量发泡胶不同厚度对射线影响的实验所得，发泡胶厚度为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12 cm时与发泡胶为0 cm 时的剂量差值百分比分别为0.22%、0.28%、0.52%、0.66%、0.79%、1.06%、1.11%、1.18%、1.38%、1.50%、1.99%，即发泡胶厚度为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12 cm 时中心点剂量分别降低了0.22%、0.28%、0.52%、0.66%、0.79%、1.06%、1.11%、1.18%、1.38%、1.50%、1.99%。从结果可看出，随着发泡胶厚度的增加，对射线的衰减也随之增加。

2.2 发泡胶对鼻咽癌放疗计划的剂量学影响

2.2.1 发泡胶对鼻咽癌放疗计划的靶区剂量学影响

如表1 所示，在将发泡胶加入外轮廓后，PGTVnx、PGTVnd、PCTV1、PTV2的各个靶区剂量均有不同程度的降低，其中对最大剂量和平均剂量影响最大，最大剂量分别降低了0.68%、0.78%、0.56%、0.56%，平均剂量分别降低了0.63%、0.86%、0.71%、0.90%，其偏差具有统计学意义。各个靶区的剂量均匀性指数HI 受发泡胶的影响较小，所有患者的平均偏差均小于1%，且均无统计学意义。发泡胶对各个靶区的100% 处方剂量CR 影响比较大，发泡胶加入外轮廓后，各个靶区的100% 处方剂量靶区覆盖率分别降低了3.06%、5.1%、1.01%、3.03%，如图3 所示，各靶区处方剂量的覆盖体积均有所降低，颈部淋巴结的剂量覆盖率变化最大，差异结果具有统计学意义。

表1 11例鼻咽癌计划两种外轮廓的靶区剂量学参数（±s）

表1 11例鼻咽癌计划两种外轮廓的靶区剂量学参数（±s）

注：Dmax：最大剂量；Dmin：最小剂量；Dmean：平均剂量；CR：100% 处方剂量靶区覆盖率；HI：均匀性指数。

靶区剂量参数Plan A（无发泡胶）Plan B（含发泡胶）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

图3 1例典型的鼻咽癌两种外轮廓放疗计划的DVH图

2.2.2 发泡胶对鼻咽癌放疗计划中危及器官的剂量学影响

如表2 所示，由于发泡胶对射线的衰减，结果显示Plan B 危及器官剂量均低于Plan A，脊髓、视交叉、视神经的最大剂量之间存在显著性差异，分别降低了1.1%、0.6%、0.5%、0.4%，腮腺的平均剂量降低了0.2%，均有统计学意义（P＜0.05）。

表2 11例鼻咽癌计划两种外轮廓的危及器官剂量学参数（±s）

表2 11例鼻咽癌计划两种外轮廓的危及器官剂量学参数（±s）

注：Dmax：最大剂量；Dmean：平均剂量。

危及器官剂量参数Plan A（无发泡胶）Plan B（含发泡胶）t值P值脑干Dmax/cGy4728.23±191.144703.92±188.711.3400.210脊髓Dmax/cGy4037.5±30.133993.38±48.684.9190.001视交叉Dmax/cGy4266.57±1565.284241.05±1567.164.5430.001右视神经Dmax/cGy3317.33±1760.183301.38±1751.952.3410.041左视神经Dmax/cGy3264.15±1838.883250.03±1827.922.4380.035右晶体Dmax/cGy471.48±203.97469.86±202.491.7150.117左晶体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 发泡胶对鼻咽癌放疗计划的皮肤剂量学影响

如表3 所示，发泡胶厚度最大处皮肤剂量最高，厚度越小，剂量越低。D1、D2、D3 有发泡胶时最小值剂量相应增加了54.44%、62.57%、22.47%，最小值点最贴近皮肤表面，平均剂量值增加了24.79%、29.44%、8.04%。

表3 11例鼻咽癌计划两种外轮廓的计划皮肤剂量学参数（±s）

表3 11例鼻咽癌计划两种外轮廓的计划皮肤剂量学参数（±s）

注：Dmin：最小剂量；Dmean：平均剂量。

剂量点发泡胶厚度/cm剂量参数Plan A（无发泡胶）Plan B（含发泡胶）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 讨论及结论

放疗是鼻咽癌的主要治疗手段，鼻咽周围器官重要且紧密，对固定装置的要求非常高。头颈肩联合发泡胶对鼻咽癌进行体位固定的组合方式具有记忆功能，能使患者头、颈、背部紧贴发泡胶固定垫，减少位移，有利于脑干、脊髓等危及器官的剂量控制，提高了患者的舒适度和重复性[13]。

发泡胶虽然属于低密度材料，但并非是空气等效材料，射线在穿过发泡胶时仍然会发生衰减和散射，必然对临床计划的剂量分布产生影响。根据测量发泡胶不同厚度对射线的影响的结果显示，当发泡胶厚度超过6 cm 时，单射野射线200 cGy 的剂量就会衰减1%。由此可见，发泡胶虽然是低密度材料，但仍然会对射线剂量产生不小的影响。而且发泡胶贴近人体皮肤，对皮肤及表浅组织的剂量影响更大。通过本研究发现，加入发泡胶作为外轮廓计算剂量后，造成了射线的散射和建成效应的变化，降低了靶区和危及器官的平均剂量和最大剂量，靶区平均剂量降低了0.63%～0.90%。表1 的结果显示，把外轮廓加入发泡胶后，PGTVnd的处方剂量覆盖率为93%（小于95%），其他靶区的处方剂量覆盖率均大于95%，对PGTVnd处方剂量覆盖率影响较大，主要可能是淋巴在颈部离体表皮肤较近，且位置上在发泡胶厚度最大处。放疗肿瘤组织（RTOG）H-0222 实验指南[14]指出在头颈部肿瘤中，95%靶区应该被处方剂量线覆盖，即靶区覆盖率应大于95%。发泡胶的加入虽然降低了靶区剂量，其偏差还不足以影响临床放疗计划的目标剂量，但这只是影响剂量误差的一个因素，如果再加上治疗床、纤维板等因素的影响，可能满足不了放疗计划的临床剂量需求。

表2 及图3 的结果显示，在发泡胶加入外轮廓计算剂量后，由于射线在穿过发泡胶时会发生衰减，危及器官剂量均有所降低，其中脊髓、视交叉、视神经和双侧腮腺的结果存在显著性差异，比较结果与辜石勇[15]、覃仕瑞[16]等的研究结果相似。

表3 的结果显示，发泡胶的加入提高了患者颈后部的皮肤剂量，在发泡胶最厚处颈后皮肤剂量可达30 Gy。临床放疗常用的X 线（6 MV）的最大剂量点深度约为1.5 cm，由于剂量建成区效应，皮肤表面剂量约为50%左右[17]。然而由于各种固定器材（标准头枕、发泡胶、真空袋和各种固定纤维板等）的使用，这些紧贴患者体表的固定装置相当于在体表增加了一层组织等效物，使皮肤表面剂量高于50%，导致皮肤剂量升高。Cheung 等[18]研究真空袋对6 MV 射线的衰减时发现，由于射线的建成效应，厚度为2.5 cm 的真空袋可使皮肤的表面剂量提高一倍，且皮肤表面剂量随真空袋厚度增加而增大。Connor 等[19]研究腹压板对患者皮肤剂量的影响时发现，腹压板使患者的皮肤剂量增加了15%～33%，同时靶区覆盖降低了19%。本研究中患者后颈及后脑的皮肤剂量增加，导致实际放疗后期（20～25 次）患者出现后脑皮肤干燥、色素沉着、局部脱发现象。发泡胶厚度越大，皮肤剂量增加得越多，因此在实际临床应用中，在保证体位固定准确情况下发泡胶厚度应尽可能薄。

鼻咽癌放疗靶区范围广且射野角度跨度大，调强放疗在实施过程中，当加速器机架运动到一定角度时，射线必然要经过治疗床和体位固定装置，这些设备都会造成射线的衰减和散射，影响实际的治疗剂量[20-22]。本文仅在患者矢状面上根据发泡胶的厚度取了3 个点代表皮肤剂量，然而当加速器机架运动到两边角度，射线斜穿过发泡胶时，其路径长于发泡胶矢状面的厚度，其厚度对剂量的影响需在后续的研究中评估。且根据不同医院的专业水平不同，发泡胶制作的厚度也各有差异，对治疗剂量的影响也各有差别。随着放疗技术的发展，越来越多的固定装置和材料被引入到放疗中，建议在进行放疗计划设计时，将体位固定装置和材料考虑在内，以保证剂量计算的准确性。