颅脑肿瘤放射治疗时射野外器官吸收剂量体模法测量与分析

邓大平 卢峰 孙洪强 魏玮 姜玉华

250062济南，山东省医学科学院放射医学研究所防护监测室（邓大平、卢峰）；250033济南，山东大学第二医院放疗科（孙洪强、魏玮、姜玉华）

颅脑肿瘤放射治疗时射野外器官吸收剂量体模法测量与分析

邓大平 卢峰 孙洪强 魏玮 姜玉华

250062济南，山东省医学科学院放射医学研究所防护监测室（邓大平、卢峰）；250033济南，山东大学第二医院放疗科（孙洪强、魏玮、姜玉华）

目的 在是否使用楔形板和照射野面积不同的情况下，测量和分析颅脑肿瘤放射治疗时射野外器官的吸收剂量。方法 使用中国成人男性仿真人体模型，模拟颅脑肿瘤放射治疗，采用不使用楔形板的普通方野照射技术组和使用楔形板的三维适形照射技术（3D-CRT）组，普通方野照射技术组分别用2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野进行照射，3D-CRT组分别按等效方野面积分为2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野进行照射；使用热释光剂量计测量射野外器官的吸收剂量并进行分析。结果 颅脑肿瘤靶区处方剂量为100 cGy时，射野外各器官吸收剂量范围为0.13～2.83 mGy。头颈部器官4 cm×4 cm野照射时的吸收剂量与2 cm×2 cm野比较，差异有统计学意义（t=-5.023，P=0.004）；胸腹部器官4 cm×4 cm野照射时的吸收剂量与2 cm×2 cm野比较，差异无统计学意义（t=-1.438，P=0.171）。普通方野照射组头颈部器官、腹部器官的吸收剂量与3D-CRT组比较，差异均有统计学意义（t头=-2.805，P=0.038；t腹=-11.966，P=0.000）。结论 接受颅脑肿瘤放射治疗的患者，射野外器官吸收剂量的大小与照射野面积、是否采用楔形板照射技术有关。接受大野照射的患者，靶区邻近器官吸收剂量越大；照射野面积和处方剂量相同时，使用楔形板的照射技术相对于不使用楔形板的射野外器官的吸收剂量增大。

脑肿瘤；放射疗法，适形；辐射剂量；三维适形照射技术；普通方野照射技术

Fund program:Science and Technology Development Plan of Shandong Province（2009GG10002051）

放疗是肿瘤最常用的治疗方法之一。接受放疗的患者，不仅靶区要受到射线照射，射野外的器官也会受到泄漏的射线和散射线的照射。射线照射对人体的辐射效应分为确定效应和随机效应。一般而言，靶区内肿瘤细胞发生了致死性的确定效应，而远离靶区的器官则可能发生随机效应，由此诱发了癌症的发生[1-3]。辐射致癌效应发生的几率与放疗时射野外器官吸收剂量密切相关。随着放疗设备和技术的改进，肿瘤患者的生存率得到了很大的提高，同时对于长期生存的患者，辐射诱发癌症的研究也越来越多[4-6]。本研究使用国产仿真人体模型，模拟颅脑肿瘤的放射治疗，使用热释光剂量计（thermoluminescent dosimetry，TLD）测量射野外器官的吸收剂量，并对影响因素进行初步探讨。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

中国成人男性仿真人体模型（以下简称体模，CDP1C型，成都方拓公司），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TLD插孔；氟化锂（镁、铜、磷）玻璃管探测器（GS型，中国辐射防护研究院），退火炉240℃，10 min退火，经过对其筛选和刻度，选择重复性及长期稳定性好、环境衰退小、剂量信息的月衰退低于3%的探测器；刻度因子的不确定度为7.2%（k=2）；热释光测量仪（RGD-3B型，北京防化研究院）的测量温度270℃、时间16 s；医用电子加速器（Precise型，瑞典医科达公司）的泄漏辐射率符合GBZ 126-2011《电子加速器放射治疗放射防护要求》[7]。

1.2 研究方法

1.2.1 模拟照射

以颅脑肿瘤为模型，靶区中心设计在颅脑横断面的中心位置，位于体表下8 cm，体表前部的标记中心位于眉心。照射技术分为不使用楔形板的普通方野照射技术组（简称方野组）和使用楔形板的三维适形照射技术（three dimensional conformal radiotherapy，3D-CRT）组。照射野面积分为两组，方野组照射时使用2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野；3DCRT组照射时，等效方野面积分为2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野。方野组的照射角度为0°、90°和270°；3D-CRT组的照射角度为40°、90°和277°。为了得到理想的剂量分布，3D-CRT组40°子野照射时，全部是开野照射，不使用楔形板；90°和277°子野照射时采用两厚端相对的楔形板技术。按照临床治疗过程，使用面罩和真空袋进行体位固定，计算机断层扫描定位，在放疗计划系统上勾画靶区，加速器跳数［监测单位（monitor unit，MU）］的计算采用6 MV X射线源轴距三野照射方案，50%等剂量曲线包绕靶区，靶区处方剂量为100 cGy。两组照射技术各子野的照射角度及MU见表1。

表1 两组照射技术各子野的照射角度及MUTable 1 Radiation degrees and MU of subsidiary fields for two radiotherapy technology

1.2.2 射野外器官吸收剂量测量

头颈部的靶区邻近器官选择腮腺和甲状腺作为测量器官。胸腹部的靶区非邻近器官选择乳腺、肝脏、肺脏、肾脏、脾脏、小肠、膀胱、睾丸等8个器官纳入测量范围。对于肝脏、肺脏、小肠等体积较大或分布较广的器官，TLD多点多层布放，即分为上、中、下3层，布放9个TLD，肾脏、脾脏分为上、下两层，布放4个TLD，测量结果取其平均值；对于腮腺、睾丸等体积较小的器官，TLD单点中心布放。每组在相同的照射条件下各测量3次。

1.3 统计学分析

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析。计量资料经正态性检验符合正态分布，采用平均值±标准偏差（±s）表示；两组的组间均数比较采用配对样本t检验，检验水准α=0.05。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 射野外器官吸收剂量

当颅脑肿瘤靶区处方剂量为100 cGy时，射野外各器官吸收剂量范围为0.13～2.83 mGy。照射野面积和照射技术不同，射野外器官吸收剂量的大小不同（表2）。

表2 颅脑肿瘤放疗时不同照射技术和不同照射野面积的射野外器官的吸收剂量（±s）/mGyTable 2 The out-of-field organ dose in intracranial tumour radiotherapy under different techniques and different radiation field area（±s）/mGy

表2 颅脑肿瘤放疗时不同照射技术和不同照射野面积的射野外器官的吸收剂量（±s）/mGyTable 2 The out-of-field organ dose in intracranial tumour radiotherapy under different techniques and different radiation field area（±s）/mGy

注：头颈部的4 cm×4 cm野与2 cm×2 cm野亚组比较P＜0.05（t=-2.805）；头颈部、腹部的普通方野照射组与3D-CRT组比较P均＜0.05（t头=-2.805，t腹= -11.966）；3D-CRT：三维适形照射技术。

组织器官 测量次数等效方野4 cm×4 cm腮腺 3 0.37±0.04 1.19±0.12 0.70±0.08 2.83±0.25甲状腺 3 0.36±0.04 1.18±0.11 0.52±0.05 1.76±0.18乳腺 3 0.34±0.03 0.35±0.04 0.44±0.04 0.52±0.04肺脏 3 0.26±0.03 0.28±0.03 0.36±0.04 0.54±0.05肝脏 3 0.28±0.03 0.28±0.03 0.38±0.04 0.41±0.04肾脏 3 0.23±0.02 0.28±0.02 0.39±0.04 0.52±0.05脾脏 3 0.24±0.02 0.26±0.02 0.42±0.03 0.54±0.05小肠 3 0.28±0.03 0.24±0.02 0.55±0.05 0.47±0.04膀胱 3 0.22±0.02 0.21±0.02 0.39±0.03 0.35±0.04睾丸 3 0.14±0.01 0.13±0.01 0.35±0.03 0.30±0.03普通方野照射技术组 3D-CRT组方形野2 cm×2 cm方形野4 cm×4 cm等效方野2 cm×2 cm

2.2 照射野面积对射野外器官吸收剂量的影响

将方野组和3D-CRT组联合起来，对两个照射野组进行比较，从表2可见，照射野面积对靶区邻近的头颈部器官吸收剂量的影响很明显，头颈部器官4 cm×4 cm野照射时的吸收剂量与2 cm×2 cm野比较，差异有统计学意义（t=-5.023，P=0.004）；胸腹部器官4 cm×4 cm野照射时的吸收剂量与2 cm× 2 cm野比较，差异无统计学意义（t=-1.438，P=0.171）。

2.3 楔形板照射技术对射野外器官吸收剂量的影响

由于楔形板的屏蔽作用，相对于不使用楔形板的普通方野照射技术，3D-CRT只有输出更多的MU才能使靶区达到处方剂量。本研究中使用楔形板的3D-CRT组较不使用楔形板的方野组，MU增加了约2倍（表1）。将2 cm×2 cm野和4 cm×4 cm野联合起来，从表2可见，方野组头颈部器官的吸收剂量与3D-CRT组比较，差异有统计学意义（t= -2.805，P=0.038）；方野组胸腹部器官的吸收剂量与3D-CRT组比较，差异有统计学意义（t=-11.966，P=0.000）。

3 讨论

头颈部肿瘤放疗后的并发症有11种之多[8]，而并发症的发生与放疗时射野外器官的受照剂量密切相关[9-11]。射野外器官剂量来源主要有两个，一是加速器治疗头的泄漏辐射；二是照射区的散射辐射。对于邻近靶区的器官剂量而言，散射辐射为其主要来源。散射辐射剂量与散射面积（照射野面积）、入射辐射能量、散射角、散射方位角和散射距离等因素有关[12]。颅脑肿瘤放疗时，腮腺和甲状腺距离照射野较近，因而受散射辐射影响大，当照射野面积大时，散射面积增大，器官吸收剂量就高。对于远离靶区的器官，如乳腺、肝脏、肺脏、小肠、睾丸等，由于散射距离远，散射辐射的剂量比例减小，而泄漏辐射的剂量比例增大。在同一位置处加速器治疗头泄漏辐射率是相同的，与照射野面积无关。因此，当吸收器官剂量以泄漏辐射为主时，照射野面积对远离靶区的器官剂量影响不明显。

相对于普通方野照射技术，3DCRT的主要优势是靶区更加适形，能够减少对肿瘤周围正常组织的照射。由于靶区更加适形，3D-CRT可给予肿瘤更高的治疗剂量，而肿瘤周围正常组织接受的剂量不增加甚至是减少，从而提高了肿瘤治愈率。但是在行3DCRT治疗的很多时候，由于受患者身体轮廓、肿瘤位置偏心、组织不均匀等因素的影响，在照射野中必须加入楔形板，以得到理想的剂量分布[13]。Precise型医用电子加速器的物理楔是一楔合成楔形板，它是将一个60°楔形角的楔形板与开野按一定比例混合，合成0°～60°间任意楔形角的楔形板[14]。由于楔形板的屏蔽作用，相对于不使用楔形板的普通方野照射技术，3D-CRT技术只有输出更多的MU才能使靶区达到处方剂量。本实验中使用楔形板的3D-CRT组较不使用楔形板的普通方野照射技术组，MU增加了约2倍。MU增大，加速器的照射时间就延长，治疗头的泄漏辐射也就越大，因而无论是2 cm×2 cm野还是4 cm×4 cm野，3D-CRT组射野外器官吸收剂量均高于方野照射技术组。Milliken等[15]开发了一种叫做omni-wedge的全向楔形板技术，配备在医科达加速器上，由1个开野和2个楔形方向相互垂直的楔形野组成，相对于标准楔形板，可以使MU平均减少37%，由此可见改变楔形野可以降低MU数。也有人在研究机架角固定的情况下，找到机头角和楔形角的最佳组合，以达到降低MU的目的[14]。

综合上述，接受6MV X射线治疗的颅脑肿瘤患者，射野外器官吸收剂量的大小、照射野面积与是否使用楔形板的照射技术有关。接受大野照射的患者，头颈部器官吸收剂量越大，但对胸腹部器官吸收剂量影响不明显。照射野面积和处方剂量相同时，使用楔形板的照射技术相对于不使用楔形板的照射技术，射野外器官的吸收剂量增加。本研究采用100 cGy作为实验处方剂量，射野外各器官吸收剂量范围为0.13～2.83 mGy。临床上总的处方剂量往往在5000～7000 cGy，此时其射野外各器官吸收剂量范围可近似的按“线性”关系推出。

利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突。

作者贡献声明 邓大平负责方法的建立、论文审阅；卢峰、孙洪强、魏玮、姜玉华负责现场实验、论文撰写等工作。

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Test and analysis of out-of-field organ dose in intracranial tumor radiotherapy using phantom

Deng Daping,Lu Feng,Sun Hongqiang,Wei Wei,Jiang Yuhua
Department of Protection and Monitor,Institute of Radiation Medicine,Shandong Academy of Medicine Sciences,Jinan 250062,China（Deng DP,Lu F）;Department of Radiation Oncology,the Second Hospital of Shandong University,Jinan 250033,China（Sun HQ,Wei W,Jiang YH）

Deng Daping,Email：yanzhid@126.com

ObjectiveTotestandanalyzeout-of-fieldorgandoseinintracranialtumorradiotherapy with or without wedges and in different radiation field areas.MethodsThe absorbed doses of out-of-field organs were measured using a thermoluminescent dosimeter by intracranial tumor radiotherapy simulation in the domestic phantom.The tests were grouped according to radiation field areas and techniques. Common square field techniques do not use wedges,whereas 3D conformal radiotherapy（3D-CRT）uses wedges.The radiation field area was divided into 2 cm×2 cm and 4 cm×4 cm fields.ResultsThe absorbed doses of out-of-field organs ranged from 0.13 mGy to 2.83 mGy per 100 cGy prescription dose. The doses of organs adjacent to the target area are higher after irradiation using the 4 cm×4 cm field than after irradiation using the 2 cm×2 cm field（t=-5.023,P=0.004）;however,no statistically significant（t= -1.438,P=0.171）difference can be found in organs non-adjacent to the target area.The doses of organs are higher after irradiation using 3D-CRT with a wedge than after irradiation using common square field techniques without a wedge regardless ofwhethertheorgansareadjacenttothetargetareaor not（t头= -2.805,P=0.038;t腹=-11.966,P=0.000）.ConclusionsThe absorbed doses of out-of-field organs of thepatients who received intracranial tumor radiotherapy are associated with radiation field areas and techniques.The doses of organs adjacent to the target area increase as the radiation field area increases in size.Given a uniform radiation field area and prescription dose,the absorbed doses of out-of-field organs irradiated by radiotherapy techniques with wedges are higher than those of organs irradiated by radiotherapy techniques without wedges.

Brain neoplasms;Radiotherapy,conformal;Radiation dosage;Three dimensional conformal radiotherapy;Common square field techniques

邓大平，Email：yanzhid@126.com

10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2016.04.007

山东省科技发展计划（2009GG10002051）

2016-03-11）