組織填充模體與皮膚間空腔對放射治療的影響

胡嘉晨

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射治療科 （上海 200032）

在放射治療中，部分患者的病灶處于較淺表部位，需要提高皮膚淺表部位的放射劑量。由于X線與物質(zhì)的作用存在建成效應(yīng)，臨床常使用6 MV的X線并在患者皮膚上覆蓋組織填充模體來進(jìn)行放射治療，且組織填充模體應(yīng)緊貼患者皮膚。

實際操作中，常采用標(biāo)準(zhǔn)化組織填充模體進(jìn)行加蓋，但是標(biāo)準(zhǔn)化組織填充模體存在彈性、延展性、光滑程度等限制，難以完全貼合患者患處的形狀，兩者之間有時會存在著形狀不規(guī)則的小空氣腔體，如圖1。這些小空腔可能會影響患者淺表部位的計量分布，現(xiàn)對此進(jìn)行討論。

圖 1 患者加蓋組織填充模體

1 空腔影響原因

當(dāng)X線照射到人體時，射線的強(qiáng)度隨入射的厚度近似為指數(shù)衰減，光子的能量主要通過在皮膚以及皮膚下組織中產(chǎn)生的次級電子傳遞。次級電子的數(shù)量隨深度的增加而減少且存在一定的射程，故從表面到最大劑量區(qū)域之間存在一個劑量逐漸上升的建成區(qū)。在患者患處加蓋組織填充模體可使患者體內(nèi)的最大劑量區(qū)域深度上提，進(jìn)而加大體表劑量。空腔對X線的劑量會產(chǎn)生影響：一方面，空氣與皮膚的界面處會缺乏電子平衡而導(dǎo)致組織吸收劑量減少；另一方面，空腔又會導(dǎo)致光子、次級電子散射線的存在使前后劑量增加。當(dāng)射野相對于空腔截面足夠大時，兩種狀況綜合后空腔對劑量的影響較小[1]。

當(dāng)空腔處于較淺部位時空腔效應(yīng)（綜合劑量跌落效應(yīng)和建成效應(yīng)）影響較大，較大的射野可以降低空腔效應(yīng)[2]，不過，文獻(xiàn)[2]中所討論的主要為空腔深度4 cm以上的情況。隨著立體定向放射治療和調(diào)強(qiáng)放射治療的推廣，一些射野的子野形狀不規(guī)則且面積較小，實際情況比較復(fù)雜。

圖1中加蓋的組織填充模體厚度為0.3 cm，空腔形狀不規(guī)則，與皮膚距離最大處約有1 cm。乳腺癌根治術(shù)后重建填充假體患者的患處一般較圖1患者更大，且與胸壁輪廓過渡稍平滑，組織填充模體與皮膚的貼合程度相對略好，但部分空腔的存在仍難以避免。檢索文獻(xiàn)后考慮通過以下兩種方式對淺表劑量進(jìn)行計算測量。

2 空腔影響的測量方法

2.1 膠片疊加外推法測量

本研究所針對的感興趣區(qū)域位置較淺，半導(dǎo)體探測器體積較小但是存在劑量率、能量、方向響應(yīng)的問題[3]，外推電離室等設(shè)備操作相對復(fù)雜，故可參考膠片疊加外推法[4]?？稍谖墨I(xiàn)[4]實驗方案的基礎(chǔ)上，在膠片的上方不同距離處設(shè)置組織填充模體進(jìn)行照射以評估淺表小空腔對劑量的影響。但是對于傾斜入射情況，這種方法存在一定的局限性[4]。

2.2 治療計劃系統(tǒng)計算且用蒙特卡羅模擬對比驗證

通過治療計劃系統(tǒng)對掃描體模所得數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計算可以得到更大的數(shù)據(jù)量，且更易于控制實驗條件。搜索文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，一些治療計劃系統(tǒng)對空腔的計算存在誤差，而蒙特卡羅模擬（MCNP）可以通過對粒子輸運(yùn)過程的模擬來計算能量傳輸沉積，常被用來評價其他算法。

依據(jù)王曉東[5]就小體積空腔邊緣劑量的影響研究，通過使用XVMC、MGS算法以及蒙特卡羅模擬分別計算驗證。二次建成效應(yīng)隨空腔的增大而增大但都被低估，空腔下表面的計算值相較蒙特卡羅模擬的計算值存在較大誤差。見表1。

楊振等[6]通過對利用瓦里安Eclipse系統(tǒng)（6.5版）內(nèi)含算法的PB算法、利用飛利浦Pinnacle（8.0M版）內(nèi)含算法的CS算法和蒙特卡羅模擬進(jìn)行對比驗證，研究了位于體模4 cm深度空腔的小射野情況下兩種算法的精度。當(dāng)射野面積在3 cm×3 cm以上時PB算法和CS算法都比較準(zhǔn)確；當(dāng)射野面積更小時，CS算法精度優(yōu)于PB算法，但在空腔周圍仍存在劑量高估現(xiàn)象[6]。

表1 距上表面5 cm不同體積空腔的劑量計算誤差（%）

針對較上述實驗中空腔位置更淺表的病灶，可以參考其實驗過程在蒙特卡羅模擬軟件中構(gòu)建加速器模型和空腔位于淺表位置的人體體模，或者在獲取患者CT數(shù)據(jù)時就加蓋組織填充模體并將醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式導(dǎo)入到蒙卡程序中構(gòu)建真人模型。獲得的計算數(shù)據(jù)可以與治療計劃系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗證。

由于患者體表形狀的不規(guī)則，直接加蓋標(biāo)準(zhǔn)化的組織填充模體時難以避免會出現(xiàn)一些體積較小的空腔。當(dāng)射線穿過非均勻介質(zhì)時會出現(xiàn)側(cè)向電子失衡現(xiàn)象，若治療計劃系統(tǒng)按照電子平衡計算會高估低密度介質(zhì)的劑量[3]。目前，針對小體積淺表部空腔對劑量影響的研究較少。參考以上實驗數(shù)據(jù)，可推測空腔的存在可能會對患者淺表部位的劑量計算產(chǎn)生影響，我們更傾向于使用蒙特卡羅模擬做計算驗證。

3 討論

實際操作中，需要先采集患者的影像數(shù)據(jù)以供勾畫治療靶區(qū)，此時尚不能確定后續(xù)治療中是否需要添加以及添加厚度為多少毫米的組織填充模體。常規(guī)方法是需要加蓋組織填充模體時在放射治療計劃系統(tǒng)中選擇添加，但此方法難以預(yù)估和計算可能存在的空腔大小?？煽紤]在確認(rèn)需要添加時，通過加蓋相應(yīng)組織填充模體并盡量減小空腔體積獲取新的影像數(shù)據(jù)，以優(yōu)化小空腔的劑量計算，同時詳細(xì)記錄組織填充模體與患者的相對位置以便在后續(xù)放射治療中復(fù)現(xiàn)患者體位，進(jìn)而優(yōu)化放射治療的整個流程。

頭頸部腫瘤患者需要提高淺表劑量時，可將標(biāo)準(zhǔn)化組織填充模體裁切并固定在面罩內(nèi)部（圖2），使其與患者皮膚盡量緊貼。放射治療的1個療程通常要進(jìn)行數(shù)周，期間可能結(jié)合化療，很多患者由于食欲不振、消化道放射損傷等原因?qū)е麦w重減輕，將裁切后的標(biāo)準(zhǔn)化組織填充模體固定在面罩內(nèi)部可減少面罩相對變松對貼合程度的影響。

圖 2 患者面罩內(nèi)固定組織填充模體

圖1中的患者以及某些乳腺癌患者由于體位等因素影響不適合采用熱塑體罩固定，可考慮依據(jù)患者體表輪廓定做蠟?zāi)；騻€體化的組織填充模體，再經(jīng)過CT定位獲取影像數(shù)據(jù)制定放射治療計劃?，F(xiàn)階段3D打印技術(shù)費(fèi)用過高，會增加患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。石蠟?zāi)Ｐ统杀鞠鄬Φ土m用于乳腺癌根治術(shù)后患處相對平坦需要提高胸壁劑量的患者。針對圖1中的患者以及乳腺癌根治術(shù)后重建乳房假體患者，其患處可能受蠟?zāi)５膲毫Χ冃?，擺位操作時應(yīng)多加注意。如果使用標(biāo)準(zhǔn)化組織填充模體，在優(yōu)化算法的前提下，每次擺位時應(yīng)注意復(fù)現(xiàn)模體與患者的相對位置，以盡量減小空腔的影響。

由于淺表放射劑量的提高，患者可能會出現(xiàn)放射性皮炎、皮膚破損的情況，應(yīng)及時通知醫(yī)師做相應(yīng)處理，以減輕患者疼痛并使其堅持完成治療。在條件允許的情況下，如果進(jìn)行調(diào)強(qiáng)放射治療，可以考慮適當(dāng)加大子野面積以減少空氣腔體的影響。此外，考慮頭頸部有額竇、上頜竇等位置較淺的空腔，如果放射治療計劃涉及到這些區(qū)域也可以對此做相應(yīng)的模擬研究。