2. 吉林大学第二医院
2. The Secend Hospital of Jilin University
术后放疗是乳腺癌标准治疗方式之一, 据统计, 大约70%~80%的乳腺癌患者需要使用术后放疗[1]。电子线放疗非常适合浅表肿瘤, 在乳腺癌根治术后, 电子线治疗能在对敏感器官(心、肺)剂量保护的同时杀死靶区术后残余的表浅肿瘤细胞, 起到防止复发的作用。当前在乳腺癌方面的研究发现, 乳腺癌术后的电子线照射需保证足够的皮下剂量, 但保证足够皮下剂量的同时, 关键危险器官的剂量分布会随之升高[2-3]。所以为了保证靶区和周围正常器官合适的剂量分布, 靶区的勾画设计与精准的摆位便成为电子线照射的重要因素[4]。电子线治疗过程中照射方式为二维平面照射, 照射野直接对应靶区范围, 角度的变化对电子线的剂量曲线的影响很大, 所以旋转角度的变化对电子线治疗靶区剂量的影响不容忽视。本研究使用仿真人体等效组织模型探究角度变化对电子线放疗靶区胸壁及敏感器官肺、心脏的剂量分布的影响, 以期为乳腺癌术后治疗计划的完善提供剂量学依据。
1 材料与方法 1.1 材料与仪器人体组织等效模型购自四川科艺有限公司, 模型有效性经国际原子能机构(IAEA)认可。0.5 cm厚聚苯乙烯等效膜, 密度为1.026 g/cm3。电子线放疗设备使用美国瓦里安23EX型医用电子直线加速器, 系统性偏差已经过医院物理师校准。受照剂量的测定使用BR 2000D热释光剂量仪, 热释光剂量片使用GR -100型LiF (Mg, Cu, P)热释光剂量片, 直径4.5 mm, 厚度0.8 mm, 经筛选剂量偏差小于3%。
1.2 实验方法 1.2.1 测量点选择与测量以人体组织等效模型模拟成年女性左乳乳腺癌根治术术后放疗, 体膜表面覆盖0.5 cm等效膜, 在射野处胸壁均匀选取4 × 5个测量点, 测量区域覆盖整个射野, 按从人体中线侧到人体左臂侧分为左1、左2、右2、右1四个部分(见图 1); 在患侧肺上缘均匀取7个测量点; 心脏上缘均匀取11个测量点; 健侧肺上缘均匀取13个测量点。每个测量点安置两个热释光剂量片, 各部位测量结果为所取测量点的平均值, 使用与体膜同样的等效材料填充空隙, 消除空腔对测量的影响。
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图 1 人体组织等效模型与胸壁测量点选择 |
人体组织等效模型模拟成年女性左乳乳腺癌术后放疗患者, 平放于治疗床上, 照射使用6 MeV电子束, 剂量率:400 cGy/min, 每跳输出时间:0.6 s。射野面积为20 cm × 20 cm, 射野上界为前肋下缘, 下界为乳腺褶皱之下2 cm, 左界为人体中线, 右界为腋中线, 源皮距为100 cm。选取350°、355°、5°、10°四个变化角度作为实验组, 照射角度为0°组为对照组, 对照组摆位方式为使机架垂直于地面, 使照射野切线平行于地面。
1.3 数据处理采用SPSS 15.0统计软件进行实验数据分析, 计量资料以(x ± s)表示, P < 0.05表示差异有统计学意义。多实验组之间比较使用方差分析。采用Origin 8.0软件绘图。
2 结果 2.1 旋转角度对胸壁接受剂量的影响电子线放疗过程, 0°照射组胸壁受照剂量为(1.78 ± 0.24) Gy, 而取350°、355°、5°、10°旋转角度组胸壁受照剂量分别为(1.71 ± 0.28) Gy、(1.71 ± 0.29) Gy、(1.65 ± 0.29) Gy、(1.74 ± 0.26) Gy, 均有降低, 但差距无统计学意义(P > 0.05), 见图 2。
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图 2 旋转角度对胸壁接受剂量的影响 |
电子线放疗过程, 取350°、355°、5°、10°旋转角度组胸壁不同区域受照剂量分别相对于各自对照组均存在一定程度变化, 其中靶区中央受照剂量剂量降低值高于靶区边缘。其中355°旋转时靶区边缘受照剂量降低值最高, 靶区中央左1和右1受照剂量降低值为(0.22 ± 0. 13) Gy, 而靶区边缘左2和右2受照剂量降低值为(0.01 ± 0.15) Gy, 差异无统计学意义(P > 0.05), 见图 3。
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图 3 旋转角度对胸壁不同区域接受剂量的影响 |
电子线放疗过程, 0°照射组患侧肺、心脏、健侧肺受照剂量分别为(0.79 ± 0.15) Gy、(0.66 ± 0.15) Gy和(0.21 ± 0.08) Gy, 取350°、355°、5°、10°旋转角度组受照剂量变化不一, 其中取350°、355°、10°旋转角度组受照剂量降低, 差异无统计学意义(P > 0.05), 而取5°旋转角度组受照剂量明显升高, 其中患侧肺和健侧肺受照剂量分别为(1.06 ± 0.23) Gy和(0.31 ± 0.11) Gy, 差距有统计学意义(P < 0.05), 见图 4和表 1。
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图 4 旋转角度对敏感器官受照剂量的影响 |
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表 1 5°旋转角度增大敏感器官的受照剂量 |
自1980年法国居里研究所首次将电子线的胸壁照射作为乳腺癌根治术后的治疗手段后, 电子线治疗在世界范围内已成为乳腺癌术后的常规治疗手段。据调查, 目前电子线照射或混合线照射仍是我国乳腺癌术后放疗的主要治疗手段[5]。当前在乳腺癌方面的研究也发现, 乳腺癌术后电子线照射中足够的皮下剂量是临床应用中应当确保的[6]。但是, 增加电子线照射的剂量会升高关键敏感器官的剂量分布, 所以精准的摆位便成为保证电子线放疗疗效的重要因素。已有研究发现, 电子线治疗中摆位误差会产生的靶区剂量变化, 约3%~5%的剂量改变便可导致靶区欠剂量而敏感器官过剂量, 引发肿瘤复发或并发症的产生, 且随着误差的增大受照剂量与设计剂量之间的差别也会越大[7]。电子线治疗过程中照射方式为二维平面照射, 照射野直接对应靶区范围, 角度的变化对照射剂量影响较大, 而国内相关研究相对匮乏[8]。
由于涉及到伦理问题, 在人体上直接进行放疗的剂量学研究不被允许, 本研究采用人体组织等效模型为研究对象, 用以模拟乳腺癌术后的电子线放疗, 系统的评价角度变化引起的剂量分布变化。本研究发现, 当设置了350°、355°、5°、10°四个旋转角度后, 胸壁靶区的受照剂量相对0°未旋转组降低, 其中5°旋转时受照剂量降低最多, 但差距均无统计学意义, 表明旋转角度对靶区的接受剂量没有明显影响。这与Fu[9]等对前列腺调强放疗的研究一致, 该研究探究了在三个笛卡尔轴方向的3°以内的旋转摆位误差, 发现前列腺靶区受照剂量均降低但没有统计学差异。同时本研究也探究了靶区不同区域剂量分布的变化, 发现靶区中央受照剂量降低较少, 靶区两侧边缘部位受照剂量的降低程度高于靶区中央部位, 其中355°、5°旋转对靶区边缘的受照剂量影响较大, 这提示旋转角度更易影响到靶区边缘。王鑫[10]等研究了鼻咽癌患者调强放疗过程中摆位误差的产生因素, 发现靶区中央剂量差别不大, 而茎突后、后组筛窦和眶尖等靶区边缘部位剂量变化差异较大, 结合本研究说明, 鉴于靶区边缘剂量的不确定度, 旋转角度更易降低靶区边缘接受剂量, 降低治疗效果。敏感器官的受照剂量在旋转角度设置后相对于0°未旋转组变化不一, 其中5°旋转角度时, 患侧肺和健侧肺受照剂量明显提高, 心脏受照剂量也有一定提高, 而其他旋转角度敏感器官受照剂量没有明显提高。原因可能在于电子线照射为平面照射, 旋转角度5°时, 射野向人体左臂方向旋转, 拉近了电子流与敏感器官的距离, 这提示5°的旋转角度能明显提高敏感器官的受照剂量, 可能会增大放射性肺炎等并发症的发病率。Guckenberger[11]等采用KVCBCT引导放疗技术发现, 胸部肿瘤患者的水平旋转误差为1.13° ± 2.78°, 其中旋转角度偏向人体左臂方向的患者同侧肺平均剂量(MLD)和同侧肺接受≥20 Gy照射的百分体积(V20)高于旋转角度较小的患者, 与本研究结果类似。从以上的变化趋势看, 5°的旋转角度变化对边缘受照剂量的影响较大, 并明显增强敏感器官的受照剂量, 因此本研究建议摆位误差难以规避时, 可适当向人体中线方向旋转以减少敏感器官受照剂量。
本研究主要探究了角度变化对乳腺癌保乳术术后电子线放疗计划剂量分布影响, 发现角度的变化降低了靶区边缘受照剂量, 并在5°的旋转角度时增加了敏感器官的受照剂量。鉴于本研究结果, 建议临床上多关注旋转角度对电子线放疗的影响, 以提高疗效并降低并发症发生。
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