2018, Vol. 38
2. 100142 北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所放疗科 恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室;
3. 136100 公主岭, 吉林国文医院放疗科
2. Key Laboratory of Carcinogenesis and Translational Research(Ministry of Education), Department of Radiotherapy, Peking University Cancer Hospital & Institute, Beijing 100142, China;
3. Department of Radiotherapy, Jilin Guowen Hospital, Gongzhuling 136100, China
急性淋巴细胞性白血病、中枢神经系统肿瘤和淋巴瘤等是儿童常见的恶性肿瘤[1]，其中霍奇金淋巴瘤(HL)等主要病种均对放疗敏感[2]。随着技术的不断进步，放疗在儿童肿瘤治疗中扮演越来越重要的角色。但儿童患者体型较小、依从性差等特殊情况也对放疗的摆位精度提出了更高的要求[3]，图像引导也因此更显必要。以千伏锥束CT(kV-CBCT)为代表的图像引导放射治疗(IGRT)可为肿瘤靶区提供致死性高剂量的同时，还可降低周围正常组织剂量，提高放射治疗的增益比[4-8]。不同于治疗射线的个体化精确准直，较大的成像射野给更多正常器官和组织带来的额外剂量已然成为重要的公共卫生问题。据文献报道，青少年由于体型较小，在相同扫描参数下各重要器官会获得比成人更高的辐射剂量[9-11]，而该差异又会被分次放疗所需的反复成像进一步放大。儿童放射敏感性更高以及更长的可预期生存时间[12-13]，使其因低剂量照射引起的继发癌症风险远高于成人[14-15]。
美国医学物理师协会(AAPM)发布的TG75号报告专门针对IGRT患者的额外成像剂量提出了规范性建议[16]。随着IGRT在儿童患者中开展得越来越普遍，了解该特殊人群在放疗中获得的额外成像辐射剂量已成为临床的迫切需求。本实验基于美国瓦里安公司Trilogy加速器OBI kV-CBCT平台，利用热释光探测器(TLD)在CIRS 5岁仿真儿童模体内测量标准扫描参数下各重要器官剂量，并以此计算有效剂量。
材料与方法1.瓦里安OBI kV-CBCT系统：美国瓦里安公司OBI kV-CBCT系统由机械臂支撑的千伏X射线源(kVS)和非晶硅平板探测器(kVD)构成，旋转中心与机器等中心重合，可提供长25 cm，直径50 cm成像野，有全扇形扫描过滤器和半扇形扫描过滤器两种扫描模式：全扇形扫描过滤器主要用于头颈部扫描(成像直径＜24 cm)，半扇形扫描过滤器主要用于体部扫描(扫描直径>24 cm)，本研究采用的标准扫描参数列于表 1。
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表 1 本研究采用的瓦里安OBI kV-CBCT标准扫描条件关键参数 Table 1 Key parameters of standard scanning protocols of Varian OBI kV-CBCT in this study |
2.CIRS骨盆模体及摆位：由于CIRS 5岁儿童模体没有适配CT电离室的插孔，本研究首先基于CIRS骨盆仿真模体采用CT电离室测量吸收剂量并以此计算TLD转换系数。为避免两侧不对称的床结构对射线的衰减造成不确定性，模体在激光灯辅助下被置于治疗床左右中线之前先将床值左右坐标置0。为避免将模体置于IGRT床板的不同厚度区域造成进出方向的可重复性变差，模体前缘始终与放置于H3处的定位条后缘对齐，并在实际测量中将定位条撤除以消除散射影响。最后在激光灯辅助下将模体中心置于加速器的等中心位置。
3. TLD选取：将材料为LiF(Mg，Cu，P)，直径4.5 mm，厚度0.8 mm的TLD在中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所国家二级标准剂量实验室刻度，选出一致性在±2%以内的TLD共190片。从中选取15片用于TLD读数转换使用，剩下的用于儿童模体内器官剂量测量。所有TLD在使用前均需在240℃条件下退火10 min，用于器官剂量测量的TLD在使用后，经退火可再次进行测量。
4.吸收剂量测量与TLD读数转换：利用相同扫描参数、在相同条件下分别用CT电离室和TLD测量骨盆模体相同体积内的吸收剂量和读数。置于模体中心的德国PTW TW30009 CT电离室连接于PTW UNIDOS webline静电计，该电离室由德国PTB实验室(Braunschweig)刻度。将用于TLD读数转换的15片TLD置于与CT电离室相同大小的自制甲基丙烯酸甲酯插件中，沿长轴方向在插件中心层卡槽内依次排开，并从1到15依次编号。随后将其置于CIRS骨盆模体中心CT电离室插孔位置，并利用TLD分别测量3次，并对每个位置的3个读数取平均值。根据TRS469-2009报告[17]，在相同测量条件下，CT电离室测得的平均吸收剂量和与TLD的平均读数之间建立的转换系数(CF)关系如下：
| $ CF = \frac{{15}}{{10}} \times \frac{D_{骨盆}}{\sum\limits_{i = 1}^{15} {\left( {{M_i} - {M_0}} \right)} } $ | (1) |
式中，Mi为各点测得的TLD读数值；i为编号1到15的TLD测得的读数值，M0为TLD本底；D骨盆为10 cm长度电离室剂量长度乘积的读数值，mGy·cm。
5.儿童模体内器官剂量测量和计算：选取CIRS 5岁儿童仿真模体(ATOM 705-D)，体长110 cm(不含下肢)，体重19 kg[18]，由26层组成，每层25 mm厚。模体由4种不同组织等效材料组成：软组织、脑组织、骨组织和肺组织。模体主要器官内预留有直径5 mm的TLD插孔。测量时将TLD片夹在两根12 mm长的组织等效插件中后放入插孔。分别采用表 1所列的3种标准扫描条件参数，对儿童模体进行扫描。扫描等中心位于靠近头部、肺部和骨盆中心点的身体中心，扫描条件分别为头部、胸部和骨盆。表 2列出了所有研究器官的TLD采样分布，测量按头部、胸部和骨盆分次进行。若同一器官存在多个TLD采样点，则取均值作为该器官剂量。具体计算方法见公式(2)：
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表 2 待测器官和测量位置的TLD采样数量 Table 2 Organs investigated and number of TLDs on measurement locations |
| $ D_{软组织}= [ \frac 1 n · (\sum\limits_ j D_{ij})] ·CF $ | (2) |
式中，D软组织为TLD测得的该器官中对应的软组织的平均吸收剂量，mGy；n为TLD测量位置的总个数；Dij为位于器官i中的探测器j测量的剂量，mGy；CF为公式(1)中CT电离室测得的剂量和与TLD的读数之间建立的转换系数，mGy/每读数。
由于儿童模体内肺组织、骨组织的等效材料与软组织不同，所以在计算肺组织、骨组织的吸收剂量时，计算公式[19]如下：
| $ D_{器官}=D_{软组织}·[( μ_{en}/ρ )_{器官,软组织}] $ | (3) |
式中，D器官为TLD测得的肺部或红骨髓对应的肺组织或骨组织的平均吸收剂量，mGy；D软组织为TLD测得的肺部或红骨髓对应的软组织的平均吸收剂量，mGy；(μen/ρ)器官，软组织为肺组织或骨组织与软组织的质能吸收系数比，m2/kg。
6.有效剂量计算：根据国际放射防护委员会(ICRP)出版的第103号报告[13]中所列的组织权重因子估算有效剂量，具体公式为：
| $ E=\sum\limits_ T ω_T·H_T $ | (4) |
式中，ωT为组织权重因子；HT为每个器官的当量剂量，mSv。
结果1.TLD转换系数(CF)：10 cm长度电离室剂量长度乘积为206.6 mGy·cm，骨盆平均吸收剂量是20.66 mGy。表 3列出了编号1到15的TLD的3个读数的平均值，可知10 cm长(15个采样位置)TLD的总读数为79.28，则15个TLD平均读数是5.29，求得CT电离室测得的平均剂量与TLD的平均读数之间建立的转换系数(CF)为3.91(mGy/每读数)。
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表 3 TLD在插件中1~15位置读数值 Table 3 TLD readout in the plugs at locations 1 to 15 |
2.吸收剂量：头部扫描范围(头脚方向16 cm)射野内主要包含全脑、眼晶状体和甲状腺，射野外的器官(心脏、胸腺、食管、肺等)主要为散射剂量。胸部扫描范围射野内主要包含甲状腺、肺部、乳腺、心脏、胸腺和部分食管、胃、肝脏和胰腺。骨盆部扫描范围射野内主要包含肝、胆囊、脾脏、胃、胰腺、肾、肾上腺、结肠、小肠、卵巢、子宫、膀胱。儿童模体内全身主要器官剂量列于表 4，其中对于头部扫描条件，位于射野内的全脑吸收剂量最高(3.87 mGy)，位于射野外的胆囊吸收剂量最低(0.120 mGy)。对于胸部扫描条件，位于射野内的甲状腺吸收剂量最高(14.6 mGy)，位于射野外的子宫吸收剂量最低(0.20 mGy)。对于盆部扫描条件，位于射野内的结肠吸收剂量最高(43.2 mGy)，位于射野外的甲状腺吸收剂量最低(1.00 mGy)。
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表 4 瓦里安OBI kV-CBCT的所致的不同器官剂量(mGy，x±s) Table 4 Organ doses from Varian OBI kV-CBCT (mGy, x±s) |
3.有效剂量：在头部、胸部和骨盆扫描条件下，得出有效剂量分别是0.63、6.85和19.3 mSv。
讨论由于CT电离室在空气中校准，所以需要将测得的空气吸收剂量转换成组织剂量后用于计算TLD转换系数。15个TLD测得的骨盆模体剂量并不均匀，主要原因是CBCT的非均整锥形束特点，以及射野内外的差异；次要原因可能是骨盆模体的异质性和TLD探测器本身的分散性，如果在国家二级标准剂量实验室对15个TLD进行单独刻度后，会减少骨盆模体剂量的不均匀性。本研究在骨盆模体里利用CT电离室刻度TLD，主要原因是骨盆模体和儿童模体的软组织材质相同，且能谱一样，可以减小不确定度。
相较于Kan等[20]发表的女性成人模体中利用TLD测量的kV-CBCT剂量学研究，本研究结果表明，儿童在相同成像条件下受到的辐射剂量要明显高于成人。应该注意的是，本研究中列出的结果是单次扫描导致的器官剂量，而IGRT全程通常需要反复的影像引导，总剂量还需乘以引导的总次数。这可能导致某些敏感器官剂量过大，应在制定设计治疗计划时充分考虑儿童的特殊情况，合理使用影像引导模式和频率，以最小风险获得精确的放疗摆位。虽然红骨髓在射野内的剂量较高，但在计算全身有效剂量时，本研究采用全身红骨髓进行有效剂量评估。本研究在评估继发性癌症风险时假设扫描次数，目的是为了避免将放射生物学模型用于评估过低剂量暴露所带来的更大不确定性[21-22]。
本研究通过使用CT电离室刻度TLD，用刻度过的TLD测量kV-CBCT给儿童仿真模体带来的辐射剂量，该方法具有可行性。Kan等[20]和Son等[23]发现相同的kV-CBCT扫描会给儿童带来更高的辐射剂量，本研究中骨盆扫描条件的有效剂量高于胸部和头部，说明该条件预期产生的辐射危害较大，诱发继发性癌症风险较高。
利益冲突 所有研究者未接受任何不正当的职务或财务利益，对研究的独立性和科学性予以保证作者贡献声明 王美娇负责数据整理、结果分析、论文撰写；张艺宝负责研究设计和论文修改；马竟超负责前期模体插件准备工作；丁艳秋负责指导、监督实验进行；郭文负责实验设计和指导论文写作
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