2023, Vol. 43
妇科肿瘤是女性最常见的恶性肿瘤之一。根据全球癌症统计年鉴，2020年宫颈癌位居全球女性恶性肿瘤发病及死亡第4位[1]。我国癌症中心统计表明，2016年我国妇科肿瘤发病率为每百万人口23.57人，占女性恶性肿瘤第3位[2]。放射治疗是妇科肿瘤重要治疗手段之一，由于盆腔脏器较多，在外照射实施过程中会对射野内正常组织器官造成一定的损伤[3]。因此，如何最大限度降低正常组织受照剂量，是妇科肿瘤外照射放疗计划制定需要重点关注的问题。国内外研究表明，盆腔肿瘤放疗时采用俯卧位比仰卧位可以更好地减少小肠受照体积[4-5]，但使用俯卧盆腔装置进行调强计划设计时，射线束需要穿过这些固定装置，不可避免地会造成剂量衰减和散射[6-7]。本研究在治疗计划系统(treatment planning system，TPS)中模拟一种新型的俯卧盆腔固定装置对靶区和危及器官(organ at risk，OAR)的剂量学影响，并在仿真人模体中验证模拟结果。
资料与方法1. 研究对象：回顾性选取2020年8月至2021年6月在中山大学附属第三医院进行放射治疗的宫颈癌及子宫内膜癌患者共20例。患者年龄34~74岁，中位年龄56岁，治疗前均经病理确诊。患者治疗时均采用俯卧位，双手上举握紧把手，胸腹平架，盆腔固定装置+ 负压真空袋+ 热塑膜联合固定如图 1所示。所有盆腔患者每次放疗前均接受膀胱尿量测定，确保位置精准。
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图 1 仿真人模体点剂量验证示意图 A. 仿真人模体采用俯卧盆腔固定装置; B. EBT3胶片放置在仿真人骶髂关节层面 Figure 1 Schematic diagrams of dose verification using a anthropomorphic phantom A. Anthropomorphic phantom immobilized using a PIDBB; B. EBT3 film fixed at the slice of sacroiliac joint |
2. 仪器设备：瑞典Monaco 5.11.03计划系统，瑞典Elekta Synergy直线加速器，德国Siemens SOMATOM Definition AS CT定位机，美国ARTM 1051仿真人模体，EBT3胶片，德国Matrixx二维矩阵验证系统，美国FilmQA Pro 2016胶片分析软件，广州Klarity俯卧盆腔固定装置。
3. 靶区和外轮廓勾画：根据国家卫生健康委员会发布的宫颈癌和子宫内膜癌诊疗规范[8-9]，勾画靶区，按妇科检查以及影像学情况确定肿瘤靶区(gross target volume，GTV)，以宫颈癌或子宫内膜癌直接扩散和淋巴结转移途径确定临床靶区(clinical target volume，CTV)，CTV基础上根据摆位误差将CTV外扩5 mm得到计划靶区(planning target volume，PTV)。OAR包括小肠、结肠、直肠、膀胱、股骨头和皮肤等，其中外轮廓下3 mm定义为皮肤。计划设计时，每例患者勾画两组外轮廓，一组仅包含患者轮廓，另一组包含患者轮廓和整套固定装置。
4. 计划设计及剂量计算：采用6 MV能量X射线设计调强放疗计划。PTV的处方剂量归一到50 Gy，单次剂量2 Gy，共25次。计划设计参数为：动态调强计划(dMLC)，7野共面均分，射野方向分别是150°、100°、50°、0°、310°、260°、210°，每个射野控制点数设定为20个，计算网格大小为3 mm × 3 mm × 3 mm，使用蒙特卡罗(Monte Carlo，MC)算法计算剂量，MC算法的每个控制点不确定度设置为3%。将使用患者外轮廓计算优化的调强计划记录为Planwithout，随后将该计划移植到包含患者外轮廓和整套固定装置外轮廓的计划中，不改变射野强度通量，直接计算记录为Planwith。再将计划Planwithout和Planwith的靶区覆盖归一到V50=95%，分别纪录为Plano和Planm, 修正后的计划Planm既考虑了引入固定装置的影响又符合临床期望。
5. 剂量学差异评估：使用DVH对相同患者的dMLC计划的PTV、OAR的受照剂量进行统计学分析。PTV评价指标为100%、98%的处方剂量靶区V50Gy、V49Gy的覆盖体积和平均剂量Dmean等。OAR评价指标为平均剂量Dmean、V50Gy、V40Gy、V30Gy、V20Gy和V15Gy剂量覆盖体积等。同时，对相同患者的两个计划Planwithout和Planwith，在TPS中通过计划相减来比较整体固定装置的剂量差别，患者体内任意一点(x, y, z)的剂量偏差ΔD(x, y, z)由Planwithout和Planwith在该点处的剂量差值计算得出：
| $ \Delta D(x, y, z)=D(x, y, z)_{\text {Plan }_{\text {without }}}-D(x, y, z)_{\text {Plan }_{\text {with }}} $ |
同样的方法得到Plano和Planm的剂量学差异。
6. 仿真人模体点剂量验证：仿真人模体采用与人体组织对射线散射和吸收相似的组织等效材料制成。在模拟照射时，仿真人模体可以得到与活体真人相似的体内剂量分布，从而验证哪个计划更接近患者体内实际受照剂量。仿真人模体采用整套俯卧固定装置固定、EBT3胶片放置在仿真人骶髂关节层面如图 1所示，在定位CT上按扫描条件140 kV，100 mAs扫描仿真人模体图像，导入到TPS中。在TPS中，为Planwithout创建验证计划，选择仿真人模体作为验证模体，得到模体中胶片测量点的剂量值。同样的方法，得到Planwith映射到胶片测量点的剂量值。直线加速器执行真实的放疗计划，仿真人模体中胶片得到患者腹盆部皮肤实际点剂量，再和Planwithout和Planwith计算的点剂量值比较差异。
7. 治疗前计划验证：对于20例患者的计划Planwithout和Planwith，设定剂量差值3%和距离差值2 mm计算治疗前总体Gamma通过率，>90%表示计划通过验证。
8. 统计学处理：采用SPSS 22.0软件对评估指标进行配对t检验，符合正态分布的数据以x±s表示。P < 0.05为差异有统计学意义。
结果1. PTV和OAR剂量差异：如图 2所示，考虑了固定装置后，Planwith中PTV和OAR的DVH曲线都有一定程度的左移。Planwith的PTV的V50 Gy、V49 Gy和Dmean分别下降了19.75%、7.99%和2.54%(t = 8.96、10.49、22.09，P < 0.01)；皮肤的V40Gy、V30Gy、V20Gy、V15Gy和Dmean分别上升了51.79%、51.05%、45.72%、33.63% 和10.80%(t = -2.54、-5.63、-15.57、-24.06、-13.88，P < 0.01)；其他OAR的V50Gy、V20Gy和Dmean均稍有下降，详见表 1。即使把两个计划的处方剂量覆盖都归一到95%，修正后的计划Planm的皮肤的V40Gy、V30Gy、V20Gy、V15Gy和Dmean仍分别上升了74.07%、67.39%、61.55%、41.82%和14.91%(t=-2.56、-5.94、-15.90、-25.21、-22.24，P < 0.01)；小肠、结肠和直肠的V50 Gy和Dmean稍有上升，其他OAR差异无统计学意义(P>0.05)，详见表 2。
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注：实线为外轮廓不考虑体位固定装置的Planwithout，虚线为外轮廓包含体位固定装置的Planwith；DVH.剂量体积直方图 图 2 1例典型的7野调强放疗计划Planwithout和Planwith的DVH对比图 Figure 2 DVH of Planwithout and Planwith for one typical 7-field IMRT case |
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表 1 计划靶区和危及器官是否考虑固定装置的剂量学参数比较(x±s) Table 1 Comparison of dosimetric parameters for PTV and OARs with or withoutaPIDBB (x±s) |
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表 2 计划靶区和危及器官在计划修正前后的剂量学参数比较(x±s) Table 2 Comparison of dosimetric parameters of PTV and OARs before and after plan modification (x±s) |
2. Planwithout和Planwith剂量差值：在TPS中的执行Planwithout和Planwith计划的相减运算，可以直观地看到俯卧盆腔固定装置在妇科肿瘤调强放疗计划中的剂量学影响，如图 3所示。由于俯卧盆腔固定装置的存在，射线的散射和建成效应发生了变化，导致患者体内剂量稍有下降，而靠近固定装置的腹盆部皮肤点剂量增加了10~25 Gy。
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注：剂量差异由计划Planwithout减去计划Planwith计算得到 图 3 一例典型妇科肿瘤病例的三维剂量差异分布图 A. 横截面；B.矢状面；C.冠状面 Figure 3 Three-dimensional dose difference distribution of a typical gynecologic cancer case A. Cross-sectional plane; B. Sagittal plane; C. Coronal plane |
3. 治疗前计划验证结果：对于20例患者的计划Planwithout，3%/2 mm的Gamma通过率>90%的计划有20个，平均Gamma通过率为98.61%±1.35%；对于20例患者的计划Planwith，3%/2 mm的Gamma通过率>90%的计划有12个，< 90%的计划有8个，平均Gamma通过率为90.73%±3.79%，验证不通过的计划占比为8/20。
4. 仿真人模体点剂量验证结果：对于20例患者腹盆部皮肤的测量点，EBT3实测结果为(19.89±6.79) Gy更接近计划Planwith的计算结果(21.82±7.55) Gy，而Planwithout的计算结果(14.48± 4.79) Gy明显低于实测值。因此，只考虑患者轮廓不包含固定装置的剂量计算，低估了皮肤剂量约37.24%(t = 10.862, P < 0.01)。
讨论随着放射治疗技术的飞速发展，个体化定制的体位固定装置被广泛应用于临床实践中。它不仅能保证单次放疗内患者体位的固定精度，还可以确保分次间放疗体位的可重复性。对妇科肿瘤放疗患者来说，虽然仰卧位固定方式舒适度更高，但俯卧位固定方式对于减少小肠受照体积、降低放射性肠炎发生率有着积极作用[10-12]，尤其是对于肥胖患者，俯卧位固定方式的摆位误差小于仰卧位[13-14]。但需要注意的是，理想中俯卧位固定装置应该做到空气等效，但现实中是不可能实现的，因此TPS中需要考虑它对剂量计算的影响。美国医学物理学家协会(Association of Physicists in Medicine，AAPM)第176报告[15]中就建议采用剂量测定法应考虑固定装置对剂量计算的影响，但现在绝大部分商业医用TPS无法自动勾画出全部固定装置，仍需要物理师手动添加到计算中。
本研究所用新型俯卧盆腔固定装置由工程塑料支撑垫、负压真空袋及热塑膜3部分组成，3种材料均属于低密度材料，但都会引起射线的衰减和建成效应的变化，从而影响计划的剂量分布。Cheung等[16]的研究表明对于2.5 cm厚的真空袋，由于射线的建成效应，用6 MV X射线照射野10 cm × 10 cm时皮肤的表面剂量相对于无真空袋时增大了1倍，当真空袋厚度继续增加时皮肤表面剂量相应增大，因此，提醒需要考虑真空袋对皮肤剂量的影响。Chen等[17]讨论了头颈固定装置对鼻咽癌调强计划的剂量学影响，固定装置的引入使得鼻咽癌计划靶区的覆盖和均值降低，靠近固定装置的皮肤剂量升高了53%，这与本研究结果相似。本研究发现引入固定装置的放疗计划中皮肤的V40 Gy、V30 Gy、V20 Gy、V15 Gy和Dmean均呈现不同程度的升高，其中V40 Gy和V30 Gy上升最明显，分别为51.79%和51.05%。而Lv等[18]关于固定装置(热塑体膜)在乳腺癌仰卧位放疗中对皮肤影响的研究中得到类似结果，热塑体膜的引入使得皮肤的V40 Gy和V30 Gy陡增了10%，皮肤点剂量增加了5~40 Gy。然而，在本研究使用新型俯卧盆腔固定装置后，皮肤的V40 Gy和V30 Gy陡增了50%左右，并在仿真人模体中使用EBT3胶片验证了该结果。本研究尝试分析皮肤剂量增加的原因，考虑为俯卧盆腔固定装置的存在，患者靠近固定装置的腹盆部皮肤出现了补偿膜效应，皮肤点剂量增加了10~25 Gy。
Pastore等[19]曾报道过皮肤V30 Gy是与急性放射性皮炎发生最显着的剂量学预测因子。文中示例患者皮肤的V50 Gy、V40 Gy和V30 Gy的绝对体积分别增加了6.14、32.05和50.69 cm2，不足以显著提升急性放射性皮炎的发生率。本研究进一步分析发现皮肤V30 Gy相对体积仅增加0.97%，尽管部分区域皮肤点剂量有所增高，但整体V30 Gy受照体积仅少量增高。因此，入组患者发生放射性皮炎的概率并没有显著变化，这也与临床实践中所观察的现象相符合。然而，对于需要照射腹股沟淋巴结引流区或会阴区的妇科肿瘤患者，由于其皮肤V50 Gy和V40 Gy的绝对体积相对较大，因此，俯卧装置额外的剂量学影响在一定程度上会提高患者的急性放射性皮炎的发生概率。对于这部分患者，无论在放疗中引入何种固定装置，都应该考虑其对剂量学的影响，这有助于降低患者不良反应的发生，提高患者的生活质量。
近年来，体位固定装置在临床使用中越来越多，个体化定制的固定装置不仅能提高患者治疗舒适度，还能提高体位固定的精度。但这类固定装置的引入，在放疗计划实施时会增加射线的散射和吸收，需要引起临床物理师足够的重视，勾画身体轮廓时要将固定装置完整勾画，以保证剂量的精准。临床研究发现，±5%的剂量改变可导致肿瘤的有效率下降及正常组织并发症的发生率增加[20]。该新型俯卧盆腔固定装置造成的剂量学影响已经超过了该阈值，因此，临床实践中必须考虑它的剂量学影响。综合临床实际，妇科肿瘤患者在放疗准备过程中需考虑以下几点：一是医生选择体位固定方式时，需考虑患者的体脂数或腹围，确认患者俯卧位比仰卧位获益更多，方可选择俯卧固定方式；二是放疗技师扫描定位CT时，需要扫描完整的俯卧固定装置。因俯卧固定装置直径和体积往往比较大，必须采用扩展FOV算法重建图像，从而会降低图像低密度对比度；三是物理师做计划时，首先需要手动勾画出完整的俯卧盆腔定位装置，其次商业TPS中计划的源皮距要求在70~110 cm，多野调强计划中的某些特定角度会超过阈值范围，物理师需要避免选择该角度；四是物理师做计划治疗前验证时，勾画了全套俯卧盆腔固定装置的计划大概1/3无法满足3%/2 mm的Gamma通过率>90%的验证要求。
总之，设计盆腔肿瘤放疗计划时，如不考虑俯卧盆腔固定装置的影响，会使得妇科肿瘤调强计划的靶区剂量覆盖下降，腹盆部皮肤剂量增高。因此，对必须使用俯卧盆腔固定装置的放疗计划，则必须在放疗的整个流程中考虑它对剂量学的影响，才能满足定位精准和剂量精准的要求。
利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，未因进行该研究接受任何不正当的职务和财务利益，再次对研究的独立性和科学性予以保障
作者贡献声明 董洁负责设计研究方案，研究实施及论文撰写；王冬辉、孔繁图负责文献查找及数据分析；李政欢、陈露茜负责实验数据采集；严华梅负责收集和分析临床数据；徐向英负责提出研究思路，指导论文修改
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