周 含 吳天聰 景生華 沈澤天 袁 喜 朱錫旭 李 兵

術(shù)中放射治療(intraoperative radiation therapy，IORT)是經(jīng)手術(shù)切除腫瘤病灶后，借助手術(shù)暴露而不能切除的瘤床、殘存灶、淋巴引流區(qū)或原發(fā)病灶，在直視下進(jìn)行一次性大劑量照射。1909年，Carl Beck博士試圖用IORT技術(shù)進(jìn)行胃癌的治療，由于當(dāng)時(shí)放射治療設(shè)備射束能量以及劑量率太低的原因，限制了其應(yīng)用[1]。1964年，Abe教授首次成功應(yīng)用于臨床，至今已有數(shù)十年的歷史，目前已成功的應(yīng)用于多種腫瘤的治療中[2-3]。使用常規(guī)直線加速器進(jìn)行IORT，需要將已經(jīng)手術(shù)暴露的患者從手術(shù)室轉(zhuǎn)運(yùn)到放療科機(jī)房中接受放射治療，極大增加了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與感染概率。1997年，首臺(tái)可移動(dòng)式術(shù)中電子束加速器放射治療系統(tǒng)投入使用，新式的IORT設(shè)備體積小、重量輕且防護(hù)要求低，使其可在手術(shù)中直接使用，自此IORT技術(shù)獲得了迅速發(fā)展[4-5]。

解放軍南京總醫(yī)院于2015年引進(jìn)移動(dòng)式Mobetron 2000型術(shù)中電子束加速器放射治療系統(tǒng)，設(shè)備投入臨床使用前測(cè)試近半年的時(shí)間，在原有高能電子直線加速器物理劑量學(xué)基礎(chǔ)上，測(cè)量并分析IORT中心軸深度劑量分布特性、表面劑量的測(cè)量與校正、剖面劑量分布、危及器官的保護(hù)以及限光筒外漏線、空氣間隙因子、斜入射對(duì)劑量分布的影響與校正等，充分研究術(shù)中放射治療臨床劑量特性及其優(yōu)化方法[6]。本研究針對(duì)電子束的特性，研究臨床IORT設(shè)備限光筒的使用策略，以對(duì)臨床IORT設(shè)備的使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

采用Mobetron 2000術(shù)中電子束放射治療系統(tǒng)(美國(guó)IntraOp公司)；劑量測(cè)量設(shè)備48 cm×48 cm×41 cm的三維水箱(德國(guó)PTW，BEAMSCAN)；Dose1劑量?jī)x(德國(guó)IBA公司)；0.6 cc Farm電離室(德國(guó)PTW，F(xiàn)C65-P)；靜電計(jì)(美國(guó)CNMC，MODEL206)；1套10 cm的質(zhì)量控制限光筒和適配器，45個(gè)圓形不銹鋼限光筒(美國(guó)IntrOp公司)。

1.2 測(cè)量方法

(1)根據(jù)美國(guó)醫(yī)學(xué)物理家學(xué)會(huì)(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)TG51協(xié)議“高能光子和電子束參考劑量學(xué)議定書”推薦的方法，在水模體中做臨床級(jí)劑量學(xué)測(cè)定[7]。測(cè)量垂直于水模體表面中心軸百分深度劑量和平行于水模體表面的射野離軸比、輸出因子、限光筒外漏射劑量、鉛擋塊對(duì)電子束的衰減、輸出量校準(zhǔn)、電離輻射質(zhì)以及各限光筒的平坦度與對(duì)稱性等。

(2)移動(dòng)式Mobetron 2000型術(shù)中電子束加速器放射治療系統(tǒng)配置有4 MeV、6 MeV、9 MeV及12 MeV電子束，由于4 MeV為每檔能量的起步檔，其穿透能力較弱，穿過加速器的輸出窗時(shí)電子束的衰減很大，同時(shí)發(fā)熱也較大，對(duì)于機(jī)器的真空系統(tǒng)不利[8]。因此，4 MeV在臨床中應(yīng)用較少，本研究實(shí)際應(yīng)用中電子束使用6 MeV、9 MeV和12 MeV。

2 臨床限光筒的數(shù)據(jù)與性能測(cè)量

2.1 平坦度與對(duì)稱性

測(cè)量時(shí)將Dmax處profile曲線上80%深度(R80)對(duì)應(yīng)的寬度各內(nèi)收1 cm，其間的區(qū)域定義為平坦度區(qū)域，對(duì)稱區(qū)域的定義同平坦度區(qū)域，此區(qū)域同樣為臨床手術(shù)中IORT的照射區(qū)域，此區(qū)域也是臨床限光筒選擇的參考區(qū)域。電子束為6 MeV、9 MeV和12 MeV的10 cm×10 cm限光筒的Inline隨著能量變化的趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 限光筒Inline隨能量變化趨勢(shì)圖

2.2 電子束劑量特性

電子束劑量學(xué)特性表明，從表面到Dmax為劑量建成區(qū)，從Dmax到D90為治療區(qū)，D90之后為劑量跌落區(qū)，若將靶區(qū)后緣深度(d后)取在90%的劑量線，電子束的能量近似選為：E0(MeV)≈3×d后+2-3。實(shí)際的臨床使用中，選擇治療的深度為R80，能量的衰減符合臨床的治療。本研究中R80的大小隨著射野的變化見表1～3。

表1 在6 MeV時(shí)R80大小隨能量射野角度的變化情況

表2 在9 MeV時(shí)R80大小隨能量射野角度的變化情況

表3 在12 MeV時(shí)R80大小隨能量射野角度的變化情況

根據(jù)電子束劑量學(xué)特點(diǎn)，選擇合適的能量及合適的限光筒，可以有效的使靶區(qū)得到較高的劑量包繞，以及有效地避免對(duì)靶區(qū)后深部組織的照射[9-10]。

2.3 臨床限光筒的R80影響因素

2.3.1 參考深度Dm

取最大射野?10 cm，測(cè)量的最大點(diǎn)深度，作為該能量不同限光筒不同傾斜角的參考深度，隨著限光筒傾斜角度的變大，Dm變小，即最大劑量深度往水面平移[11-12]。

2.3.2 表面劑量

表面劑量的測(cè)量結(jié)果隨著能量的升高而增加。這是由于電子束易于散射，造成表面劑量隨能量增加而增加，但是由于移動(dòng)式IORT機(jī)器電子束流不需要偏轉(zhuǎn)磁鐵，使其表面劑量比常規(guī)加速器要高。此外，由于限光筒導(dǎo)致的機(jī)頭散射線增加，也將導(dǎo)致表面劑量的增加，同時(shí)由于表面劑量的增加，使得R80的值稍微偏高[13-14](見表4)。

表4 不同能量不同角度的表面劑量分布(%)

2.4 線形擬合

測(cè)量結(jié)束后，對(duì)3種能量，15種射野大小，3種能量的限光筒進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其線形擬合計(jì)算為公式1：

式中y為R80的數(shù)值，x為限光筒的大小，b為曲線斜率。

3 臨床限光筒的數(shù)據(jù)與性能測(cè)量結(jié)果

3.1 與能量相關(guān)的測(cè)量結(jié)果

R80的大小隨著射野的變化顯示，在能量相同的情況下，隨著限光筒的變大，R80逐漸增大；當(dāng)射野大小及能量相同的情況下，隨著角度的增加R80減少，且隨著能量的增加，變化的幅度增加。6 MeV、9 MeV及12 MeV的R80隨著射野及角度的變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 R80隨著角度能量射野大小的變化趨勢(shì)圖

3.2 與限光筒相關(guān)的測(cè)量結(jié)果

能量越高R80隨著射野的變化越顯著，對(duì)于＜5 cm限光筒R80變化較顯著，＞5 cm限光筒R80增加緩慢，能量越低，緩慢程度越大，對(duì)于6 MeV幾乎趨于直線。因此，R80擬合的過程中，分為限光筒≤5 cm及限光筒＞5 cm兩種情況。兩類擬合結(jié)果為：①限光筒≤5 cm結(jié)果3種能量3種角度，6種射野大小；②限光筒＞5 cm且＜10 cm結(jié)果3種能量3種角度，9種射野大小，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表5～8。

表5 不同能量0°限光筒＜5 cm的R80與射野大小的擬合統(tǒng)計(jì)表

表6 不同能量0°限光筒＞5 cm的R80與射野大小的擬合統(tǒng)計(jì)表

表7 不同能量30°限光筒＜5 cm的R80與射野大小的擬合統(tǒng)計(jì)表

表8 不同能量30°限光筒＞5 cm的R80與射野大小的擬合統(tǒng)計(jì)表

線形回歸采用逐步回歸去多重共線性，顯著性水平0.05水平下，認(rèn)為0°限光筒受射野影響不顯著(見表5)，30°限光筒R80與射野大小的線性擬合，對(duì)于6 MeV得到的回歸方程：Y=6.04+0.186X1；對(duì)于9 MeV得到的回歸方程：Y=3.4+0.348X1；對(duì)于12 MeV得到的回歸方程：Y=2.48+0.448X1(X1為射野大小，Y為R80)。

正如圖2(a)所示，對(duì)于0°限光筒的治療時(shí)，R80的大小隨著射野大小的變化較小，趨向直線，因此在實(shí)際手術(shù)過程中，使用0°限光筒時(shí)，一般限光筒的直徑包繞腫瘤范圍1 cm左右[15]；對(duì)于15°及30 °限光筒而言，圖2(c)和圖2(d)可得，能量越大，R80的值隨著射野大小的變化越明顯，因此手術(shù)切緣照射時(shí)，角度較大時(shí)，臨床選擇限光筒時(shí)盡量選擇＞9 MeV的能量，以達(dá)到更好的劑量給予。

3.3 臨床術(shù)中限光筒選擇應(yīng)用

由于斜端面的限光筒照射野的平坦度和對(duì)稱性明顯變差，因此驗(yàn)收過程中，移動(dòng)式術(shù)中電子束加速器放射治療系統(tǒng)的profile數(shù)據(jù)的測(cè)量條件為限光筒尺寸：?10 cm，0°。因此選擇10 cm×10 cm限光筒的時(shí)候，角度的選擇根據(jù)靶區(qū)的后緣深度來(lái)選擇[16-17]。根據(jù)醫(yī)院的移動(dòng)式術(shù)中電子束放射治療系統(tǒng)的使用，臨床限光筒的選擇如圖3所示。

圖3 術(shù)中放射治療的臨床限光筒選擇步驟框圖

4 結(jié)論

相關(guān)系數(shù)分析是用相關(guān)系數(shù)來(lái)表示兩個(gè)變量間的相互直線關(guān)系，度量擬合優(yōu)度的統(tǒng)計(jì)量是線性相關(guān)系數(shù)R，其取值范圍是[-1，1]的值越接近1，兩個(gè)變量間的直線相關(guān)越密切；反之值越接近0，表明回歸直線對(duì)觀測(cè)值的擬合程度越差。標(biāo)準(zhǔn)差也稱均方差，是各數(shù)據(jù)偏離平均數(shù)距離的平均數(shù)，是離均方平方和進(jìn)行平均計(jì)算后的方根，反映的是一個(gè)數(shù)據(jù)距離平均值的離散程度，其值越大表明各個(gè)數(shù)據(jù)之間越分散，對(duì)于0°的限光筒，擬合曲線近似為一條斜率為0的平行直線，因此對(duì)于0°限光筒治療時(shí)，限光筒的直徑包繞腫瘤范圍為1 cm左右。對(duì)于臨床限光筒＜5 cm，角度越大，線形相關(guān)系數(shù)越大，擬合程度越好，R80受射野大小的影響越大。此時(shí)選擇臨床限光筒時(shí)，需結(jié)合射野大小的R80數(shù)值，及能量的劑量學(xué)特性進(jìn)行選擇。而對(duì)于限光筒選擇＞5 cm時(shí)，線性相關(guān)明顯變差。

通過對(duì)Mobetron 2000型術(shù)中電子束加速器的劑量學(xué)特性的測(cè)量，更加明確其射線特性適合對(duì)術(shù)后瘤床、殘存灶、淋巴引流區(qū)或者原發(fā)灶的治療，其射線的表面劑量高，達(dá)到最大劑量點(diǎn)深度后急劇衰減，使得腫瘤靶區(qū)得到均勻的劑量同時(shí)又保護(hù)了靶區(qū)之后的正常組織的劑量[18]。電子束照射野的劑量與限光筒的大小角度密切相關(guān)，這主要是因?yàn)榧铀倨饕约跋薰馔驳奶匦灾苯佑绊懭肷淙梭w組織表面的電子能譜。限光筒的特殊劑量學(xué)特性，從而適用于手術(shù)中的放射治療，本研究的數(shù)據(jù)分析為本設(shè)備的臨床應(yīng)用提供了更直觀的參考。