嵇衛(wèi)星，張玉潔，李婷婷，張建英

復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放療科，上海 200032

前言

蕈樣霉菌病是皮膚T細(xì)胞淋巴瘤的最常見(jiàn)形式，而雙機(jī)架角多野全身皮膚電子線放療（six-dual field TSET, SDF-TSET）是治療蕈樣霉菌病的一種重要而完善的技術(shù)［1-2］。相比于光子束，低能量且高劑量率的電子束可以很好地將均勻的劑量照射到患者皮膚上，同時(shí)避免危及器官（OAR）受到過(guò)多輻射［3］。

SDF-TSET 形成于20 世紀(jì)80年代中期，由斯坦福六野技術(shù)和斯隆-凱特林散射板技術(shù)結(jié)合而成［4］。在這項(xiàng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)程序中，通常使用患者前、后和4個(gè)傾斜方向的6對(duì)雙野對(duì)病人進(jìn)行電子線照射，照射時(shí)間為2 d內(nèi)實(shí)施1個(gè)分次。每對(duì)射野角度相對(duì)于水平軸對(duì)稱(chēng)，水平軸上方是上分野，下方是下分野（圖1）。建立SDF-TSET規(guī)程的詳細(xì)信息見(jiàn)AAPM TG30報(bào)告［5］，該流程包含多個(gè)復(fù)雜過(guò)程，諸如劑量校準(zhǔn)、計(jì)劃設(shè)計(jì)及執(zhí)行、質(zhì)量控制等［6］。

SDF-TSET技術(shù)中一對(duì)射野的幾何結(jié)構(gòu)如圖1所示，治療區(qū)域的長(zhǎng)度取決于射線質(zhì)、源皮距（SSD）、準(zhǔn)直器大小和機(jī)架角度。圖1中的參數(shù)X、α和θ分別與SSD、準(zhǔn)直器大小和機(jī)架角度有關(guān)。很明顯，越大的X和α可以形成越大的治療面積。然而X受治療室長(zhǎng)度限制，α則受電子線最大射野的限制，所以對(duì)于已完成裝機(jī)的直線加速器來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)因素的最大值通常都是確定的。

圖1 SDF-TSET技術(shù)中一對(duì)射野的幾何構(gòu)造Figure 1 Geometry of one-dual-field in SDT-TSET technique

AAPM TG30 報(bào)告中建議，對(duì)于劑量均勻性，矩形治療區(qū)域要求垂直方向控制在±8%之內(nèi)，水平方向控制在±4%之內(nèi)，當(dāng)然劑量越均勻越好［5］。為了達(dá)到劑量均勻性的最優(yōu)化，對(duì)于每一組給定的幾何參數(shù)，需要使用放置在治療平面的電離室、熱釋光片（TLD）或者膠片陣列來(lái)測(cè)量治療平面的相對(duì)劑量分布，以選取最合適的機(jī)架角度或參數(shù)組合［3］。對(duì)于較小的治療機(jī)房（對(duì)應(yīng)較小的X），有可能任何機(jī)架角度都無(wú)法給予治療平面恰當(dāng)?shù)南鄬?duì)劑量分布，也就是說(shuō)不能恰當(dāng)?shù)貙?shí)施SDF-TSET技術(shù)。

AAPM TG30 報(bào)告雖然給出了實(shí)施要求，但是機(jī)架角度的搜索范圍較大（一般為10°～25°），確定合適的照射角度是相當(dāng)耗時(shí)的工作。由于蕈樣霉菌病的發(fā)病率極低，通常直線加速器在機(jī)房建設(shè)、設(shè)備采購(gòu)和安裝的時(shí)候不會(huì)關(guān)注SD-TSET 技術(shù)的實(shí)施需求，而只是在出現(xiàn)臨床病例的時(shí)候才會(huì)分析實(shí)現(xiàn)SDTSET 的可行性，并同時(shí)建立相應(yīng)的劑量規(guī)程。在這個(gè)時(shí)候，臨床醫(yī)生和物理師面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題是：現(xiàn)有的機(jī)器、機(jī)房幾何條件是否可能在病人身高的范圍內(nèi)形成符合AAPM TG30 要求的均勻劑量場(chǎng)，能否快速地找到最優(yōu)的機(jī)架角度設(shè)置，建立相應(yīng)的劑量規(guī)程，縮短患者的等待時(shí)間、減輕物理師的工作量。

進(jìn)一步考慮，盡管AAPM TG30 報(bào)告中建議治療區(qū)域長(zhǎng)度為160 cm，但是直接決定這一長(zhǎng)度的其實(shí)是患者的身高。例如對(duì)于一個(gè)非常高的病人，報(bào)告中建議的（160×60）cm2的治療區(qū)域面積可能還不夠大；而如果患者是兒童，治療長(zhǎng)度則不需要160 cm。換言之，SDF-TSET 協(xié)議是一個(gè)與患者身高緊密相關(guān)的個(gè)性化問(wèn)題，如果能夠針對(duì)逐個(gè)病例進(jìn)行評(píng)估，則可以提供更加個(gè)性化的治療方案。但是，對(duì)每個(gè)病例具體情況進(jìn)行評(píng)估，相當(dāng)于對(duì)每個(gè)病例建立一次耗時(shí)極大的SDF-TSET 治療規(guī)程，這也體現(xiàn)出快速驗(yàn)證治療機(jī)架角度的重要性。

本工作中，筆者通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的SDF-TSET 技術(shù)進(jìn)行幾何分析，引入一個(gè)參數(shù)F來(lái)縮小機(jī)架角度的不確定范圍，為SDF-TSET 技術(shù)提供一種快速有效確定機(jī)架角度的方法，也為SDF-TSET 規(guī)程的建立提供可行的高效方案。

1 材料與方法

1.1 SDF-TSET技術(shù)的幾何分析

當(dāng)電子束離開(kāi)出射窗口時(shí)，它的分布很窄，然后經(jīng)過(guò)散射箔、電離室、空氣，電子束最終到達(dá)患者皮膚表面。在這一過(guò)程中，集中的光束將被散射和擴(kuò)散，最終上分野和下分野共同形成治療區(qū)域，而且在皮膚及皮下幾毫米處提供均勻分布的劑量。

SDF-TSET 技術(shù)的示意圖見(jiàn)圖1，其中源（Source）表示電子束離開(kāi)出射窗口的位置，ISO 是加速器等中心，X表示ISO 和治療平面之間的距離。θ是水平面上方或下方的機(jī)架角度。α是與準(zhǔn)直器打開(kāi)長(zhǎng)度相關(guān)的度數(shù)，可按下式計(jì)算：

其中，F(xiàn)S表示等中心處的射野大小，SAD是源到等中心的距離，通常情況下是100 cm。

Z是等中心水平面與光束幾何中心在治療平面相交上的距離。Z可由公式得出：

K是射野中心線與靠近水平線的光束邊緣在治療平面上的距離，公式如下：

以上均為SDF-TSET 技術(shù)中既有的幾何參數(shù)，作為本工作的創(chuàng)新，筆者通過(guò)以下定義引入一個(gè)新參數(shù)F：

其中，Z和K定義在式（2）和式（3）中，由此可推斷，F(xiàn)可由參數(shù)X、α和θ得出，而當(dāng)X和α固定時(shí)，θ可由F計(jì)算。

1.2 分析θ與F的關(guān)系

筆者在PubMed 等數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索相關(guān)文獻(xiàn)，檢索關(guān)鍵詞為“全身皮膚電子線治療（total skin electron therapy）”、“全身皮膚電子線照射（total skin electron irradiation）”、“TSEI”等，篩選出射野大小、機(jī)架角度、SSD 等設(shè)置參數(shù)齊全的論文?？紤]到國(guó)內(nèi)大多數(shù)單位加速器都具備6 MeV 的電子線，筆者排除了電子能量不等于6 MeV 或設(shè)備為旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直器的文獻(xiàn)。筆者根據(jù)每篇論文中的設(shè)置參數(shù)，計(jì)算出F，并對(duì)F進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到參數(shù)F的規(guī)律。為了驗(yàn)證這些論文中計(jì)算出來(lái)的F值是否服從正態(tài)分布，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)，這是一種適用于少數(shù)樣本的正態(tài)分布檢驗(yàn)。根據(jù)F的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，確定搜索角度的上限、下限，以及中心值，結(jié)合測(cè)量出的劑量分布情況，利用二分法，搜索劑量分布符合均勻性要求的機(jī)架角度。

1.3 方法可行性的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該方法的性能，筆者進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)。本放療中心配備了西門(mén)子ONCOR 直線加速器，選擇標(biāo)稱(chēng)能量為6 MeV 的電子束進(jìn)行試驗(yàn)，不使用電子線光筒，等中心處射野大小為30 cm×30 cm。根據(jù)本單位治療室的情況，選擇了兩組參數(shù)X進(jìn)行試驗(yàn)，分別為206 和247 cm。為了減少因SSD 延長(zhǎng)而增加的治療時(shí)間，減少患者的運(yùn)動(dòng)和疲勞，劑量率設(shè)置為900 MU/min，即高劑量率模式。

筆者采用固定籠式裝置作為支架，在1 cm 厚的PMMA面板背面粘貼了一組EDR2膠片，以測(cè)量縱向均勻性。治療室激光線用于校準(zhǔn)處理平面的坐標(biāo)系，Vidar掃描儀（Dosimetry Pro Advantage RED）用于對(duì)膠片進(jìn)行數(shù)字化，然后使用RIT113軟件對(duì)膠片進(jìn)行分析，每個(gè)點(diǎn)的劑量以其周?chē)? cm×2 cm范圍的平均劑量表示。

2 結(jié)果

2.1 參數(shù)F的統(tǒng)計(jì)特性

根據(jù)式（1）～式（4）及相關(guān)文獻(xiàn)資料，不同文獻(xiàn)中的幾何參數(shù)及計(jì)算出的Z、K、F列于表1。不同放療中心的參數(shù)設(shè)置差別很大，準(zhǔn)直器的開(kāi)啟角度為9.37°～11.31°，等中心與治療平面距離為100～341 cm。如表1所示，θ、α和X之間沒(méi)有明顯的關(guān)系，但計(jì)算所得的參數(shù)F卻趨于相似。

表1 已發(fā)表論文中SDF-TSET技術(shù)各幾何參數(shù)的總結(jié)Table 1 Summary of geometrical parameters for SDF-TSET technique from the previous literatures

Shapiro-Wilk檢驗(yàn)驗(yàn)證了F值的正態(tài)性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果W=0.954，對(duì)應(yīng)的P值為0.689（P＞0.05），表明F服從正態(tài)分布。F的平均值為0.79，標(biāo)準(zhǔn)差為0.05。由此可見(jiàn)，盡管不同放療中心的準(zhǔn)直器大小、SSD 和機(jī)架角度相差很大，但是參數(shù)F仍保持一定的穩(wěn)定性。

2.2 利用F縮小機(jī)架角度θ的不確定范圍

由式（3）和式（4）可知，F(xiàn)與幾何參數(shù)準(zhǔn)直器大小、SSD 以及機(jī)架角度（即α、X和θ）相關(guān)。由于前兩個(gè)因素的最大值由治療室大小和加速器類(lèi)型決定，基本上是確定的，可以變化的只有θ。當(dāng)X和α固定時(shí)，θ可由F計(jì)算，因此可以通過(guò)分析θ與F值之間的關(guān)系得到θ的范圍。為了清晰地說(shuō)明這一關(guān)系，筆者以文獻(xiàn)［7］中的數(shù)據(jù)為例。在這一案例中，當(dāng)其他參數(shù)固定時(shí)，θ與F值之間的關(guān)系如圖2 所示。該函數(shù)是光滑單調(diào)遞減的，結(jié)合上一小節(jié)中所確定的F值均值和標(biāo)準(zhǔn)差（σ），可以得到對(duì)應(yīng)的θ范圍。在正態(tài)分布中，F(xiàn)值在均值±1σ、均值±2σ 和均值±3σ 這3 個(gè)范圍，計(jì)算出的θ范圍覆蓋所有機(jī)架角度概率分別是0.683、0.954 和0.997。也就是說(shuō)，當(dāng)使用均值±2σ 確定搜索范圍時(shí)，已經(jīng)可以覆蓋95.4%的機(jī)架角度，而使用均值±3σ確定搜索范圍時(shí)，就可以覆蓋99.7%的機(jī)架角度。將這3 個(gè)F值范圍代入θ，可以得到3 個(gè)θ的范圍，分別是17.2°～19.7°（均值±1σ）、16.1°～21.1°（均值±2σ）和15.2°～23.0°（均值±3σ），范圍大小分別為2.5°（均值±1σ）、5.0°（均值±2σ）和7.8°（均值±3σ），文獻(xiàn)［7］中實(shí)際使用的機(jī)架角為19°。由此可見(jiàn)，與一般的θ搜索范圍15°相比，用F均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算出來(lái)的搜索區(qū)域明顯縮小了很多。

圖2 文獻(xiàn)［7］中案例的機(jī)架角度θ和參數(shù)F的關(guān)系Figure 2 Relationship between gantry angle θ and F in one case reported in literature［7］

為了進(jìn)一步了解標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)θ搜索范圍的影響，筆者將表1 中所有文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)的θ搜索范圍和實(shí)際選擇角度畫(huà)在圖3 中。如圖3 所示，每條豎線表示θ值搜索范圍，豎線上的圓點(diǎn)是文獻(xiàn)中實(shí)際采取的θ值，而兩條水平線分別對(duì)應(yīng)一般范圍的兩個(gè)邊界值10°和25°。我們發(fā)現(xiàn)，在12 個(gè)案例中，有8 個(gè)案例的θ值落在均值±1σ的范圍內(nèi)，11個(gè)落在均值±2σ范圍內(nèi)，而所有的θ值均落在了均值±3σ范圍內(nèi)。值得注意的是，有一篇論文選擇的機(jī)架角度為27°，這個(gè)角度超出了一般搜索范圍10°～25°，而用本文方法依然可以有效地定位到這個(gè)角度。從兼顧效率和有效性的角度考慮，本文建議使用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)應(yīng)的范圍為機(jī)架角度搜索范圍，如果以此為標(biāo)準(zhǔn)，12 篇文獻(xiàn)中θ搜索范圍的平均值為5.4°±1.3°，相比于一般方法中15°的搜索范圍，本文方法將搜索范圍縮小了10°左右。

圖3 表1所列舉文獻(xiàn)中案例的角度搜索范圍和實(shí)際機(jī)架角度θ值Figure 3 Search range and the actual gantryangle θ in the cases reported in the literatures listed in table 1

2.3 方法的有效性驗(yàn)證

X為206 和247 cm 時(shí)，水平軸兩側(cè)的上分野（y＞0）和下分野（y＜0）組合成的相對(duì)劑量分布見(jiàn)圖4，其中劑量以治療平面中間點(diǎn)歸一，曲線上少量點(diǎn)的缺失是因?yàn)樗鼈兾挥趦蓮埬z片的間隙處。結(jié)合前述結(jié)果，X為206 和247 cm 時(shí)，機(jī)架角度搜索范圍分別為14.3°～18.8°和13.5°～17.7°。筆者首先測(cè)量了邊界角度的劑量均勻性，下界對(duì)應(yīng)的劑量曲線呈現(xiàn)單峰特征，上界對(duì)應(yīng)的劑量曲線具有雙峰特征，然后應(yīng)用二分法尋找合適的θ值，X為206 和247 cm 時(shí)，θ值分別為15°和14.5°。當(dāng)X=206 cm時(shí)，在135 cm長(zhǎng)度范圍內(nèi)（y為-70～65 cm），最大和最小相對(duì)劑量分別為1.06和0.93；而X=247 cm 時(shí)，在145 cm 長(zhǎng)度范圍內(nèi)（y為-75～70 cm），其最大和最小相對(duì)劑量分別為1.04和0.92。這兩個(gè)結(jié)果均比AAPM TG30 報(bào)告中推薦的160 cm治療長(zhǎng)度要短。但值得注意的是，當(dāng)X增加了41 cm 后，可接受的治療長(zhǎng)度增加了10 cm，這說(shuō)明隨著X的增加，滿足AAPM TG30報(bào)告要求的160 cm 的治療長(zhǎng)度是有可能的。

圖4 垂直方向的相對(duì)劑量分布Figure 4 Relative dose profiles in vertical direction

3 討論

雖然SDF-TSET 技術(shù)已經(jīng)被普遍認(rèn)可并受到重視，AAPM TG30 報(bào)告［5］中也提出了該技術(shù)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，但是這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，尤其是機(jī)架角度的確定這一步相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，AAPM TG30 報(bào)告中也沒(méi)有如何選擇合適角度的說(shuō)明，而筆者的工作填補(bǔ)了這一空白，為SDF-TSET 技術(shù)中最為耗時(shí)的一步提供了有用而高效的方法。

本研究中所介紹的方法也可以作為一種預(yù)評(píng)估工具，來(lái)驗(yàn)證某個(gè)放療中心在現(xiàn)有條件下，對(duì)于某個(gè)身高的病人，是否能否在特定機(jī)房、特定加速器上實(shí)施SDF-TSET 技術(shù)。有報(bào)道稱(chēng)，皮膚T 細(xì)胞淋巴瘤每年的發(fā)病率為0.54人/10萬(wàn)人［19］。由于蕈樣霉菌病的發(fā)病率極低，在建立一個(gè)放療中心的過(guò)程中可能不會(huì)建立SDF-TSET 規(guī)程。另一方面，不同的病人身高可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)治療時(shí)間的需求有很大的不同，因此需要進(jìn)行個(gè)案評(píng)估。而我們的方法可以提供的一種快速的預(yù)評(píng)估方案。

另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是X線污染，理想的X線污染劑量應(yīng)當(dāng)小于電子線劑量的1%～4%。AAPM TG30報(bào)告建議將光束中心軸對(duì)準(zhǔn)站立患者的上方和下方，以減少X 射線對(duì)患者的輻射劑量，本文工作中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本不符合這一要求，只有當(dāng)ISO點(diǎn)與患者之間距離較大時(shí)才能滿足這一要求，本文工作中的試驗(yàn)所用治療室不夠大。不過(guò)這只是一個(gè)建議，而不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而且重疊野的X射線污染比單野更小，產(chǎn)生的X線污染在臨床上也是可以接受的。在建立SDF-TSET 技術(shù)協(xié)議時(shí)，如何盡可能地避免X 線污染，需要結(jié)合臨床需要和實(shí)際情況。

4 結(jié)論

筆者提供了一種方法使SDF-TSET 技術(shù)更方便地實(shí)現(xiàn)，將機(jī)架角度搜索范圍由15°減小至5°左右。此外，該方法即使在最佳機(jī)架角度超出常規(guī)范圍（10°～25°）時(shí)也能很好定位出合適的機(jī)架角度。