组织填充模体与皮肤间空腔对放射治疗的影响

胡嘉晨

复旦大学附属肿瘤医院放射治疗科 （上海 200032）

在放射治疗中，部分患者的病灶处于较浅表部位，需要提高皮肤浅表部位的放射剂量。由于X线与物质的作用存在建成效应，临床常使用6 MV的X线并在患者皮肤上覆盖组织填充模体来进行放射治疗，且组织填充模体应紧贴患者皮肤。

实际操作中，常采用标准化组织填充模体进行加盖，但是标准化组织填充模体存在弹性、延展性、光滑程度等限制，难以完全贴合患者患处的形状，两者之间有时会存在着形状不规则的小空气腔体，如图1。这些小空腔可能会影响患者浅表部位的计量分布，现对此进行讨论。

图 1 患者加盖组织填充模体

1 空腔影响原因

当X线照射到人体时，射线的强度随入射的厚度近似为指数衰减，光子的能量主要通过在皮肤以及皮肤下组织中产生的次级电子传递。次级电子的数量随深度的增加而减少且存在一定的射程，故从表面到最大剂量区域之间存在一个剂量逐渐上升的建成区。在患者患处加盖组织填充模体可使患者体内的最大剂量区域深度上提，进而加大体表剂量。空腔对X线的剂量会产生影响：一方面，空气与皮肤的界面处会缺乏电子平衡而导致组织吸收剂量减少；另一方面，空腔又会导致光子、次级电子散射线的存在使前后剂量增加。当射野相对于空腔截面足够大时，两种状况综合后空腔对剂量的影响较小[1]。

当空腔处于较浅部位时空腔效应（综合剂量跌落效应和建成效应）影响较大，较大的射野可以降低空腔效应[2]，不过，文献[2]中所讨论的主要为空腔深度4 cm以上的情况。随着立体定向放射治疗和调强放射治疗的推广，一些射野的子野形状不规则且面积较小，实际情况比较复杂。

图1中加盖的组织填充模体厚度为0.3 cm，空腔形状不规则，与皮肤距离最大处约有1 cm。乳腺癌根治术后重建填充假体患者的患处一般较图1患者更大，且与胸壁轮廓过渡稍平滑，组织填充模体与皮肤的贴合程度相对略好，但部分空腔的存在仍难以避免。检索文献后考虑通过以下两种方式对浅表剂量进行计算测量。

2 空腔影响的测量方法

2.1 胶片叠加外推法测量

本研究所针对的感兴趣区域位置较浅，半导体探测器体积较小但是存在剂量率、能量、方向响应的问题[3]，外推电离室等设备操作相对复杂，故可参考胶片叠加外推法[4]。可在文献[4]实验方案的基础上，在胶片的上方不同距离处设置组织填充模体进行照射以评估浅表小空腔对剂量的影响。但是对于倾斜入射情况，这种方法存在一定的局限性[4]。

2.2 治疗计划系统计算且用蒙特卡罗模拟对比验证

通过治疗计划系统对扫描体模所得数据进行模拟计算可以得到更大的数据量，且更易于控制实验条件。搜索文献后发现，一些治疗计划系统对空腔的计算存在误差，而蒙特卡罗模拟（MCNP）可以通过对粒子输运过程的模拟来计算能量传输沉积，常被用来评价其他算法。

依据王晓东[5]就小体积空腔边缘剂量的影响研究，通过使用XVMC、MGS算法以及蒙特卡罗模拟分别计算验证。二次建成效应随空腔的增大而增大但都被低估，空腔下表面的计算值相较蒙特卡罗模拟的计算值存在较大误差。见表1。

杨振等[6]通过对利用瓦里安Eclipse系统（6.5版）内含算法的PB算法、利用飞利浦Pinnacle（8.0M版）内含算法的CS算法和蒙特卡罗模拟进行对比验证，研究了位于体模4 cm深度空腔的小射野情况下两种算法的精度。当射野面积在3 cm×3 cm以上时PB算法和CS算法都比较准确；当射野面积更小时，CS算法精度优于PB算法，但在空腔周围仍存在剂量高估现象[6]。

表1 距上表面5 cm不同体积空腔的剂量计算误差（%）

针对较上述实验中空腔位置更浅表的病灶，可以参考其实验过程在蒙特卡罗模拟软件中构建加速器模型和空腔位于浅表位置的人体体模，或者在获取患者CT数据时就加盖组织填充模体并将医学影像数据转换格式导入到蒙卡程序中构建真人模型。获得的计算数据可以与治疗计划系统计算数据进行对比验证。

由于患者体表形状的不规则，直接加盖标准化的组织填充模体时难以避免会出现一些体积较小的空腔。当射线穿过非均匀介质时会出现侧向电子失衡现象，若治疗计划系统按照电子平衡计算会高估低密度介质的剂量[3]。目前，针对小体积浅表部空腔对剂量影响的研究较少。参考以上实验数据，可推测空腔的存在可能会对患者浅表部位的剂量计算产生影响，我们更倾向于使用蒙特卡罗模拟做计算验证。

3 讨论

实际操作中，需要先采集患者的影像数据以供勾画治疗靶区，此时尚不能确定后续治疗中是否需要添加以及添加厚度为多少毫米的组织填充模体。常规方法是需要加盖组织填充模体时在放射治疗计划系统中选择添加，但此方法难以预估和计算可能存在的空腔大小。可考虑在确认需要添加时，通过加盖相应组织填充模体并尽量减小空腔体积获取新的影像数据，以优化小空腔的剂量计算，同时详细记录组织填充模体与患者的相对位置以便在后续放射治疗中复现患者体位，进而优化放射治疗的整个流程。

头颈部肿瘤患者需要提高浅表剂量时，可将标准化组织填充模体裁切并固定在面罩内部（图2），使其与患者皮肤尽量紧贴。放射治疗的1个疗程通常要进行数周，期间可能结合化疗，很多患者由于食欲不振、消化道放射损伤等原因导致体重减轻，将裁切后的标准化组织填充模体固定在面罩内部可减少面罩相对变松对贴合程度的影响。

图 2 患者面罩内固定组织填充模体

图1中的患者以及某些乳腺癌患者由于体位等因素影响不适合采用热塑体罩固定，可考虑依据患者体表轮廓定做蜡模或个体化的组织填充模体，再经过CT定位获取影像数据制定放射治疗计划。现阶段3D打印技术费用过高，会增加患者的经济负担。石蜡模型成本相对低廉，适用于乳腺癌根治术后患处相对平坦需要提高胸壁剂量的患者。针对图1中的患者以及乳腺癌根治术后重建乳房假体患者，其患处可能受蜡模的压力而变形，摆位操作时应多加注意。如果使用标准化组织填充模体，在优化算法的前提下，每次摆位时应注意复现模体与患者的相对位置，以尽量减小空腔的影响。

由于浅表放射剂量的提高，患者可能会出现放射性皮炎、皮肤破损的情况，应及时通知医师做相应处理，以减轻患者疼痛并使其坚持完成治疗。在条件允许的情况下，如果进行调强放射治疗，可以考虑适当加大子野面积以减少空气腔体的影响。此外，考虑头颈部有额窦、上颌窦等位置较浅的空腔，如果放射治疗计划涉及到这些区域也可以对此做相应的模拟研究。