依據不同ICRP報告計算兒童全中樞神經系統放療患者體內有效劑量的變化

姚杏紅 李 勇 張懷文 廖雄飛

有效劑量是評估輻射危害的物理量，同時也是監控輻射隨機性效應的表征量。有效劑量通常是將組織器官的當量劑量乘以對應危害度相關的權重因子再求和得出[1-2]。國際放射防護委員會(International Commission on Radiological Protection，ICRP)報告給出了不同組織器官的權重因子，最新版本ICRP 103號報告較老版本ICRP 60號報告對全身組織器官的權重因子進行了調整[3-4]。螺旋斷層放療(helical tomotherapy，HT)和多中心放療(multi-isocenter radiotherapy，M-ISO)技術是目前在全中樞神經系統放療(craniospinal irradiation,CSI)中應用最為廣泛的兩種放療技術[5-7]，CSI患者照射范圍較廣，全身組織器官均在照射范圍內，評估患者體內的有效劑量具有積極的臨床意義。有報道指出[8-10]，患者有效劑量與患者發生輻射致癌的風險密切相關。尤其是對兒童CSI患者，其治愈率高，生存時間長，輻射發生不良反應的風險隨著吸收有效劑量的增加而升高[11]。本研究旨在比較新、舊兩個版本ICRP報告計算應用兩種放療技術的全中樞神經系統放療患者體內有效劑量的變化。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取在本院已接受CSI治療的兒童患者20例(男性12例，女性8例，中位年齡13歲)，將其CT圖像經網絡分別傳輸至Tomotherapy(美國Accuray公司)和Eclipse 11.0(美國Varian公司)計劃系統，分別在兩個計劃系統中進行HT和M-ISO放射治療計劃設計，具體參數參考文獻[6-7]。臨床處方劑量為36 Gy/20次，單次劑量為1.8 Gy；危及器官(organs at risk，OAR)及正常組織的受照劑量盡量低。統計靶區和各危及器官劑量學參數，并計算兩組計劃中患者各危及器官的有效劑量及患者全身的總有效劑量。

1.2 有效劑量的計算

有效劑量是指在全身受到非均勻性照射的情況下，受照組織或器官的當量劑量(Ht)與相應的組織權重因子(WT)乘積的總和：

E=∑Ht·WT…………(1)。

組織權重因子(WT)描述了在輻射中不同器官、組織對全身危害的貢獻，其值由ICRP報告給出，新版本ICRP 103號報告對全身各器官組織的權重因子進行了調整，兩個報告推薦的器官組織權重因子比較見表1。

表1 ICRP 60號與ICRP 103報告中器官組織權重因子比較

在ICRP 60號和103號報告中某個器官或組織受到r類型輻射的當量劑量Ht,r定義為：

Ht,r=Dt,r·Wr…………(2)。

式中，Dt,r是輻射r在器官或組織內產生的平均劑量，Wr是r類型輻射的輻射權重因子，無量綱。輻射權重因子Wr反映了不同類型和能量的輻射對生物效應的影響。核輻射進入大氣后，空氣中不同射線的輻射影響不同，如中子射線的輻射權重因子為5～20，α射線的輻射權重因子為20，χ、γ和β射線的輻射權重因子通常情況下取值為1[1-2]。由公式(1)、(2)可知，在放射治療過程中影響患者器官組織有效劑量的因素主要是器官組織的平均劑量。在計劃系統中，大部分器官受照劑量的平均值均能直接讀出，紅骨髓和骨表面的受照劑量需要進行換算得出，具體方法見文獻[6]；皮膚是在外輪廓的基礎上內縮3 mm生成的環狀組織，剩余組織是外輪廓除去ICRP報告中涉及的危及器官后剩下的所有組織。通過計劃系統給出的各組織平均劑量與ICRP報告給出的組織權重因子計算器官組織的有效劑量，對比不同版本ICRP報告對計算各器官組織及全身有效劑量帶來的影響。

1.3 統計學方法

2 結果

2.1 HT與M-ISO兩組計劃危及器官受照劑量對比

HT與M-ISO兩組計劃均能滿足臨床處方劑量要求，危及器官受量均低于耐受劑量。與HT技術相比，M-ISO技術在紅骨髓、結腸、肺、唾液腺、肝臟、皮膚、骨表面、剩余組織等器官的受照劑量更低(P<0.05)，同時胃、食管、甲狀腺和大腦等組織受照劑量偏高(P<0.05)，見表2。

表2 應用HT與M-ISO技術的兩組計劃各危及器官平均受照劑量對比

2.2 新、舊版本ICRP報告在不同放療技術中各組織有效劑量對比

ICRP 103號和60號報告給出的組織權重因子導致應用HT和M-ISO兩種放療技術的兒童CSI患者體內各組織器官有效劑量變化分別如圖1、圖2所示。 CSI患者組織平均有效劑量均值大于0.11SV的組織器官有紅骨髓、結腸、肺、食管、胃和剩余組織等；相比于ICRP 60號報告，ICRP 103號報告增加了唾液腺和大腦兩個組織器官，乳腺和剩余組織的組織權重因子升高，而卵巢、睪丸、膀胱、肝臟、食管和甲狀腺等的組織權重因子降低。

圖1 ICRP 103與ICRP 60在HT技術中20例患者各器官平均有效劑量比較

圖2 ICRP 103與ICRP 60在M-ISO技術中20例患者各器官平均有效劑量比較

2.3 新、舊版本ICRP報告對全身總有效劑量的影響

根據ICRP 103號和60號報告聯合公式(1)、(2)計算得到的20例CSI患者全身有效劑量結果見圖3。20例患者在HT和M-ISO兩種放療技術中根據ICRP 103號報告計算的全身有效劑量均高于根據ICRP 60號報告計算的結果(P<0.01)；相比于ICRP 60號報告，HT和M-ISO兩種技術根據ICRP 103號報告計算得到的20例患者全身有效劑量均值分別為(8.12±0.13)和(7.79±0.14)，分別升高10.4%和13.4%。

圖3 新、舊版本ICRP報告致不同放療技術下20例患者全身有效劑量對比

3 討論

全中樞神經系統放射治療技術是幾種非常規放療技術之一，相對于常規加速器，螺旋斷層放射治療系統在CSI方面具有獨特的優勢[5]。CSI的特點主要為照射范圍廣、涉及的危及器官多、照射總劑量低、治愈率高以及生存時間長等。照射總劑量低容易導致忽略患者全身吸收的有效劑量，而患者(特別是兒童患者)吸收的有效劑量與患者發生輻射致癌風險密切相關。因此，針對CSI患者，準確計算患者的吸收劑量并分析各器官對患者吸收有效劑量的影響具有非常重要的臨床意義。2007年ICRP頒布103號報告，該版本針對60號報告進行了一些補充和修訂，本研究主要是比較新、舊兩個報告給出的組織權重因子，并計算比較應用HT和M-ISO兩種不同放療技術的CSI患者的各組織器官有效劑量和總有效劑量。

研究結果表1顯示，相較于ICRP 60號報告，ICRP 103號報告作出了較大調整，增加了大腦和唾液腺兩個重要組織器官，其他原有組織器官的組織權重因子也進行了調整，降低了卵巢(9.26%)、睪丸(9.26%)、膀胱(0.46%)、肝臟(0.47%)、食管(0.47%)、甲狀腺(0.47%)等組織器官的組織權重因子占總因子的百分比；提高了紅骨髓(1.11%)、結腸(1.11%)、肺(1.11%)、胃(1.11%)、乳腺(6.94%)、皮膚(0.10%)、骨表面(0.10%)、剩余組織(6.94%)等組織器官的組織權重因子占總因子的百分比。隨著組織權重因子的調整，患者體內有效劑量的計算值也會發生變化。由表2的統計學結果可知，不論是HT技術還是M-ISO技術，依據ICRP 103號報告計算得到的有效劑量均高于依據ICRP 60號報告計算的結果(P<0.05)。由圖1、圖2可知：在放療技術相同的情況下，根據不同版本ICRP報告計算的有效劑量變化較大的組織器官包括唾液腺、膀胱、乳腺、肝臟、食管、甲狀腺、大腦和剩余組織等；應用HT與M-ISO兩種放療技術時，患者體內平均有效劑量大于0.11Sv的組織器官包括紅骨髓、結腸、肺、乳腺、肝臟、食管、甲狀腺、大腦、胃和剩余組織等。想要降低患者接受的總有效劑量就必須降低上述組織器官的照射劑量，然而CSI中，全脊髓和大腦是放療中的靶區組織，為滿足靶區的處方劑量，無法降低紅骨髓、骨表面以及大腦等組織所接受的照射劑量。國內外相關研究表明[6,12-14]，降低CSI低劑量輻射區域能夠有效降低患者體內總有效劑量，特別是改變治療計劃的設計方式，如利用TomoDirect技術、勾畫輔助結構、利用半弧照射等技術均能有效減小患者體內低劑量輻射范圍。

ICRP 103號報告在強調計算某些器官有效劑量重要性的同時，也削弱了另一些組織器官的作用，如：卵巢、睪丸、膀胱等。對于兒童CSI患者，ICRP 103號報告作出的調整使得患者體內總有效劑量的計算結果升高。因此，為了進一步降低CSI患者體內總有效劑量，有必要研究新型的放射治療計劃設計及優化方式。