Assessment of megavoltage imaging dose to organs at risk in breast cancer radiotherapy.

Ahiagbenyo P, Gyekye P, Inkoom S, Asare M, Lano J K, et al.

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AI 導讀 technology dose 重要性 4/5

乳癌放療每日 1MU MV 正側位影像會讓肺部多吃近 600mGy 劑量,放射師應縮減影像 FOV 並注意 bolus 擺放時機。

  • 每日正側位 MV 驗證會使雙肺吸收高達 19.8 mGy,心臟吸收 10.1 mGy。
  • 6 MV 具備皮膚保留效應,但若照相前先放 bolus 會破壞此效應致皮膚高劑量。
  • 嚴格縮減 EPID 影像照野僅保留胸骨與肋骨標記,或改用 kV 影像系統驗證。

每天照一張正側位 1MU 的 MV 驗證影像,三十次療程下來雙側肺部居然會偷偷吃下將近 600 mGy 的額外劑量,且這些數字通常不會被算在治療計畫系統裡。這篇針對乳癌放射治療中危及器官(OAR)的劑量測量研究,直接點出了我們在控制台前每天按下影像擷取鍵時,最容易忽略的輻射負擔。當大家都在關注治療主射束如何避開周邊正常組織時,驗證影像所帶來的額外暴露,往往成為防護上的盲區。

每日正側位 1MU 驗證累積的隱藏肺部劑量

影像導航放射治療(IGRT)已經是目前放射腫瘤科的標準配備,為了確保每天的擺位與治療計畫一致,拍攝驗證影像幾乎是例行公事。研究團隊指出,許多單位仍常規使用每日正側位(Anterior = 1 MU, Lateral = 1 MU)的百萬伏特(MV)射門影像進行位置確認。這些看似微不足道的跳機單位,在長達三十次的標準分次療程中,累積起來可能提供 40 到 400 mSv 的額外劑量。這個範圍的變異取決於使用的射束能量、照野大小以及機器的具體參數設定。

從實際擺位來看,乳癌病患在治療床上的姿勢通常包含手臂上舉並使用乳房托架(Breast board)固定,這使得側位影像的射束勢必會穿透大量的胸腔組織。治療計畫系統(TPS)在運算劑量分佈時,首要目標是優化治療主射束,讓切線照野避開心臟與肺臟。然而,正位與側位的 MV 驗證影像射束卻是直直打穿病患的胸腔,這些用於確認骨骼標記的輻射,實際上直接命中了我們亟欲保護的危及器官。研究提到,在接受放射治療的癌症倖存者中,有高達 17% 至 19% 的患者可能會面臨後續的健康挑戰,其中約有 5% 的機率可能引發次發性惡性腫瘤。這個風險數據提醒我們,即便影像劑量低於治療劑量,仍需依循 ALARA(合理抑低原則,將輻射劑量控制在合理且可達成的最低水準)來執行每一次的影像擷取。

RANDO 假人與 EBT2 底片的 OAR 實際吸收數據

為了解析這段「隱藏劑量」的真實面貌,研究團隊使用了一具女性 RANDO® phantom(模擬人體組織密度與游離輻射吸收的假體)進行胸腔區域的模擬測量。他們設計了四種常見的臨床情境:左側乳房、右側乳房、左側胸壁以及右側胸壁的放射治療擺位。這四種情境涵蓋了保留乳房與全乳切除後的情境,因為不同的解剖構造與切線角度,可能會影響散射劑量的分佈。這對於我們理解不同病患群體的影像劑量差異至關重要。

在測量工具的選擇上,研究團隊將 Gafchromic EBT2 films(輻射變色膠片,免沖洗且具備高空間解析度)精確放置於假體的左肺、右肺、心臟、脊椎以及皮膚表面。使用膠片而非游離腔的好處在於,膠片可以提供二維的劑量分佈地圖,精準捕捉局部的高劑量熱區。每一次的影像拍攝皆使用標準的 6 MV X 射線光子束,並完整模擬正位與斜位(或側位)的影像擷取過程。實驗結果顯示,這四種臨床情境下的劑量測量值變異極小。這意味著無論今天是做左乳還是右胸壁,只要使用同一套正側位 1MU 的 MV 影像 protocol,危及器官吃到的影像劑量幾乎是固定的,主要的決定因素在於我們的影像擷取參數,而非病患的治療部位。

Table 1 肺部 19.8 mGy 與心臟 10.1 mGy 的取捨

把目光拉到研究測量出的具體數字,結果相當震撼。在單次(每日)的 MV 影像驗證中,雙側肺部吸收了最高的劑量,落在 18.4 到 19.8 mGy 之間。如果將這個數字乘上三十次的療程,肺部因為「拍照」而額外承受了近 600 mGy 的游離輻射。對於心臟而言,每日的吸收劑量介於 6.7 到 10.1 mGy 之間,整個療程下來也可能累積超過 300 mGy。我們在臨床上花費大量時間教導病患執行深吸氣閉氣技術(DIBH),為的就是把心臟劑量壓低,但如果每天的 MV 影像驗證又把 10 mGy 塞給心臟,這無疑是在抵銷 DIBH 帶來的防護效益。

從輻射生物學的角度來看,雖然三十天累積 600 mGy 的劑量,仍遠低於誘發輻射性肺炎或心包膜炎等確定性效應(Deterministic effects)的閾值(通常在數個 Gy 以上)。但胸腔器官對於機率性效應(Stochastic effects,如次發性癌症)相對敏感,且機率性效應是不存在安全閾值的。我們在操作 EPID(電子射門影像設備)時,必須意識到這 1MU 加上 1MU 的操作,對病患長期的健康風險仍有實質影響。這要求我們重新審視每日拍攝正側位 MV 影像的絕對必要性,或者至少在確保影像品質的前提下,盡可能調降每次拍攝的 MU 數。

6 MV 射束皮膚保留效應與擺位重現性的拉扯

若細看皮膚的劑量數據,會發現皮膚吸收的劑量最低,每日落在 4.7 到 5.9 mGy 之間。作者將這個相對較低的數值,歸因於 6 MV X 射線光子束的皮膚保留效應(Skin-sparing effect)。對於 6 MV 的光子束來說,最大劑量深度(Dmax)大約落在皮下 1.5 公分處,因此表皮能避開最高劑量的轟擊。然而,這正是放射師在擺位時必須特別警覺的陷阱。這個較低的皮膚劑量數據,是在假體表面沒有覆蓋任何增建游離物質的情況下測得的。

在臨床實務上,針對全乳切除後的胸壁治療,醫師經常會開立覆蓋 Bolus(組織假體,用於提升表面劑量)的處方,確保手術疤痕處能達到足夠的治療劑量。如果你在執行每日 MV 影像驗證前,就已經把 Bolus 鋪在病患胸壁上,那麼 6 MV 射束的皮膚保留效應就會被完全破壞!影像射束的 Dmax 會提早落在 Bolus 內部或皮膚表面,導致皮膚在驗證階段就吸收了極高的劑量,增加嚴重的皮膚紅腫或脫皮風險。此外,側位影像的射束如果穿透了乳房托架厚重的碳纖維邊緣,也會產生類似的增建效應。因此,放射師在擺位時必須精準控制成像射束的路徑,避免不必要的散射與增建。

明天機房的 EPID 影像優化與 FOV 縮減策略

面對這樣的數據,我們明天上班馬上能做的第一步,就是檢查控制台上的影像照野(FOV)設定。許多時候為了求方便,我們會把 MV 影像的 X/Y 軸 Jaws 打開到 20x20 cm 甚至更大,以獲取整個胸腔的全貌。但對於乳癌擺位驗證,我們真正需要對齊的骨性標記通常只有胸骨、鎖骨頭以及特定的肋骨邊緣。請嚴格執行 Collimation(準直儀縮減),將影像照野縮小到僅涵蓋必要的解剖構造,這能直接且大幅度地降低周邊肺部與心臟的散射劑量。

其次,強烈建議檢視機房內影像擷取設備的靈敏度與 QC 狀態。了解你機台 EPID 設備的 DQE(偵測量子效率,影像訊噪比指標),如果數位面板的狀況良好,我們甚至可以與物理師討論,將影像擷取的 MU 數從 1.0 降至 0.5 MU,只要骨性邊緣依然足以辨識即可。若你們的 LINAC 配備有 kV 級的平面影像系統或 CBCT,請積極推動以 kV 影像取代 MV 影像進行擺位驗證。kV 射束不僅能提供更佳的軟組織與骨骼對比度,其所帶來的輻射劑量也遠低於 MV 射束。最後,遇到需要使用 Bolus 的病患,務必落實「先照相驗證、後放 Bolus 再治療」的標準流程,確實保護病患的皮膚。

照野別全開,MV 驗證對準胸骨與肋骨就好;遇到加裝 bolus 的病患,先照完影像再放 bolus 才能保住皮膚的 6 MV 劑量保留效應!

補充數據視覺化

乳癌放療每日 MV 影像 OAR 吸收劑量與療程推估
危及器官 (OAR)單日劑量範圍 (mGy)30次療程累積推估 (mGy)
雙側肺臟 (Lungs)18.4 - 19.8552 - 594
心臟 (Heart)6.7 - 10.1201 - 303
皮膚 (Skin)4.7 - 5.9141 - 177

Abstract

Advanced radiotherapy require frequent imaging to ensure accurate target coverage. However, imaging verification doses are often unaccounted for, raising questions regarding normal tissue exposure. Daily orthogonal (anterior = 1MU and lateral = 1MU) megavoltage (MV) portal images over 30 fractions may provide 40-400 mSv of dose, according to limited data. Additionally, between 17 % and 19 % of cancer survivors who have undergone radiotherapy, 5 % may acquire secondary malignancies. Daily MV imaging is common during breast cancer radiotherapy at the study site as a departmental protocol, however doses to Organs at Risk (OARs) are unknown. The aim of the study was to assess OAR doses during breast cancer radiotherapy. A female RANDO® phantom's thoracic region was exposed to anterior and oblique imaging fields simulating four treatment scenarios: left breast, right breast, left chest wall, and right chest wall. Gafchromic EBT2 films were placed in the left lung, right lung, heart, spine, and on the skin to measure absorbed doses during each procedure. Dose measurements across the four scenarios showed minimal variation. Both lungs received the highest daily doses, ranging from 18.4 to 19.8 mGy. The heart received between 6.7 and 10.1 mGy daily, while the skin absorbed the least, between 4.7 and 5.9 mGy, attributed to the skin-sparing effect of the 6 MV X-ray photon beam used. Cumulative imaging doses over a standard fractionation period were significantly below established thresholds for deterministic effects in the assessed organs. Despite low cumulative doses, the potential increased risk of secondary cancers and other radiation-induced effects in the thoracic region underscores the need to optimize imaging doses and clinical procedures in breast cancer radiotherapy.