張先穩(wěn) 張西志 花 威 李 軍 汪步海 陳婷婷

食管癌是我國最常見的惡性腫瘤之一，三維適形放射治療技術(shù)和調(diào)強放射治療技術(shù)的臨床應用為食管癌的放療提供了重要手段。在腫瘤放療過程中，計劃設(shè)計所選劑量算法的準確性是必須考慮的問題。瓦里安Eclipse 8.6放射治療計劃系統(tǒng)提供各向異性分析算法(anisotropic analytical algorithm，AAA)與光子筆形束卷積算法(pencil beam convolution，PBC)，本文應用COMPASS劑量驗證系統(tǒng)，對食管癌中2種算法調(diào)強放療計劃進行劑量驗證，探討其準確度［1］。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

隨機選取我院2012年1月～8月收治的9例食管癌患者。男性6例，女性3例，平均年齡63歲，年齡52～70歲。病理類型均為鱗癌。計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)長度為 14～21 cm，雙肺體積為(2897.22 ～3902.61)cm3。

1.2 計劃設(shè)計

應用瓦里安Eclipse 8.6治療計劃系統(tǒng)進行靶區(qū)勾畫、計劃設(shè)計與評估。大體腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume，GTV)為影像上可見腫瘤病灶;臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)為GTV外放8 mm，并包括區(qū)域淋巴結(jié)引流區(qū)，上界為胸廓入口，下界為腫瘤下4 cm;PTV為CTV沿三維外放5 mm。對GTV給定處方劑量為6 000 cGy/28次，PTV為5 040 cGy/28次。對所選病例設(shè)計逆向調(diào)強放療計劃，采用五野均分布野方式(00、720、1440、2160、2880)、6 MV X 射線、劑量率為300 MU/min、瓦里安Clinac ix加速器、120片MLC、優(yōu)化算法為DVO。計劃優(yōu)化后分別采用AAA算法、PBC算法計算。

1.3 劑量驗證

對2種算法的放療計劃分別生成QA驗證計劃，應用IBA公司的COMPASS三維劑量驗證系統(tǒng)進行相對劑量驗證。Gamma分析中設(shè)置相對劑量偏差 ＜3%、距離偏差＜3 mm的約束限制，以γ＜1為通過。驗證結(jié)果與計劃系統(tǒng)的結(jié)果進行比較。兩者差異計算公式［1］為:PD=100% × (Dcal-Dn)/Dn，式中 PD 為差異百分比(%);Dcal為計劃系統(tǒng)計算出的劑量(cGy);Dn為COMPASS系統(tǒng)測量出的劑量(cGy)。

1.4 評估方法

通過DVH圖，分析以下各指標的差異。

GTV、PTV的平均劑量Dmean及至少接受相應處方劑量水平照射的體積V100%、均勻性指數(shù)(homogeneity index，HI)和適合度指數(shù)(conformity index，CI)。HI=D5%/D95%，其中D5為5%靶體積受照最低劑量，D95為95%靶體積受照最低劑量，HI值越大(遠離1)說明該計劃的劑量分布均勻性越差。CI=VTref/VT×VTref/Vref，其中VT為靶體積，VTref為參考等劑量線面所包繞靶區(qū)的體積，Vref為參考等劑量線面所包繞的所有區(qū)域的體積。CI值在0～1，越靠近1說明靶區(qū)適合度越好［2］。

危及器官(organs at risk，OARs):脊髓1%體積接受照射的最大劑量D01;肺V5(照射劑量為5 Gy時的體積)、V10、V15、V20、V30及平均劑量 Dmean;心臟 V30、V40和平均劑量Dmean。

此外，還分析GTV、PTV和OARs的γ通過率。

1.5 統(tǒng)計學方法

所有數(shù)據(jù)應用SPSS15.0軟件進行分析。兩種計劃劑量學差異采用配對t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 γ通過率

AAA算法GTV、PTV、雙肺、心臟的γ通過率高于PBC算法，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。對于脊髓2種算法γ通過率相近(P=0.182)，見表1。

表1 2種算法GTV、PTV和OARs γ通過率比較

2.2 各評價指標的差異

GTV 的Dmean、V100%、HI及PTV 的HI，AAA 算法結(jié)果均優(yōu)于PBC算法，差異均有統(tǒng)計學意義。2種算法GTV、PTV的 Dmean值差異分別為(-2.74±0.11)%、(3.03 ± 0.16)%，(-2.38 ± 0.16)%、(-1.29±0.19)%;表明計劃值低于測量值。

AAA算法雙肺各指標計劃值均低于測量值。PBC算法雙肺除V20、V30外余計劃值均偏低于測量值。2種算法雙肺各指標間比較差異有統(tǒng)計學意義，但AAA算法差異PD值較小，即計劃值更接近于實際值。兩種算法的雙肺V15值均較接近實際值，PBC算法更明顯，V15有轉(zhuǎn)折點的趨勢。心臟的 Dmean、V30、V402種算法 PD 值相近(P=0.449，0.958，0.322)。2 種算法脊髓D01的計劃值均高于測量值，計劃值D01高估了(1.56 ±0.25)%、(4.48 ±1.13)%，差異有統(tǒng)計學意義，見表2。

3 討論

AAA算法是三維的筆型束卷積疊加算法，它的模型建立考慮了原射線、電子線污染以及準直器散射的影響，對不均勻介質(zhì)中的劑量計算能夠進行更準確的修正，更接近于實際測量值，是1種更精確的算法［3，4］。PBC算法采用的是卷積技術(shù)和快速傅立葉變換，是一維能量非局部沉積算法。PBC算法不能準確地體現(xiàn)射線穿過2種不同密度組織時的2次建成效應，但大多數(shù)情況下能夠較好地滿足劑量計算的精度要求。研究表明［5］，PBC算法趨向于過高估計靶區(qū)內(nèi)低密度肺組織的吸收劑量，同時欠估計肺組織內(nèi)的低劑量區(qū)域。

AAA算法與PBC算法的劑量學對比國內(nèi)外已多有報道［3～7］，但多強調(diào)肺受量的區(qū)別。食管癌是我國最常見的惡性腫瘤，目前，國內(nèi)也有關(guān)于食管癌中AAA算法和PBC算法的計劃值劑量學比較的報道［6］，但沒有劑量驗證的支持，本文應用三維劑量驗證系統(tǒng)COMPASS來驗證2種算法計劃值與COMPASS測量值的相對差異，討論AAA算法和PBC算法的準確度，為食管癌臨床放療提供參考。伍然等［8］通過二維電離室矩陣Matrixx驗證得出類似于肺部腫瘤這種靶區(qū)周圍存在明顯密度差異的腫瘤，AAA算法的γ通過率更高，運算結(jié)果更加準確。Bragg等［7］比較了AAA算法和PBC算法在前列腺、鼻咽癌和肺癌中的應用。結(jié)果表明，在前列腺、鼻咽癌應用中兩種算法差別很小，而在肺癌計劃中產(chǎn)生了較大的變化，并驗證了AAA算法的計算結(jié)果與測量值較一致。本研究結(jié)果得出了同樣的結(jié)果。AAA算法GTV、PTV、雙肺、心臟的γ通過率高于PBC算法，2種算法對雙肺受量均有一定程度的低估，但AAA算法更接近測量值。R?nde等［9］通過測量驗證同樣得出在不均勻組織中AAA算法優(yōu)于PBC算法，同時指出對于6MX線，AAA算法低估了脊髓受量近7%，而PBC算法則高估了脊髓受量近4%。本研究中對于脊髓，AAA算法和PBC算法分別高估了1.56%、4.48%，與 R?nde HS稍有差別，可能與驗證方法有關(guān)。因為條件所限，本研究僅用COMPASS進行了相對劑量的驗證，而沒有利用模體進行絕對劑量的驗證，故有一定的局限性。此外，本研究中心臟的受量，2種算法都有所低估，在設(shè)計放療計劃時應引起重視。

表2 2種算法GTV、PTV評價指標差異PD值比較

綜合考慮各指標差異，食管癌調(diào)強放療中AAA算法比PBC算法更準確。

［1］柏朋剛，李奇欣，陳開強，等.CONPASS系統(tǒng)在鼻咽癌容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強劑量驗證中的應用〔J〕.中華放射醫(yī)學與防護雜志，2012，32(3):304.

［2］Weiss E，Siebers JV，Kell PJ.An analysis of 6-MV versus 18-MV photon energy plans for intensity-modulated radiation therapy(IMRT)of lung cancer〔J〕.Radiother Oncol，2007，82:52.

［3］Carlaprile P，Venencia CD，Besa P.Comparison between measured and calculated dynamic wedgedose distributions using the anisotropic analytic algorithm and pencil-beam convolution〔J〕.J Appl Clin Med Phys，2006，8:47.

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［5］伍 然，全 紅，徐利明.肺部腫瘤IMRT計劃制定過程中不同算法的評估〔J〕.腫瘤預防與治療，2011，24(3):164.

［6］譚麗娜，石 梅，柴廣金，等.食管癌調(diào)強放療計劃中AAA算法與PBC算法的對比研究〔J〕.中國醫(yī)學物理學雜志，2012，29(1):3093.

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［8］伍 然，全 紅，徐利明.不同算法所得IMRT計劃的劑量學驗證評估〔J〕.中國醫(yī)學物理學雜志，2011，28(3):2581.

［9］R?nde HS，Hoffmann L.Validation of Varian＇s AAA algorithm with focus on lung treatments〔J〕.Acta Oncol，2009，48(2):209.