周云瀧

（江油市第二人民醫(yī)院放療科，四川 江油 621702）

宮頸癌（cervical cancer）是全世界范圍內(nèi)女性發(fā)病率和死亡率均排第4 位的惡性腫瘤[1]，在我國(guó)，宮頸癌是第2 大女性特有的惡性腫瘤[2，3]。放射治療是晚期宮頸癌治療的重要方式之一，特別是調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity modulated radiation therapy，IMRT），其技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類型腫瘤的治療。利用放療計(jì)劃系統(tǒng)（treatment planning system，TPS）設(shè)計(jì)調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃是IMRT 技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。TPS 由于計(jì)算算法不同，計(jì)算原理也存在差異，而算法準(zhǔn)確度也會(huì)直接影響患者的具體劑量、受量[4，5]。在CMS XIO 4.8 計(jì)劃系統(tǒng)中有3 種不同算法，分別為疊加S算法（superposition）、快速疊加FS 算法（fast-superposition，F(xiàn)S）和卷積C 算法（convolution）。其中，S 算法可以修改能量沉積內(nèi)核以解決電子密度變化的問(wèn)題，它不但考慮計(jì)算點(diǎn)所在平面內(nèi)不均勻組織厚度因子，還考慮相鄰層面均勻組織散射對(duì)該點(diǎn)的劑量影響，這使得其計(jì)算非均勻組織及交界面劑量時(shí)精度較C 算法要高，但計(jì)算速度較慢[6，7]。FS 算法能用比疊加S 算法更少的追蹤射線來(lái)提高計(jì)算速度，但由于出束射線減少，導(dǎo)致計(jì)算精度會(huì)有所降低[8，9]。卷積C 算法中劑量分布是從單位質(zhì)量釋放的總能量中卷積的，通過(guò)在頻域中計(jì)算劑量同時(shí)假定內(nèi)核隨位置不變而提高了計(jì)算速度，在非均勻組織中只考慮沿射線方向上不均勻組織厚度因子，未考慮計(jì)算點(diǎn)周圍散射線影響，這可能導(dǎo)致劑量計(jì)算不準(zhǔn)確[5，10]。目前關(guān)于這3 種劑量計(jì)算算法在晚期宮頸癌IMRT計(jì)劃設(shè)計(jì)中的劑量學(xué)差異研究相對(duì)較少。為此，本研究選擇我院收治的晚期宮頸癌患者的IMRT 計(jì)劃，比較3 種算法在靶區(qū)劑量分布、危及器官受量、治療時(shí)間、計(jì)劃計(jì)算時(shí)間、機(jī)器跳數(shù)的差異，并對(duì)3種劑量計(jì)算算法進(jìn)行劑量驗(yàn)證，為宮頸癌IMRT 計(jì)劃設(shè)計(jì)提供理論參考，也為以后更加先進(jìn)的計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行劑量計(jì)算算法比較積累經(jīng)驗(yàn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取江油市第二人民醫(yī)院2018 年1 月-2020 年12 月接受放射治療的25 例晚期宮頸癌患者，年齡35～74 歲，中位年齡50 歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合宮頸癌診斷標(biāo)準(zhǔn)；病理類型均為鱗癌。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并肝、腎等嚴(yán)重疾病者；臨床資料不完善。本研究中所有患者知情同意并簽署知情同意書(shū)。

1.2 體位固定與CT 定位 所有患者均采用仰臥位，雙手臂交叉放于額前，熱塑體膜固定體位，平靜呼吸下行層厚5 mm 螺旋CT 增強(qiáng)掃描，將掃描后的CT圖像傳輸至CMS XIO 4.8 放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中。

1.3 靶區(qū)勾畫 根據(jù)國(guó)際輻射學(xué)單位委員會(huì)（International Commission Radiological Units）ICRU50 號(hào)和63 號(hào)報(bào)告原則[11]，由臨床醫(yī)生在醫(yī)生工作站（Focal）上勾畫腫瘤靶區(qū)（PTV）和直腸、膀胱、小腸、左右股骨頭等正常組織。所有患者靶區(qū)均由中級(jí)職稱以上的放療醫(yī)師逐層勾畫，再由正高職稱的科室主任簽字確認(rèn)。

1.4 計(jì)劃設(shè)計(jì) 在CMS XIO 4.8 計(jì)劃系統(tǒng)中設(shè)計(jì)IMRT 計(jì)劃，所有計(jì)劃先設(shè)置劑量計(jì)算算法，然后直接用靜態(tài)調(diào)強(qiáng)（Step-Shoot）方式進(jìn)行優(yōu)化生成調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃（S-IMRT），之后繼續(xù)進(jìn)行子野權(quán)重優(yōu)化（segment weight optimization，SWO）生成新的治療計(jì)劃（SWO-IMRT），然后用醫(yī)科達(dá)Precise 加速器6 MV 的X 射線進(jìn)行治療，MLC 葉片厚度為1 cm。所有計(jì)劃都采用9 野均分技術(shù)，射野角度分別為220°、260°、300°、340°、20°、60°、100°、140°、180°，靶區(qū)處方劑量為45 Gy/25 F，5 F/周。同一患者制定3種劑量計(jì)算算法（S 算法、FS 算法、卷積C 算法）不同的計(jì)劃，其余所有優(yōu)化步驟和約束條件完全相同。所有計(jì)劃均為處方劑量圍繞95%的靶區(qū)體積，再比較危及器官的劑量受量。

1.5 計(jì)劃驗(yàn)證 將每一例患者S 算法、FS 算法和C算法的IMRT 計(jì)劃均移植到模體CT 圖像上，機(jī)架角度歸零，生成相應(yīng)的單野和合成野QA 計(jì)劃，通過(guò)MatriXX 二維電離室矩陣對(duì)其做劑量驗(yàn)證，其中γ通過(guò)率的設(shè)定條件為3 mm 的位移誤差和3%的劑量誤差[12，13]。

1.6 評(píng)估方法 根據(jù)劑量曲線和劑量體積直方圖對(duì)靶區(qū)和正常器官的劑量分布情況進(jìn)行分析，根據(jù)ICRU 83 號(hào)[14]報(bào)道計(jì)算靶區(qū)的D2、D98、D50分別為靶區(qū)2%、98%和50%體積所接受的劑量、均勻性指數(shù)（homogeneity index，HI）、適形度指數(shù)（conformity index，CI）等相關(guān)參數(shù)，其中HI=（D2-D98）/D50，CI=（VT,ref×VT,ref）/（VT×Vref），VT是靶區(qū)體積，Vref是參考等劑量線所包繞的所有區(qū)域體積，VT,ref是參考等劑量線所包繞的靶區(qū)體積。HI 的值越接近0，代表劑量分布越均勻；CI 越接近1，代表處方劑量95%劑量線和靶區(qū)的一致性越高。危機(jī)器官評(píng)估參數(shù)：小腸、膀胱V20、V30、V40、Dmean、Dmax，直腸V30、V40、Dmean、Dmax，左右股骨頭V10、V20、V30，其中V10、V20、V30、V40分別為照射劑量為10、20、30、40 Gy 的體積百分比。另比較計(jì)劃治療時(shí)間、計(jì)劃計(jì)算時(shí)間、MLC 片段數(shù)和機(jī)器跳數(shù)MU。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)數(shù)資料以（n）表示，計(jì)量資料以（）表示，多重比較采用LSD-t檢驗(yàn)，以P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同劑量計(jì)算算法對(duì)靶區(qū)劑量的影響 S 算法、FS 算法、卷積C 算法的劑量分布均能很好的適應(yīng)靶區(qū)，但3 種不同劑量計(jì)算算法間各評(píng)估參數(shù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表1。

表1 不同劑量計(jì)算算法的靶區(qū)評(píng)估參數(shù)比較（）

表1 不同劑量計(jì)算算法的靶區(qū)評(píng)估參數(shù)比較（）

注：*為FS 算法與S 算法比較；^為卷積C 算法與S 算法比較；#為FS 算法與卷積C 算法比較

2.2 不同劑量計(jì)算算法對(duì)危及器官劑量的影響 S 算法、FS 算法、卷積C 算法對(duì)危及器官都有很好的保護(hù)作用，但3 種不同劑量計(jì)算間膀胱、小腸、直腸、左右股骨頭各評(píng)估參數(shù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表2。

表2 不同劑量計(jì)算對(duì)危及器官評(píng)估參數(shù)比較（）

表2 不同劑量計(jì)算對(duì)危及器官評(píng)估參數(shù)比較（）

注：*為FS 算法與S 算法比較；^為卷積C 算法與S 算法比較；#為FS 算法與卷積C 算法比較

2.3 不同劑量計(jì)算算法對(duì)驗(yàn)證計(jì)劃的γ 通過(guò)率差異比較 3 種不同劑量計(jì)算算法的單野和合成野γ 通過(guò)率均在95%以上，滿足臨床質(zhì)控＞90%的要求；但3 種算法間γ 通過(guò)率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表3。

表3 不同劑量計(jì)算算法對(duì)驗(yàn)證計(jì)劃的γ 通過(guò)率差異比較（，%）

表3 不同劑量計(jì)算算法對(duì)驗(yàn)證計(jì)劃的γ 通過(guò)率差異比較（，%）

注：*為FS 算法與S 算法比較；^為卷積C 算法與S 算法比較；#為FS 算法與卷積C 算法比較

2.4 不同劑量計(jì)算算法對(duì)其他參數(shù)的影響 卷積C算法的計(jì)劃計(jì)算時(shí)間短于S 算法，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；3 種不同劑量計(jì)算算法間其余參數(shù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表4。

表4 不同劑量計(jì)算算法對(duì)其他評(píng)估參數(shù)的比較（，min）

表4 不同劑量計(jì)算算法對(duì)其他評(píng)估參數(shù)的比較（，min）

注：*為FS 算法與S 算法比較；^為卷積C 算法與S 算法比較；#為FS 算法與卷積C 算法比較

3 結(jié)論

CMS Xio（4.80）TPS 中有3 種類型的劑量計(jì)算算法，用于計(jì)算將給定劑量傳遞到加速器上所需光子束中的MU。研究發(fā)現(xiàn)[15]，在鼻咽癌患者的調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃設(shè)計(jì)中，卷積C 算法高估了靶區(qū)劑量，低估了危及器官的劑量，推薦FS 算法處理不均勻組織。Muralidhar KR 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在所有情況下，S 算法對(duì)于所有技術(shù)都適用，而卷積C 算法對(duì)于下咽情況則適用，如果是肺癌、食道癌等，F(xiàn)S 算法和S 算法更優(yōu)。在組織不均勻的情況下，S 算法的精確度較卷積C 算法更高。Bragg CM 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在前列腺癌的應(yīng)用中，AAA 算法和PBC 算法差異較小，而在肺癌中卻產(chǎn)生了巨大差異。García-Vicente F 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在縱膈肺的建模幾何形狀中，卷積C 算法導(dǎo)致絕對(duì)劑量的平均偏差超過(guò)10%，而S 算法絕對(duì)劑量的平均偏差約為1%，S 算法可以合理地評(píng)估非均勻區(qū)域（如肺區(qū)域）中的劑量分布和絕對(duì)劑量。上述研究中腫瘤位置大多處在不均勻組織區(qū)域，本研究選取了組織相對(duì)均勻的腹部宮頸癌作為研究對(duì)象，可減少卷積C 算法在處理不均勻組織中的劣勢(shì)，因此可更好地分析3 種算法在宮頸癌劑量學(xué)上的差異。

本研究結(jié)果顯示，不同劑量算法靶區(qū)評(píng)估參數(shù)、危及器官評(píng)估參數(shù)比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但卷積C 算法的放療計(jì)劃計(jì)算時(shí)間短于S 算法，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），這說(shuō)明在組織密度相對(duì)均勻的區(qū)域，能夠修改組織密度的算法（S、FS算法）并不會(huì)比不能修改組織密度算法（卷積C 算法）更有劑量學(xué)優(yōu)勢(shì)，但卷積C 算法較S 算法卻有著更快的運(yùn)算速度。探測(cè)器陣列方向依賴性不能忽略，且不能修正時(shí)，應(yīng)分析單野劑量分布[17]。從本研究劑量驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，3 種劑量算法的驗(yàn)證計(jì)劃無(wú)論是單野還是合成野比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。利用MatriXX 在進(jìn)行IMRT 劑量驗(yàn)證時(shí)，將射野角度歸零，同時(shí)忽略掉準(zhǔn)直器、激光燈、治療床的運(yùn)動(dòng)，以及重力對(duì)MLC 葉片到位精度的影響，這與實(shí)際治療情況存在較大差異[18-20]。因此，即便3 種劑量算法的劑量驗(yàn)證高達(dá)95%以上，也只能說(shuō)明其可達(dá)到臨床質(zhì)控要求，并不能說(shuō)明3 種算法的優(yōu)劣。

綜上所述，3 種劑量計(jì)算算法在晚期宮頸癌IMRT 計(jì)劃中靶區(qū)和危及器官的劑量學(xué)參數(shù)無(wú)差異，這可能與宮頸癌靶區(qū)組織密度相對(duì)均勻，劑量計(jì)算算法并不需要很強(qiáng)烈的修改組織密度有關(guān)，且所有計(jì)劃的劑量驗(yàn)證也均能達(dá)到臨床質(zhì)控要求，但卷積C 算法運(yùn)算速度較S 算法更快。因此，推薦卷積C算法在劑量精度沒(méi)有顯著改變的前提下，能夠節(jié)約計(jì)劃運(yùn)算時(shí)間。