X線蒙特卡洛算法與有限元筆形束算法在旋轉容積調強放療計劃中的劑量學比較

王 寧，陳阿龍

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近年來，隨著放療技術的不斷發展，旋轉容積調強治療（volumetric modulated arc therapy，VMAT）已經越來越廣泛地應用于前列腺、直腸、宮頸、食管等多種腫瘤的放射治療中。VMAT技術可通過在不間斷出束時動態調節治療機架的運動速度、劑量率和射野形狀以及準直器角度來達到高度適形的劑量分布，大大縮短了治療時間，提高了治療效率，改善了相對生物效應[1-4]。對于VMAT技術，需要更高要求的質量保證和質量控制，放療計劃系統（TPS）劑量計算的精確度對實現控制腫瘤和保護正常組織的放療目標是至關重要的。ICRU46號報告推薦TPS的劑量計算誤差精度應≤±2%[5]。Jelen等人提出基于蒙特卡洛模擬數據的有限元筆形束劑量計算算法（finite size pencilbeam，FSPB），同時加入了橫向和縱向的三維密度修正，提高了不均勻組織的劑量計算精度[6-8]。蒙特卡洛模擬被證明是最精確的劑量建模方法[9-10]，但它因收斂速度慢和計算模擬耗時的原因而不能用于日常臨床中。對傳統蒙特卡洛模擬加以簡化和改進，在不過多損失計算精度的前提下，以提高運行速度為目標的所謂“新”蒙特卡洛方法，比如X線蒙特卡洛（X-ray voxelMonte Carlo，XVMC）算法已經被廣泛應用，XVMC算法的計算精度相比較國際醫學領域通用的基于蒙特卡洛方法的EGS程序，偏差在1%以內[11-14]。

本研究使用醫科達Monaco3.2治療計劃系統分別對食管癌病例和直腸癌病例進行VMAT計劃的設計，利用計劃系統內置的XVMC算法和FSPB算法來比較2種算法對2種腫瘤病例的靶區劑量分布、危及器官的受照射體積和劑量分布。……