蒙特卡羅算法與筒串卷積算法在宮頸癌術后調強放療中劑量學的研究

高玉強 王滿倉 王彥玲

（河南省鄭州頤和醫院放療介入科 鄭州450046）

宮頸癌是一種臨床上較為常見的婦科惡性腫瘤，主要臨床表現為陰道不規則流血、異常排液等[1]。宮頸癌術后患者常采用調強放射治療予以輔助治療[2]，而調強放療計劃過程中選擇何種算法對腫瘤靶區與劑量分布具有一定影響。目前臨床上常用蒙特卡羅算法（MC）與筒串卷積算法（CCC）進行計算，但目前關于兩種算法劑量差異比較的文獻資料較少[3]。本研究旨在探討MC 算法與CCC 算法在宮頸癌術后調強放療中的劑量學差異。現報道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料 經我院醫學倫理委員會批準后，選取2017 年1 月～2019 年9 月我院收治的90 例宮頸癌術后調強放療患者為研究對象，年齡36～73歲，平均（55.46±6.81）歲；病程0.5～2.0 年，平均（1.32±0.14）年。

1.2 入選標準 納入標準：經MRI、CT、病理學檢查確診為宮頸癌；患者及其家屬均自愿簽署知情同意書。排除標準：放療禁忌證；治療依從性差。

1.3 治療方法 （1）體位固定與CT 掃描：指導患者仰臥于體架，熱塑膜均勻鋪展于患者體表，注射造影劑后進行掃描；掃描儀器采用Brilliance CT Big Bore（美國飛利浦醫療科技有限公司，型號：4D-CT），掃描范圍選擇從L1椎體上緣至恥骨聯合下緣5 cm，層厚5 mm，將掃描得出圖像傳輸至治療計劃系統。（2）靶區與器官勾畫：臨床靶區（CTV）主要包含陰道上段1/2 及殘端、陰道旁軟組織、宮旁以及盆腔淋巴引流區，靶區范圍為從L4～L5椎體至閉孔下緣，計劃靶區（PTV）為CTV 朝各方位均外放8 mm 左右，危及器官（OAR）主要包括脊髓、直腸、膀胱、雙側股骨頭等，由同一放療醫師對CTV 及OAR進行勾畫。（3）治療計劃設計：放療醫師于治療計劃系統上確認靶區，并依據靶區采用聯合布野方法進行治療計劃設計，采用兩種不同調強計劃。采用MC算法并根據PTV 位置確認照射野中心，采用45 Gy/25 次的處方劑量完成，OAR 限量為：腸道、膀胱V40≤50%，雙側股骨頭V40≤5%，脊髓D2≤45 Gy；另一種保持全部計劃參數不變（射野中心、射野能量以及劑量率等）的前提下，將其傳送至另一治療計劃系統上采用CCC 算法進行計算。兩種算法處方劑量均為D95＝45 Gy。

1.4 觀察指標 記錄兩種算法治療計劃的PTV 與OAR 劑量學，并采用劑量體積直方圖（DVH）進行對比。PTV 劑量學指標包括：最大劑量D2、最小劑量D98、中位劑量D50、適形指數（CI）以及均勻性指數（HI）。CI＝2Vt，ref/（Vt×Vref），其中Vt，ref 表示處方劑量所覆蓋靶區體積，Vt 代表PTV 體積，Vref 代表處方劑量線覆蓋總體積，CI 值越靠近1 代表靶區適形度越佳；HI＝（D2－D98）/D50，HI 值與靶區內劑量分布均勻呈負相關；OAR 劑量學主要指標包括脊髓、直腸、膀胱、雙側股骨頭，其中脊髓比較D2、D50，直腸、膀胱、雙側股骨頭比較V30、V40、D50。

1.5 統計學方法 采用SPSS20.0 統計學軟件進行數據處理，以（）表示計量資料，組間用獨立樣本t 檢驗，組內用配對樣本t 檢驗，P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 兩種算法PTV 劑量學指標對比 兩種算法D2、D98、D50及HI 指標對比，MC 算法均低于CCC 算法，CI 值MC 算法高于CCC 算法，差異有統計學意 義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩種算法PTV 劑量學指標對比

表1 兩種算法PTV 劑量學指標對比

計算方法 n D2 D98 D50 HI CI MC 算法904 864.13±45.114 321.13±3.184 601.72±7.510.11±0.010.79±0.01 CCC 算法905 007.42±46.044 327.73±3.034 608.71±6.850.14±0.010.76±0.01 t 21.09014.2556.52420.12520.125 P 0.0000.0000.0000.0000.000

2.2 兩種算法OAR 劑量學指標對比 相較于CCC 算法，脊髓D2、D50，直腸V40、D50，膀胱V30、V40，雙側股骨頭V30、V40、D50指標MC 算法值均較低，差異均有統計學意義（P＜0.05）。直腸V30、膀胱D50指標對比無明顯差異（P＞0.05）。見表2。

表2 兩種算法OAR 劑量學指標對比（n＝90，

表2 兩種算法OAR 劑量學指標對比（n＝90，

指標 MC 算法 CCC 算法 t P脊直 膀 雙髓腸 胱側股骨頭D D V V D V V D V V D 2 5 3 4 5 3 4 5 3 4 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 2 9 6 4 7 4 3 4 7 2 2 5 6 9 5.6 8 1 8 5 7.....4 0 1 4 7 5 0 8 0 0 7 2 6 3 2 8 4 4 6 5±6..±±.±±.±.3 8 1 6 61 1 7 3 0 1 1 2 1 2 2.±± ± ±0±.....4 8 3 0 1 3 5 1 3 6 5 2 6 6 8 6 6 5 0 8 7.1...4 4 5 3.2 6 6 5 0 7 3 2 9 6 4 7 5 4 4 9 2 2 6 7 1 6.6 8 2 0 4 8.....8 5 0 4 0 9 8 0 4 8 1 4 3 5 2 7 1 2 5 0±1..±±.±±.±.4 2 6 0 51 1 8 1 3 2 1 2 2 2 3.±± ± ±1±.....4 7 1 7 3 7 5 1 2 7 4 0 0 6 7 7 7 4 8 8 2.8...8 0 5 6.2 1 6 1 5 7 4 2 0 2 4 5 7 1 3 1 3.........2.9 0 3 3 0 2 7 8 1 3.4 7 7 8 1 4 6 0 9 0 4 4 7 7 3 3 0 6 4 1 5 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0...........0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 1 0 0 0 7 0 0 0 0 9 7 8 0 0 0 3 2 0 1

3 討論

宮頸癌是婦科較為常見的一種惡性腫瘤，多發年齡為30～55 歲，主要致病因素為HPV 感染，具有較高發病率與病死率，嚴重影響患者身心健康[4]。目前臨床上主要采用廣泛子宮切除術與盆腔淋巴結清掃術治療宮頸癌[5]。

宮頸癌患者術后常輔以調強放療進行治療，放療范圍主要為陰道殘端、陰道旁軟組織、宮旁以及盆腔淋巴引流區[6]。相關研究表明[7]，調強放療對于治療宮頸癌具有確切劑量學優勢，可有效提高CTV 劑量均勻性與適形度，降低周邊組織受照劑量，減少不良反應發生。本研究將兩種不同劑量算法應用于同一治療計劃中，比較兩種算法PTV 與OAR 劑量學差異，研究結果顯示，MC 算法CI 值為（0.79±0.01），HI 值為（0.11±0.01），CCC 算法CI 值 為（0.76±0.01），HI 值為（0.14±0.01），表明MC 算法適形度優于CCC 算法，且PTV 內劑量分布更均勻。同時MC 算法D2、D98、D50指標均低于CCC 算法，表明CCC 算法對于PTV 劑量過高判定；相較于雙側股骨頭指標，CCC 算法脊髓D2、D50同樣過高判定OAR 劑量；直腸由于其腸壁較厚，腸壁間隙較小，整體密度較均勻[8]，CCC 算法直腸V40、D50指標高于MC算法；膀胱與PTV 小部分重疊，膀胱充盈后使其體積變大，且膀胱密度相對均勻，CCC 算法膀胱V30、V40指標較高[9]。究其原因在于，CCC 算法是一種較成熟的算法模型，雖充分考量不均勻界面側向電子失衡現象，但側向失衡低密度范圍對于射線計算準確度不高，導致其計算得出值低于實際數值，故在使用CCC 算法進行治療計劃設計時，應適度增加最小子野面積并減少子野數，以避免精度不高影響測量結果。MC 算法優化計算時間長于CCC 算法，雖運算速度不如CCC 算法，但得出測量值精度較高[10]。

綜上所述，宮頸癌術后調強放療患者應盡量選取蒙特卡羅算法進行治療計劃設計，可顯著提高靶區均勻性與適形度，還可降低正常組織受照劑量；若只可選用筒串卷積算法，則應適量減少子野數量，擴大最小子野面積。