光子劑量算法與各向異性分析算法在非小細(xì)胞肺癌放射治療中劑量學(xué)比較

尚 峰，司 迎，徐 瑩，王 剪，蔣子儀，沙憲政，常世杰

1.北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院 放射治療科，遼寧 沈陽 110016；2.武警遼寧總隊(duì)醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，遼寧 沈陽 110034；3.中國醫(yī)科大學(xué) 智能醫(yī)學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽 110122

非小細(xì)胞肺癌(non-smallcelllungcancer，NSCLC)的治療主要取決于疾病的階段與患者的身體狀況。NSCLC晚期診斷在臨床上較為普遍，多數(shù)患者錯(cuò)過了根治性手術(shù)的機(jī)會。放射治療為NSCLC的主要治療方式之一[1]。放射治療的原則是向腫瘤提供足夠高劑量的電離輻射，同時(shí)保護(hù)健康器官與組織。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，計(jì)算機(jī)治療計(jì)劃系統(tǒng)中使用了復(fù)雜的劑量分布計(jì)算算法。光子劑量算法(acuros external beam algorithm，AXB)由Varian公司推出，是一種新型光子劑量算法。有研究顯示，AXB算法考慮到電子橫向運(yùn)輸與非均勻性對劑量的影響，對于異質(zhì)性組織的修正優(yōu)于各向異性分析算法(anisotropic analytical algorithm，AAA)[2-3]。與AXB算法相比，AAA算法在肺積液等密度存在較大差異的患者中存在較大誤差，但對于其他患者的誤差可控制在3%以內(nèi)[4-5]。本研究旨在比較AXB與AAA算法在NSCLC患者放射治療中的劑量學(xué)差異。現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院自2020年6月至2021年6月收治的20例NSCLC患者為研究對象。納入標(biāo)準(zhǔn)：單純放療不聯(lián)合其他治療；單靶區(qū)照射；無肺部炎癥等影響組織密度病變。排除標(biāo)準(zhǔn)：腫瘤有多處轉(zhuǎn)移；放療加同步藥物治療。根據(jù)患病部位將其分為左肺組與右肺組，每組各10例。左肺組：男性4例，女性6例;年齡42～82歲，平均年齡(63.0±3.7)歲。右肺組：男性7例，女性3例;年齡55～72 歲，平均年齡(64.2±2.1)歲。兩組患者一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 CT模擬定位 所有患者躺于人體定位袋之中，采用仰臥位，雙手上舉抱頭，平靜呼吸，使用飛利浦16排大孔徑CT進(jìn)行掃描。掃描層厚5 mm，掃描范圍自下頜骨下緣至第二腰椎下部。

1.2.2 靶區(qū)勾畫 將重建處理后的CT圖像傳輸至Eclipse15.6版治療計(jì)劃系統(tǒng)，用于結(jié)構(gòu)勾畫與治療計(jì)劃。由同一位高年資的主任醫(yī)師對所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行勾畫。勾畫標(biāo)準(zhǔn)參考國際輻射單位與測量委員會第50號[6]、第62號[7]報(bào)告。腫瘤區(qū)(grosstarget volume，GTV)定義為使用CT、磁共振和正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像等影像對比最終確定的腫瘤可見區(qū)及淋巴結(jié)。臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括原發(fā)腫瘤床和可能出現(xiàn)微小的擴(kuò)展的區(qū)域。計(jì)劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)包括運(yùn)動誤差、擺位誤差及機(jī)器誤差。對于肺癌而言，一般由CTV外擴(kuò)5 mm獲得PTV。

1.2.3 計(jì)劃設(shè)計(jì) 使用瓦里安Eclipse TPS系統(tǒng)生成治療計(jì)劃。使用AAA算法設(shè)計(jì)最優(yōu)調(diào)強(qiáng)放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)計(jì)劃，計(jì)算網(wǎng)格設(shè)置2.5 mm，由4～7個(gè)射野組成。PTV處方劑量為60 Gy/30 f，單次劑量為2 Gy，5次/周。在IMRT優(yōu)化過程中，優(yōu)化目標(biāo)為PTV、心臟、肺、食管和脊髓。為排除其他因素的干擾，本研究為優(yōu)化完畢的AAA計(jì)算創(chuàng)建副本計(jì)劃，將副本計(jì)劃內(nèi)的AAA算法改成AXB算法，AXB中提供了計(jì)算中劑量和水劑量選項(xiàng)。本研究選用水劑量選項(xiàng)，使用AXB算法重新優(yōu)化和計(jì)算。光束形狀、光束角度、光束能量、光束數(shù)量、處方劑量、參考點(diǎn)、關(guān)注結(jié)構(gòu)約束、計(jì)劃優(yōu)化保持不變，只更改計(jì)算算法。比較兩種算法中靶區(qū)和危及器官的劑量分布。

1.2.4 劑量學(xué)差異評價(jià) 劑量學(xué)比較中危及器官的評價(jià)指標(biāo)包括適形度指數(shù)(conformity index，CI)、最大劑量(dosemax，Dmax)、平均劑量(dosemean，Dmean)、受到5 Gy劑量照射的體積百分比(volume 5,V5)受到10 Gy劑量照射的體積百分比(volume 10，V10)、受到20 Gy劑量照射的體積百分比(volume 20，V20)、受到30 Gy劑量照射的體積百分比(volume 30，V30)、受到40 Gy劑量照射的體積百分比(volume 40，V40)。CI計(jì)算公式為CI=(VPTV95%/VPTV)×(VPTV95%/V95%)，其中VPTV95%為接受95%處方劑量的目標(biāo)體積，VPTV為目標(biāo)體積，V95%為95%處方等劑量體積。CI接近于1表示符合性較好。

2 結(jié)果

2.1 左肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學(xué)比較 左肺組患者中，AAA算法的靶區(qū)Dmax、患側(cè)肺V5、脊髓Dmax均優(yōu)于AXB算法，AXB算法的食管Dmean優(yōu)于AAA算法，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表1。

表1 左肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學(xué)比較

2.2 右肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學(xué)比較 右肺組患者中，AAA算法的靶區(qū)Dmax優(yōu)于AXB算法，AXB算法的食管V30、食管Dmean均優(yōu)于AAA算法，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表2 右肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學(xué)比較

3 討論

AAA算法與AXB算法為瓦里安公司生產(chǎn)的Eclipse計(jì)劃工作站中內(nèi)置的兩種劑量計(jì)算算法。其中，AAA算法可利用多個(gè)光子橫向散射核計(jì)算點(diǎn)平面的不均勻散射以及電子平衡問題，但是不能精確描述電子的運(yùn)輸和側(cè)向電子失衡，對低密度區(qū)存在一定劑量誤差[8-9]。AXB算法是近年來發(fā)展并加入商用的計(jì)算算法，與AAA算法使用相同的源模型。

與AAA算法不同的是，AXB算法考慮了非均質(zhì)材料產(chǎn)生的影響。AXB算法為一種基于玻爾茲曼方程求解近似值的確定性算法，使用福克普朗克方程求解電子橫向運(yùn)輸和非均勻性對劑量影響的問題，所以對不均勻組織的修正優(yōu)于AAA算法。肺癌患者靶區(qū)處于低密度區(qū)域，相對于AAA算法，AXB算法會得到更真實(shí)的劑量分布，但多數(shù)情況下劑量誤差≤3%[10-12]。

本研究結(jié)果顯示，左肺組患者中，AAA算法的靶區(qū)Dmax、患側(cè)肺V5、脊髓Dmax均優(yōu)于AXB算法，AXB算法的食管Dmean優(yōu)于AAA算法，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，與黃寶添等[11]研究結(jié)果一致。這表明，AAA算法可以保證在靶區(qū)適形度相當(dāng)?shù)那闆r下，使左肺低劑量區(qū)獲得更好的保護(hù)。有研究表明，在不增加危及器官劑量的情況下，適當(dāng)提高靶區(qū)劑量可以增加腫瘤的局部控制率[12-13]。Liu等[14]使用AXB算法和AAA算法對77例早期非小細(xì)胞肺癌患者進(jìn)行計(jì)劃優(yōu)化，結(jié)果表明，兩種算法的靶區(qū)Dmean大致相同，與本研究結(jié)果一致。劉致濱等[15]對10例肺癌患者進(jìn)行研究，結(jié)果表明，AAA算法的靶區(qū)Dmax小于AXB算法。本研究結(jié)果還顯示，右肺組患者中，AAA算法的靶區(qū)Dmax優(yōu)于AXB算法，AXB算法的食管V30、食管Dmean均優(yōu)于AAA算法，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。這表明，AXB算法在不增加其他器官劑量的情況下，可使食管獲得更好的保護(hù)。

綜上所述，結(jié)合兩種算法性質(zhì)，NSCLC放射治療中，左肺病變優(yōu)先選擇AAA算法，右肺病變優(yōu)先選擇AXB算法。