光子劑量算法與各向異性分析算法在非小細胞肺癌放射治療中劑量學比較

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.武警遼寧總隊醫(yī)院 醫(yī)學影像科，遼寧 沈陽 110034；3.中國醫(yī)科大學 智能醫(yī)學學院，遼寧 沈陽 110122

非小細胞肺癌(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，多數患者錯過了根治性手術的機會。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，同時保護健康器官與組織。為實現這一目標，計算機治療計劃系統(tǒng)中使用了復雜的劑量分布計算算法。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輸與非均勻性對劑量的影響，對于異質性組織的修正優(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[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差異?，F報道如下。

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。納入標準：單純放療不聯合其他治療；單靶區(qū)照射；無肺部炎癥等影響組織密度病變。排除標準：腫瘤有多處轉移；放療加同步藥物治療。根據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)計學意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經醫(yī)院倫理委員會批準。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版治療計劃系統(tǒng)，用于結構勾畫與治療計劃。由同一位高年資的主任醫(yī)師對所有結構進行勾畫。勾畫標準參考國際輻射單位與測量委員會第50號[6]、第62號[7]報告。腫瘤區(qū)(grosstarget volume，GTV)定義為使用CT、磁共振和正電子發(fā)射型計算機斷層顯像等影像對比最終確定的腫瘤可見區(qū)及淋巴結。臨床靶區(qū)(clinical target volume，CTV)包括原發(fā)腫瘤床和可能出現微小的擴展的區(qū)域。計劃靶區(qū)(planning target volume，PTV)包括運動誤差、擺位誤差及機器誤差。對于肺癌而言，一般由CTV外擴5 mm獲得PTV。

1.2.3 計劃設計 使用瓦里安Eclipse TPS系統(tǒng)生成治療計劃。使用AAA算法設計最優(yōu)調強放射治療(intensity modulated radiation therapy，IMRT)計劃，計算網格設置2.5 mm，由4～7個射野組成。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計算創(chuàng)建副本計劃，將副本計劃內的AAA算法改成AXB算法，AXB中提供了計算中劑量和水劑量選項。本研究選用水劑量選項，使用AXB算法重新優(yōu)化和計算。光束形狀、光束角度、光束能量、光束數量、處方劑量、參考點、關注結構約束、計劃優(yōu)化保持不變，只更改計算算法。比較兩種算法中靶區(qū)和危及器官的劑量分布。

1.2.4 劑量學差異評價 劑量學比較中危及器官的評價指標包括適形度指數(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計算公式為CI=(VPTV95%/VPTV)×(VPTV95%/V95%)，其中VPTV95%為接受95%處方劑量的目標體積，VPTV為目標體積，V95%為95%處方等劑量體積。CI接近于1表示符合性較好。

2 結果

2.1 左肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學比較 左肺組患者中，AAA算法的靶區(qū)Dmax、患側肺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)計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 左肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學比較

2.2 右肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學比較 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)計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 右肺組患者AAA算法與AXB算法劑量學比較

3 討論

AAA算法與AXB算法為瓦里安公司生產的Eclipse計劃工作站中內置的兩種劑量計算算法。其中，AAA算法可利用多個光子橫向散射核計算點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輸和側向電子失衡，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算法考慮了非均質材料產生的影響。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?？似绽士朔匠糖蠼怆娮訖M向運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算法會得到更真實的劑量分布，但多數情況下劑量誤差≤3%[10-12]。

本研究結果顯示，左肺組患者中，AAA算法的靶區(qū)Dmax、患側肺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)計學意義(P<0.05)，與黃寶添等[11]研究結果一致。這表明，AAA算法可以保證在靶區(qū)適形度相當的情況下，使左肺低劑量區(qū)獲得更好的保護。有研究表明，在不增加危及器官劑量的情況下，適當提高靶區(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例早期非小細胞肺癌患者進行計劃優(yōu)化，結果表明，兩種算法的靶區(qū)Dmean大致相同，與本研究結果一致。劉致濱等[15]對10例肺癌患者進行研究，結果表明，AAA算法的靶區(qū)Dmax小于AXB算法。本研究結果還顯示，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)計學意義(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。

綜上所述，結合兩種算法性質，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。