周云泷
（江油市第二人民医院放疗科，四川 江油 621702）
宫颈癌（cervical cancer）是全世界范围内女性发病率和死亡率均排第4 位的恶性肿瘤[1]，在我国，宫颈癌是第2 大女性特有的恶性肿瘤[2，3]。放射治疗是晚期宫颈癌治疗的重要方式之一，特别是调强放射治疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT），其技术已经被广泛应用于各类型肿瘤的治疗。利用放疗计划系统（treatment planning system，TPS）设计调强放疗计划是IMRT 技术的重要环节。TPS 由于计算算法不同，计算原理也存在差异，而算法准确度也会直接影响患者的具体剂量、受量[4，5]。在CMS XIO 4.8 计划系统中有3 种不同算法，分别为叠加S算法（superposition）、快速叠加FS 算法（fast-superposition，FS）和卷积C 算法（convolution）。其中，S 算法可以修改能量沉积内核以解决电子密度变化的问题，它不但考虑计算点所在平面内不均匀组织厚度因子，还考虑相邻层面均匀组织散射对该点的剂量影响，这使得其计算非均匀组织及交界面剂量时精度较C 算法要高，但计算速度较慢[6，7]。FS 算法能用比叠加S 算法更少的追踪射线来提高计算速度，但由于出束射线减少，导致计算精度会有所降低[8，9]。卷积C 算法中剂量分布是从单位质量释放的总能量中卷积的，通过在频域中计算剂量同时假定内核随位置不变而提高了计算速度，在非均匀组织中只考虑沿射线方向上不均匀组织厚度因子，未考虑计算点周围散射线影响，这可能导致剂量计算不准确[5，10]。目前关于这3 种剂量计算算法在晚期宫颈癌IMRT计划设计中的剂量学差异研究相对较少。为此，本研究选择我院收治的晚期宫颈癌患者的IMRT 计划，比较3 种算法在靶区剂量分布、危及器官受量、治疗时间、计划计算时间、机器跳数的差异，并对3种剂量计算算法进行剂量验证，为宫颈癌IMRT 计划设计提供理论参考，也为以后更加先进的计划系统进行剂量计算算法比较积累经验。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取江油市第二人民医院2018 年1 月-2020 年12 月接受放射治疗的25 例晚期宫颈癌患者，年龄35～74 岁，中位年龄50 岁。纳入标准：符合宫颈癌诊断标准；病理类型均为鳞癌。排除标准：合并肝、肾等严重疾病者；临床资料不完善。本研究中所有患者知情同意并签署知情同意书。
1.2 体位固定与CT 定位 所有患者均采用仰卧位，双手臂交叉放于额前，热塑体膜固定体位，平静呼吸下行层厚5 mm 螺旋CT 增强扫描，将扫描后的CT图像传输至CMS XIO 4.8 放射治疗计划系统中。
1.3 靶区勾画 根据国际辐射学单位委员会（International Commission Radiological Units）ICRU50 号和63 号报告原则[11]，由临床医生在医生工作站（Focal）上勾画肿瘤靶区（PTV）和直肠、膀胱、小肠、左右股骨头等正常组织。所有患者靶区均由中级职称以上的放疗医师逐层勾画，再由正高职称的科室主任签字确认。
1.4 计划设计 在CMS XIO 4.8 计划系统中设计IMRT 计划，所有计划先设置剂量计算算法，然后直接用静态调强（Step-Shoot）方式进行优化生成调强放射治疗计划（S-IMRT），之后继续进行子野权重优化（segment weight optimization，SWO）生成新的治疗计划（SWO-IMRT），然后用医科达Precise 加速器6 MV 的X 射线进行治疗，MLC 叶片厚度为1 cm。所有计划都采用9 野均分技术，射野角度分别为220°、260°、300°、340°、20°、60°、100°、140°、180°，靶区处方剂量为45 Gy/25 F，5 F/周。同一患者制定3种剂量计算算法（S 算法、FS 算法、卷积C 算法）不同的计划，其余所有优化步骤和约束条件完全相同。所有计划均为处方剂量围绕95%的靶区体积，再比较危及器官的剂量受量。
1.5 计划验证 将每一例患者S 算法、FS 算法和C算法的IMRT 计划均移植到模体CT 图像上，机架角度归零，生成相应的单野和合成野QA 计划，通过MatriXX 二维电离室矩阵对其做剂量验证，其中γ通过率的设定条件为3 mm 的位移误差和3%的剂量误差[12，13]。
1.6 评估方法 根据剂量曲线和剂量体积直方图对靶区和正常器官的剂量分布情况进行分析，根据ICRU 83 号[14]报道计算靶区的D2、D98、D50分别为靶区2%、98%和50%体积所接受的剂量、均匀性指数（homogeneity index，HI）、适形度指数（conformity index，CI）等相关参数，其中HI=（D2-D98）/D50，CI=（VT,ref×VT,ref）/（VT×Vref），VT是靶区体积，Vref是参考等剂量线所包绕的所有区域体积，VT,ref是参考等剂量线所包绕的靶区体积。HI 的值越接近0，代表剂量分布越均匀；CI 越接近1，代表处方剂量95%剂量线和靶区的一致性越高。危机器官评估参数：小肠、膀胱V20、V30、V40、Dmean、Dmax，直肠V30、V40、Dmean、Dmax，左右股骨头V10、V20、V30，其中V10、V20、V30、V40分别为照射剂量为10、20、30、40 Gy 的体积百分比。另比较计划治疗时间、计划计算时间、MLC 片段数和机器跳数MU。
1.7 统计学方法 采用SPSS 19.0 统计学软件进行数据分析，计数资料以（n）表示，计量资料以（）表示，多重比较采用LSD-t检验，以P＜0.05 表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 不同剂量计算算法对靶区剂量的影响 S 算法、FS 算法、卷积C 算法的剂量分布均能很好的适应靶区，但3 种不同剂量计算算法间各评估参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。
表1 不同剂量计算算法的靶区评估参数比较（）
表1 不同剂量计算算法的靶区评估参数比较（）
注：*为FS 算法与S 算法比较；^为卷积C 算法与S 算法比较；#为FS 算法与卷积C 算法比较
2.2 不同剂量计算算法对危及器官剂量的影响 S 算法、FS 算法、卷积C 算法对危及器官都有很好的保护作用，但3 种不同剂量计算间膀胱、小肠、直肠、左右股骨头各评估参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。
表2 不同剂量计算对危及器官评估参数比较（）
表2 不同剂量计算对危及器官评估参数比较（）
注：*为FS 算法与S 算法比较；^为卷积C 算法与S 算法比较；#为FS 算法与卷积C 算法比较
2.3 不同剂量计算算法对验证计划的γ 通过率差异比较 3 种不同剂量计算算法的单野和合成野γ 通过率均在95%以上，满足临床质控＞90%的要求；但3 种算法间γ 通过率比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表3。
表3 不同剂量计算算法对验证计划的γ 通过率差异比较（，%）
表3 不同剂量计算算法对验证计划的γ 通过率差异比较（，%）
注：*为FS 算法与S 算法比较；^为卷积C 算法与S 算法比较；#为FS 算法与卷积C 算法比较
2.4 不同剂量计算算法对其他参数的影响 卷积C算法的计划计算时间短于S 算法，差异有统计学意义（P＜0.05）；3 种不同剂量计算算法间其余参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表4。
表4 不同剂量计算算法对其他评估参数的比较（，min）
表4 不同剂量计算算法对其他评估参数的比较（，min）
注：*为FS 算法与S 算法比较；^为卷积C 算法与S 算法比较；#为FS 算法与卷积C 算法比较
3 结论
CMS Xio（4.80）TPS 中有3 种类型的剂量计算算法，用于计算将给定剂量传递到加速器上所需光子束中的MU。研究发现[15]，在鼻咽癌患者的调强放疗计划设计中，卷积C 算法高估了靶区剂量，低估了危及器官的剂量，推荐FS 算法处理不均匀组织。Muralidhar KR 等[8]研究发现，在所有情况下，S 算法对于所有技术都适用，而卷积C 算法对于下咽情况则适用，如果是肺癌、食道癌等，FS 算法和S 算法更优。在组织不均匀的情况下，S 算法的精确度较卷积C 算法更高。Bragg CM 等[16]研究发现，在前列腺癌的应用中，AAA 算法和PBC 算法差异较小，而在肺癌中却产生了巨大差异。García-Vicente F 等[9]研究发现，在纵膈肺的建模几何形状中，卷积C 算法导致绝对剂量的平均偏差超过10%，而S 算法绝对剂量的平均偏差约为1%，S 算法可以合理地评估非均匀区域（如肺区域）中的剂量分布和绝对剂量。上述研究中肿瘤位置大多处在不均匀组织区域，本研究选取了组织相对均匀的腹部宫颈癌作为研究对象，可减少卷积C 算法在处理不均匀组织中的劣势，因此可更好地分析3 种算法在宫颈癌剂量学上的差异。
本研究结果显示，不同剂量算法靶区评估参数、危及器官评估参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05），但卷积C 算法的放疗计划计算时间短于S 算法，差异有统计学意义（P＜0.05），这说明在组织密度相对均匀的区域，能够修改组织密度的算法（S、FS算法）并不会比不能修改组织密度算法（卷积C 算法）更有剂量学优势，但卷积C 算法较S 算法却有着更快的运算速度。探测器阵列方向依赖性不能忽略，且不能修正时，应分析单野剂量分布[17]。从本研究剂量验证结果来看，3 种剂量算法的验证计划无论是单野还是合成野比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。利用MatriXX 在进行IMRT 剂量验证时，将射野角度归零，同时忽略掉准直器、激光灯、治疗床的运动，以及重力对MLC 叶片到位精度的影响，这与实际治疗情况存在较大差异[18-20]。因此，即便3 种剂量算法的剂量验证高达95%以上，也只能说明其可达到临床质控要求，并不能说明3 种算法的优劣。
综上所述，3 种剂量计算算法在晚期宫颈癌IMRT 计划中靶区和危及器官的剂量学参数无差异，这可能与宫颈癌靶区组织密度相对均匀，剂量计算算法并不需要很强烈的修改组织密度有关，且所有计划的剂量验证也均能达到临床质控要求，但卷积C 算法运算速度较S 算法更快。因此，推荐卷积C算法在剂量精度没有显着改变的前提下，能够节约计划运算时间。
