兩種算法在宮頸癌術后三維放療中的劑量學比較

王麗 鄭鑫 唐組閣 賴慶寬 陳敏治 賀春林△

(1．西華師范大學，四川 南充 637000；2.南充市中心醫院，四川 南充 637000)

宮頸癌是最常見的婦科惡性腫瘤，其發病率在全球范圍內居女性惡性腫瘤第二位，嚴重影響婦女身心健康和生存質量[1]。宮頸癌的發病原因主要與病毒感染、性行為、分娩次數等有一定的關系，其主要治療方式為：手術、放療、化療。對于早期宮頸癌主要采用根治性子宮切除、盆腔淋巴結清掃術[2]及全盆腔輔助放療以降低復發率，從而提高患者總生存率。

放療計劃系統中最關鍵和復雜的是劑量計算的算法。根據算法可預測人體接受一定能量射線輻照之后，劑量在患者體內任意點的分布[3]。CC算法是一種基于點核模型的劑量算法，與常用的筆形束算法(Pencil Beam， PB)相比，可以處理電子失衡問題，此算法的精度高而計算速度慢[4]。MC算法能精確模擬粒子與人體相互作用和能量沉積過程，是目前公認的放療劑量計算“金標準”[5]，可精確地對放療過程所涉及物理過程進行模擬，而使用較少的近似，該算法得到的劑量分布較PB算法更準確[5，6]。本研究采用Monaco計劃系統分析比較CC和MC算法應用于早期宮頸癌根治術后適形放療中的差異，為放療醫師、物理師提供劑量學等參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

隨機選取南充市某醫院2016年1月到2018年4月收治的40例行宮頸癌子宮全切及盆腔淋巴結清掃術后放療的女性患者，無既往放療史。中位年齡43歲(27～70)歲，KPS評分70。

1.2 體位固定與CT定位

采用熱塑體膜固定患者，取仰臥位，雙手上舉，使治療過程保持一定重復性。使用CT模擬定位機并激光系統確定定位中心，平靜呼吸并膀胱充盈狀態下行CT掃描，層厚5 mm，掃描上界為L1椎體上緣，下界閉孔下緣下5 cm。

1.3 靶區與OAR的勾畫

由放療醫師在患者定位圖像上逐層勾畫臨床靶區(Clinical Tumor Volume，CTV)與鄰近OAR，如小腸、左右側股骨頭、膀胱、直腸、全身。其中CTV包括陰道殘端、盆腔和有高危因素的腹主動脈旁淋巴引流區，其上界為腹主動脈分叉上緣，下界為閉孔下緣，PTV為在CTV的X軸(左右)和Z軸(前后)方向外擴5 mm，而Y軸(頭腳)方向外擴8 mm。PTV體積為： 913.94±94.29 cc。

1.4 治療計劃

基于monaco5.11計劃系統，給予6MVX射線，分別采用CC、MC算法，對患者進行3DCRT計劃制作，共80個計劃。滿足90%PTV處方劑量50Gy/2Gy/25f。其角度分布均為：0o、90o、270o、180o，計算網格間距為0.3 cm。

1.5 計劃評估

根據靶區劑量分布和劑量體積直方圖(Dose volume histogram，DVH)對兩組計劃進行評估。對PTV，比較HI、CI、Dmean、D2、D5、D50、D95、D98。對OAR，比較Dmean、V40、D2、D5、D10、D50、D90、D98。其中HI=D5/D95×100%， HI越接近1，靶區劑量分布越均勻；CI=VRx2/(VT×VRI)[7]，式中VT表靶體積，VRx、VRI分別表示靶區、全身受到處方劑量照射的體積，CI值越接近1，靶區適形度越好；另外，Dx表x%的靶區/危及器官體積所接受的最高照射劑量，其中Dmean表平均劑量，D2、D98分別表近似最大、最小劑量，Vx表危及器官接受xGy劑量照射的體積(比)；最后比較機器跳數和劑量計算時間。

1.6 統計學處理

2 結果

2.1 計劃靶區參數比較

對于PTV，CC和MC組計劃的HI分別為1.10±0.01，1.11±0.01(P<0.05)；兩組計劃的CI分別為0.65±0.08，0.67±0.08(P<0.05)；另外，CC組的D2、D5均小于MC組(P<0.05)。其它無統計學意義，見表1。

2.2 危及器官參數比較

CC組中小腸(Dmean)、直腸(D2、D5、D10)、全身(Dmean)均小于MC組(P<0.05)。而MC組中左側股骨頭(D5、D10)、全身(V40、D5、D98)均小于CC組(P<0.05)。其它無統計學意義。見表2，表3，表4。

兩組計劃右側股骨頭和膀胱在劑量照射方面無統計學意義。見表2，表3。

2.3 其他

CC和MC組機器跳數分別為：275.11±5.67 MU， 275.67±8.54 MU(P>0.05)。劑量計算時間分別為：18.50±5.33s， 279.73±34.18s(P<0.05)。

表1 兩組計劃靶區參數比較

注：*表示無單位。與CC組相比，#P<0.05。CC組和MC組為分別基于卷積疊加算法/蒙特卡洛算法的計劃組。

表2 兩組計劃左、右側股骨頭劑量體積參數比較

注：與CC組相比，#P<0.05。CC組和MC組為分別基于卷積疊加算法/蒙特卡洛算法的計劃組。

3 討論

對于宮頸癌術后放療技術，3DCRT 和IMRT各有優劣。3DCRT技術一般通過設置4～7個方向的射野并調整各野權重來獲得靶區及周圍組織劑量分布，所耗費的劑量計算和放射治療時間遠少于IMRT，它產生的治療費用也遠少于IMRT；而IMRT技術根據處方要求對靶區和周圍危及器官設置劑量體積優化目標及約束條件，從而獲得更好的劑量分布曲線、靶區適形度、均勻性等，同時降低周圍危及器官受照劑量及體積，達到精確治療的目的。一般采用5～9個角度不同的射野，再將每個射野分割成大小不同、強度不同的多個子野，每個子野形狀是通過運動MLC葉片形成的，這對MLC葉片到位精度要求更高，機器損耗更多。因此，對于同一姿勢保持時間較短、配合度一般、經濟條件較差的患者建議采用3DCRT技術，而對于經濟條件好，可平躺較長時間的患者建議采用IMRT技術。

表3 兩組計劃膀胱和直腸劑量體積參數比較

注：與CC組相比，#P<0.05。CC組和MC組為分別基于卷積疊加算法/蒙特卡洛算法的計劃組。

表4 兩組計劃小腸和全身劑量體積參數比較

注：與CC組相比，#P<0.05。CC組和MC組為分別基于卷積疊加算法/蒙特卡洛算法的計劃組。

根據本研究統計結果，將MC算法所得結果作為標準值，CC算法所得劑量百分偏差[8]：(Dx[CC]-Dx[MC])/Dx[MC]×100%，體積百分偏差：Vx[CC]-Vx[MC]。則有CC算法所得結果中PTV的D2、D5劑量偏差為-0.8%，-0.6%；左側股骨頭D5、D10劑量偏差為5.5%、6.1%；直腸D2、D5、D10劑量偏差為-1.3%、-1.1%、-0.9%；小腸Dmean劑量偏差為-2.0%；全身V40體積偏差為0.77%，Dmean、D5、D98劑量偏差為-1.8%、5.0%、66.7%。即相比于MC算法，CC算法低估了PTV的D2、D5，直腸的D2、D5、D10，小腸的Dmean，全身的Dmean；高估了左側股骨頭的D5、D10，全身的V40、D5、D98；右側股骨頭和膀胱在劑量照射方面無明顯差異。

王瑜等[9]研究結果證明: 若患者膀胱充盈，膀胱體積變大，能有效阻止盆腔內小腸因重力作用的下降起，使照射范圍內卷入的小腸體積更少，進而使其本身和小腸受照劑量減少。此外，還有臨床研究顯示: 膀胱于充盈情況計劃治療膀胱中位的劑量減少，且膀胱充盈情況下，直腸受量無增加，表明膀胱充溢情況下予以放療能減少放射性損傷，提高治療效果[10]。