两种算法在宫颈癌术后三维放疗中的剂量学比较

王丽 郑鑫 唐组阁 赖庆宽 陈敏治 贺春林△

(1．西华师范大学，四川 南充 637000；2.南充市中心医院，四川 南充 637000)

宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤，其发病率在全球范围内居女性恶性肿瘤第二位，严重影响妇女身心健康和生存质量[1]。宫颈癌的发病原因主要与病毒感染、性行为、分娩次数等有一定的关系，其主要治疗方式为：手术、放疗、化疗。对于早期宫颈癌主要采用根治性子宫切除、盆腔淋巴结清扫术[2]及全盆腔辅助放疗以降低复发率，从而提高患者总生存率。

放疗计划系统中最关键和复杂的是剂量计算的算法。根据算法可预测人体接受一定能量射线辐照之后，剂量在患者体内任意点的分布[3]。CC算法是一种基于点核模型的剂量算法，与常用的笔形束算法(Pencil Beam， PB)相比，可以处理电子失衡问题，此算法的精度高而计算速度慢[4]。MC算法能精确模拟粒子与人体相互作用和能量沉积过程，是目前公认的放疗剂量计算“金标准”[5]，可精确地对放疗过程所涉及物理过程进行模拟，而使用较少的近似，该算法得到的剂量分布较PB算法更准确[5，6]。本研究采用Monaco计划系统分析比较CC和MC算法应用于早期宫颈癌根治术后适形放疗中的差异，为放疗医师、物理师提供剂量学等参考。

1 材料与方法

1.1 一般资料

随机选取南充市某医院2016年1月到2018年4月收治的40例行宫颈癌子宫全切及盆腔淋巴结清扫术后放疗的女性患者，无既往放疗史。中位年龄43岁(27～70)岁，KPS评分70。

1.2 体位固定与CT定位

采用热塑体膜固定患者，取仰卧位，双手上举，使治疗过程保持一定重复性。使用CT模拟定位机并激光系统确定定位中心，平静呼吸并膀胱充盈状态下行CT扫描，层厚5 mm，扫描上界为L1椎体上缘，下界闭孔下缘下5 cm。

1.3 靶区与OAR的勾画

由放疗医师在患者定位图像上逐层勾画临床靶区(Clinical Tumor Volume，CTV)与邻近OAR，如小肠、左右侧股骨头、膀胱、直肠、全身。其中CTV包括阴道残端、盆腔和有高危因素的腹主动脉旁淋巴引流区，其上界为腹主动脉分叉上缘，下界为闭孔下缘，PTV为在CTV的X轴(左右)和Z轴(前后)方向外扩5 mm，而Y轴(头脚)方向外扩8 mm。PTV体积为： 913.94±94.29 cc。

1.4 治疗计划

基于monaco5.11计划系统，给予6MVX射线，分别采用CC、MC算法，对患者进行3DCRT计划制作，共80个计划。满足90%PTV处方剂量50Gy/2Gy/25f。其角度分布均为：0o、90o、270o、180o，计算网格间距为0.3 cm。

1.5 计划评估

根据靶区剂量分布和剂量体积直方图(Dose volume histogram，DVH)对两组计划进行评估。对PTV，比较HI、CI、Dmean、D2、D5、D50、D95、D98。对OAR，比较Dmean、V40、D2、D5、D10、D50、D90、D98。其中HI=D5/D95×100%， HI越接近1，靶区剂量分布越均匀；CI=VRx2/(VT×VRI)[7]，式中VT表靶体积，VRx、VRI分别表示靶区、全身受到处方剂量照射的体积，CI值越接近1，靶区适形度越好；另外，Dx表x%的靶区/危及器官体积所接受的最高照射剂量，其中Dmean表平均剂量，D2、D98分别表近似最大、最小剂量，Vx表危及器官接受xGy剂量照射的体积(比)；最后比较机器跳数和剂量计算时间。

1.6 统计学处理

2 结果

2.1 计划靶区参数比较

对于PTV，CC和MC组计划的HI分别为1.10±0.01，1.11±0.01(P<0.05)；两组计划的CI分别为0.65±0.08，0.67±0.08(P<0.05)；另外，CC组的D2、D5均小于MC组(P<0.05)。其它无统计学意义，见表1。

2.2 危及器官参数比较

CC组中小肠(Dmean)、直肠(D2、D5、D10)、全身(Dmean)均小于MC组(P<0.05)。而MC组中左侧股骨头(D5、D10)、全身(V40、D5、D98)均小于CC组(P<0.05)。其它无统计学意义。见表2，表3，表4。

两组计划右侧股骨头和膀胱在剂量照射方面无统计学意义。见表2，表3。

2.3 其他

CC和MC组机器跳数分别为：275.11±5.67 MU， 275.67±8.54 MU(P>0.05)。剂量计算时间分别为：18.50±5.33s， 279.73±34.18s(P<0.05)。

表1 两组计划靶区参数比较

注：*表示无单位。与CC组相比，#P<0.05。CC组和MC组为分别基于卷积叠加算法/蒙特卡洛算法的计划组。

表2 两组计划左、右侧股骨头剂量体积参数比较

注：与CC组相比，#P<0.05。CC组和MC组为分别基于卷积叠加算法/蒙特卡洛算法的计划组。

3 讨论

对于宫颈癌术后放疗技术，3DCRT 和IMRT各有优劣。3DCRT技术一般通过设置4～7个方向的射野并调整各野权重来获得靶区及周围组织剂量分布，所耗费的剂量计算和放射治疗时间远少于IMRT，它产生的治疗费用也远少于IMRT；而IMRT技术根据处方要求对靶区和周围危及器官设置剂量体积优化目标及约束条件，从而获得更好的剂量分布曲线、靶区适形度、均匀性等，同时降低周围危及器官受照剂量及体积，达到精确治疗的目的。一般采用5～9个角度不同的射野，再将每个射野分割成大小不同、强度不同的多个子野，每个子野形状是通过运动MLC叶片形成的，这对MLC叶片到位精度要求更高，机器损耗更多。因此，对于同一姿势保持时间较短、配合度一般、经济条件较差的患者建议采用3DCRT技术，而对于经济条件好，可平躺较长时间的患者建议采用IMRT技术。

表3 两组计划膀胱和直肠剂量体积参数比较

注：与CC组相比，#P<0.05。CC组和MC组为分别基于卷积叠加算法/蒙特卡洛算法的计划组。

表4 两组计划小肠和全身剂量体积参数比较

注：与CC组相比，#P<0.05。CC组和MC组为分别基于卷积叠加算法/蒙特卡洛算法的计划组。

根据本研究统计结果，将MC算法所得结果作为标准值，CC算法所得剂量百分偏差[8]：(Dx[CC]-Dx[MC])/Dx[MC]×100%，体积百分偏差：Vx[CC]-Vx[MC]。则有CC算法所得结果中PTV的D2、D5剂量偏差为-0.8%，-0.6%；左侧股骨头D5、D10剂量偏差为5.5%、6.1%；直肠D2、D5、D10剂量偏差为-1.3%、-1.1%、-0.9%；小肠Dmean剂量偏差为-2.0%；全身V40体积偏差为0.77%，Dmean、D5、D98剂量偏差为-1.8%、5.0%、66.7%。即相比于MC算法，CC算法低估了PTV的D2、D5，直肠的D2、D5、D10，小肠的Dmean，全身的Dmean；高估了左侧股骨头的D5、D10，全身的V40、D5、D98；右侧股骨头和膀胱在剂量照射方面无明显差异。

王瑜等[9]研究结果证明: 若患者膀胱充盈，膀胱体积变大，能有效阻止盆腔内小肠因重力作用的下降起，使照射范围内卷入的小肠体积更少，进而使其本身和小肠受照剂量减少。此外，还有临床研究显示: 膀胱于充盈情况计划治疗膀胱中位的剂量减少，且膀胱充盈情况下，直肠受量无增加，表明膀胱充溢情况下予以放疗能减少放射性损伤，提高治疗效果[10]。