光子剂量算法与各向异性分析算法在非小细胞肺癌放射治疗中剂量学比较

尚 峰，司 迎，徐 莹，王 剪，蒋子仪，沙宪政，常世杰

1.北部战区总医院 放射治疗科，辽宁 沈阳 110016；2.武警辽宁总队医院 医学影像科，辽宁 沈阳 110034；3.中国医科大学 智能医学学院，辽宁 沈阳 110122

非小细胞肺癌(non-smallcelllungcancer，NSCLC)的治疗主要取决于疾病的阶段与患者的身体状况。NSCLC晚期诊断在临床上较为普遍，多数患者错过了根治性手术的机会。放射治疗为NSCLC的主要治疗方式之一[1]。放射治疗的原则是向肿瘤提供足够高剂量的电离辐射，同时保护健康器官与组织。为实现这一目标，计算机治疗计划系统中使用了复杂的剂量分布计算算法。光子剂量算法(acuros external beam algorithm，AXB)由Varian公司推出，是一种新型光子剂量算法。有研究显示，AXB算法考虑到电子横向运输与非均匀性对剂量的影响，对于异质性组织的修正优于各向异性分析算法(anisotropic analytical algorithm，AAA)[2-3]。与AXB算法相比，AAA算法在肺积液等密度存在较大差异的患者中存在较大误差，但对于其他患者的误差可控制在3%以内[4-5]。本研究旨在比较AXB与AAA算法在NSCLC患者放射治疗中的剂量学差异。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取北部战区总医院自2020年6月至2021年6月收治的20例NSCLC患者为研究对象。纳入标准：单纯放疗不联合其他治疗；单靶区照射；无肺部炎症等影响组织密度病变。排除标准：肿瘤有多处转移；放疗加同步药物治疗。根据患病部位将其分为左肺组与右肺组，每组各10例。左肺组：男性4例，女性6例;年龄42～82岁，平均年龄(63.0±3.7)岁。右肺组：男性7例，女性3例;年龄55～72 岁，平均年龄(64.2±2.1)岁。两组患者一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经医院伦理委员会批准。所有患者均签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 CT模拟定位 所有患者躺于人体定位袋之中，采用仰卧位，双手上举抱头，平静呼吸，使用飞利浦16排大孔径CT进行扫描。扫描层厚5 mm，扫描范围自下颌骨下缘至第二腰椎下部。

1.2.2 靶区勾画 将重建处理后的CT图像传输至Eclipse15.6版治疗计划系统，用于结构勾画与治疗计划。由同一位高年资的主任医师对所有结构进行勾画。勾画标准参考国际辐射单位与测量委员会第50号[6]、第62号[7]报告。肿瘤区(grosstarget volume，GTV)定义为使用CT、磁共振和正电子发射型计算机断层显像等影像对比最终确定的肿瘤可见区及淋巴结。临床靶区(clinical target volume，CTV)包括原发肿瘤床和可能出现微小的扩展的区域。计划靶区(planning target volume，PTV)包括运动误差、摆位误差及机器误差。对于肺癌而言，一般由CTV外扩5 mm获得PTV。

1.2.3 计划设计 使用瓦里安Eclipse TPS系统生成治疗计划。使用AAA算法设计最优调强放射治疗(intensity modulated radiation therapy，IMRT)计划，计算网格设置2.5 mm，由4～7个射野组成。PTV处方剂量为60 Gy/30 f，单次剂量为2 Gy，5次/周。在IMRT优化过程中，优化目标为PTV、心脏、肺、食管和脊髓。为排除其他因素的干扰，本研究为优化完毕的AAA计算创建副本计划，将副本计划内的AAA算法改成AXB算法，AXB中提供了计算中剂量和水剂量选项。本研究选用水剂量选项，使用AXB算法重新优化和计算。光束形状、光束角度、光束能量、光束数量、处方剂量、参考点、关注结构约束、计划优化保持不变，只更改计算算法。比较两种算法中靶区和危及器官的剂量分布。

1.2.4 剂量学差异评价 剂量学比较中危及器官的评价指标包括适形度指数(conformity index，CI)、最大剂量(dosemax，Dmax)、平均剂量(dosemean，Dmean)、受到5 Gy剂量照射的体积百分比(volume 5,V5)受到10 Gy剂量照射的体积百分比(volume 10，V10)、受到20 Gy剂量照射的体积百分比(volume 20，V20)、受到30 Gy剂量照射的体积百分比(volume 30，V30)、受到40 Gy剂量照射的体积百分比(volume 40，V40)。CI计算公式为CI=(VPTV95%/VPTV)×(VPTV95%/V95%)，其中VPTV95%为接受95%处方剂量的目标体积，VPTV为目标体积，V95%为95%处方等剂量体积。CI接近于1表示符合性较好。

2 结果

2.1 左肺组患者AAA算法与AXB算法剂量学比较 左肺组患者中，AAA算法的靶区Dmax、患侧肺V5、脊髓Dmax均优于AXB算法，AXB算法的食管Dmean优于AAA算法，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 左肺组患者AAA算法与AXB算法剂量学比较

2.2 右肺组患者AAA算法与AXB算法剂量学比较 右肺组患者中，AAA算法的靶区Dmax优于AXB算法，AXB算法的食管V30、食管Dmean均优于AAA算法，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 右肺组患者AAA算法与AXB算法剂量学比较

3 讨论

AAA算法与AXB算法为瓦里安公司生产的Eclipse计划工作站中内置的两种剂量计算算法。其中，AAA算法可利用多个光子横向散射核计算点平面的不均匀散射以及电子平衡问题，但是不能精确描述电子的运输和侧向电子失衡，对低密度区存在一定剂量误差[8-9]。AXB算法是近年来发展并加入商用的计算算法，与AAA算法使用相同的源模型。

与AAA算法不同的是，AXB算法考虑了非均质材料产生的影响。AXB算法为一种基于玻尔兹曼方程求解近似值的确定性算法，使用福克普朗克方程求解电子横向运输和非均匀性对剂量影响的问题，所以对不均匀组织的修正优于AAA算法。肺癌患者靶区处于低密度区域，相对于AAA算法，AXB算法会得到更真实的剂量分布，但多数情况下剂量误差≤3%[10-12]。

本研究结果显示，左肺组患者中，AAA算法的靶区Dmax、患侧肺V5、脊髓Dmax均优于AXB算法，AXB算法的食管Dmean优于AAA算法，差异均有统计学意义(P<0.05)，与黄宝添等[11]研究结果一致。这表明，AAA算法可以保证在靶区适形度相当的情况下，使左肺低剂量区获得更好的保护。有研究表明，在不增加危及器官剂量的情况下，适当提高靶区剂量可以增加肿瘤的局部控制率[12-13]。Liu等[14]使用AXB算法和AAA算法对77例早期非小细胞肺癌患者进行计划优化，结果表明，两种算法的靶区Dmean大致相同，与本研究结果一致。刘致滨等[15]对10例肺癌患者进行研究，结果表明，AAA算法的靶区Dmax小于AXB算法。本研究结果还显示，右肺组患者中，AAA算法的靶区Dmax优于AXB算法，AXB算法的食管V30、食管Dmean均优于AAA算法，差异均有统计学意义(P<0.05)。这表明，AXB算法在不增加其他器官剂量的情况下，可使食管获得更好的保护。

综上所述，结合两种算法性质，NSCLC放射治疗中，左肺病变优先选择AAA算法，右肺病变优先选择AXB算法。