研究背景及意义
高剂量率后装治疗（HDR brachytherapy）作为一种历史悠久的腔内治疗方式，因其能够实现局部剂量的快速跌落，在满足靶区高剂量的同时最大限度的控制正常组织受量，是宫颈癌治疗中不可或缺的治疗方式之一[1]。HDR后装治疗中，针对不同情况的宫颈癌患者，需要使用不同的施源器作为放射源通道。常见标准施源器类型主要分为三种：宫腔管加卵圆球型（T&O）,宫腔管加环型（T&R）以及圆柱形阴道施源器（Cylinder）。
在临床应用中，我们发现，这些施源器本身的材料密度差异很大，施源器的置入会导致组织形成较大的空腔使得组织均匀性发生较大的改变。因此，在进行剂量计算时，应考虑组织异质性，以确保准确的剂量计算。本研究对使用三种不同类型施源器的宫颈癌HDR近距离治疗计划，分别用AAPM TG-43算法和Acuros BV(Grid based Boltzmann Solver code, GBBS)进行剂量计算，并比较其剂量学差异。为临床使用不同施源器时，选择合适的算法进行剂量计算提供参考。
研究方法
随机选取30例已完成三维后装放疗的宫颈癌患者进行回顾性研究，其中T&O、T&R和Cylinder型施源器各10例。保持原计划中施源器放置位置、参考点选择、处方剂量、源的驻留时间和驻留位置不变，对每一个计划分别采用基于不均匀组织修正的 Acuros BV算法和基于 AAPM TG-43的算法进行剂量计算。比较3组计划的剂量学参数，包括靶区 CTV_HR 的 D90%和 D98% ，A点剂量，危及器官（Organs At Risk，OARs）直肠、膀胱、小肠和乙状结肠的 D2cc和 D0.1cc 的剂量学差异。
研究结果
在本研究中，同种施源器计划中，TG-43算法和Acuros BV算法得到的剂量分布有明显统计学差异（P<0.05），与Acuros BV相比，TG-43算法的计划中，靶区的D90%、D98%、V100%、V150%和V200%高于Acuros BV算法计划的统计结果。所有OAR的D0.1cc和D2cc均高于Acuros BV算法计划的统计结果。三种施源器对剂量分布的影响因材料的组成不同差异很大，如图1所示，T&O施源器计划中，两种算法得出的剂量分布差异最为明显；T&R次之，Cylinder施源器计划的剂量分布差异最小。研究还统计了靶区的均匀性指数HI和适形性指数CI。与Acuros BV相比，TG-43算法的计划剂量分布更均匀，且有统计学意义（T&R: p = 0.02; T&O: p = 0.00; Cylinder: p = 0.00），CI则无明显统计学差异。
研究结论
在相同驻留点以及驻留时间的条件下，虽然应用两种算法的计划，均可满足临床要求，但与Acuros BV算法相比，TG-43算法高估了靶区和OARs的剂量。
临床中，T&O施源器由于材料组成与周围组织差异较大，计划中使用Acuros BV算法能更准确反映实际剂量分布。其他两种施源器计划中，TG-43算法虽然高估了组织剂量但是由于两种算法得出的剂量分布差异不明显且均位于施源器周围，两种算法导致的剂量分布差异几乎可忽略不计。
图1 三种不同施源器的后装计划在TG-43和
Acuros BV算法下的剂量分布
图 (a)为T&O, (b)为T&R, (c)为 Cylinder施源器计划CT影像上剂量分布。a(1), b(1) 和 c(1) 为TG-43计划的剂量分布，a(2), b(2) 和 c(2) Acuros BV为计划的剂量分布。
讨论
各后装计划系统中，目前常规使用的算法是基于AAPM TG-43的算法。TG-43算法剂量计算时，将介质等效为均匀水模体，未考虑非均匀介质的密度差异[2]。因为开放的阴道和子宫内充满低密度空气和高密度施源器，导致组织的不均匀性较大，TG-43算法在计算剂量分布时，高估了空腔处的剂量，低估了高密度物质处的剂量[3]。
瓦里安后装计划系统中使用的Acuros BV 算法基于解析的线性波尔兹曼方程（ Linear Boltzmann Transport Equation, LBTE ）进行求解，考虑了材料的物质元素组成，为类蒙卡（MC）算法。在一些非均匀介质的研究中Acuros BV比TG-43更准确地计算剂量分布[2,4,5]。
宫颈癌后装治疗中，常规使用的三种施源器组成材料差异较大。我科使用的T&O施源器由钛合金、不锈钢和聚苯基砜材料组成。其中，钛和不锈钢的质量占总质量的70%-80%。这两种材料的密度较高，且与水的物质组成差异较大，因此在两种不同算法的计划中差异最明显。
T&R施源器则主要由不锈钢和聚苯基砜材料组成，物质密度居中，两种算法得出的剂量分布差异不大。而Cylinder施源器则仅由密度为1.3 g/cm3的聚苯基砜单材料制成，在进行剂量计算时，即使考虑组织不均匀性，剂量差异亦最小。
两种算法灵活选择，满足不同治疗需求
对于临床最常用的宫腔管加卵圆球型（T&O）,宫腔管加环型（T&R）以及圆柱形施源器（Cylinder），Acuros BV 算法的准确性都会更好。瓦里安后装计划系统BrachyVision拥有两种剂量算法：基于TG-43的算法和Acuros BV 算法，在不同的临床应用中可以进行灵活的选择，以匹配不同的治疗选择。
根据研究结果，建议：临床应用中，对于宫腔管加卵圆球型（T&O）施源器计划应考虑使用Acuros BV算法，以应对较大的组织不均匀性；对宫腔管加环型（T&R）以及圆柱形阴道施源器（Cylinder）计划可以考虑使用TG-43算法，以获得相对较快的计算速度。
最后，特别感谢该文章的共同作者：陈志坚，孙行儒和代智涛几位老师对文章的悉心指导和修改。
*本文系放疗界共话放疗专栏独家稿件。
参考文献：
[1] Georg D, Kirisits C, Hillbrand M et al. Image-guided radiotherapy for cervix cancer: high-tech external beam therapy versus high-tech brachytherapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2008, 71:1272–1278
[2] Anagnostopoulos G, Baltas D, Pantelis E, Papagiannis P, Sakelliou L. The effect of patient inhomogeneities in oesophageal 192Ir HDR brachytherapy: a Monte Carlo and analytical dosimetry study. Physics in Medicine and Biology, 2004, 49(12):2675-85.
[3] Petrokokkinos et al. Dosimetric accuracy of a deterministic radiation transport based 192Ir brachytherapy treatment planning system. Part II: Monte Carlo and experimental verification of a multiple source dwell position plan employing a shielded applicator. Medical Physics, 2011, 38 (4):1981.