Compass 驗證系統在非小細胞肺癌新型動態適形弧放射治療三維劑量驗證中的應用

魏鵬，孫力軍，葉書成（通信作者），劉衛東，楊君東

濟寧醫學院附屬醫院腫瘤科 （山東濟寧 272029）

新型動態適形弧放射治療（modern dynamic conformal arc therapy，mDCAT ）是近幾年發展起來的一種具有劑量率可變、子野形狀優化等功能的放射治療技術。與傳統DCAT 技術相比，mDCAT 提高了計劃質量，可被用于各類腫瘤的立體定向放射治療[1-4]。立體定向放射治療具有單次劑量高、治療次數少、劑量梯度陡峭等特點，這對放射治療的質量保證提出了更高的要求[5]。目前，臨床上對mDCAT 計劃驗證的報道較少。基于此，本研究探討Compass 驗證系統在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC） mDCAT 三維劑量驗證中的應用價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016 年1 月至2021 年11 月于我院行mDCAT 的20 例NSCLC 患者的放射治療計劃，其中男12 例，女8 例；年齡53～87 歲，中位年齡65 歲；左側肺癌7 例，右側肺癌13 例；計劃靶區（planning target volume，PTV）體積范圍為5.46～76.11 cm3，中位數36.38 cm3。

1.2 儀器與設備

瑞典Elekta 公司生產的Monaco 5.11.03治療計劃系統，配置Agility 紅寶石多葉準直器的Versa HD 直線加速器，MOSAIQ 網絡管理系統，德國IBA 公司生產的Dolphin 二維穿透電離室矩陣和Compass 軟件組成的Compass 4.1三維劑量驗證系統。其中，Dolphin 二維穿透電離室矩陣包含1 513個通氣平行板電離室，每個電離室體積為0.016 cm3，探測器尺寸為24.3 cm×24.3 cm，有效測量范圍為40 cm×40 cm，且在15 cm×15 cm探測器內部區域具有5 mm 的高分辨力[6-7]。

1.3 治療計劃設計

采用Monaco 5.11.03治療計劃系統設計基于PTV 的mDCAT 計劃。所有患者均行單弧照射，左側肺癌患者照射弧度為順時針320°～180°，右側肺癌患者照射弧度為順時針180°～40°，采用6 MV 的X 線，最大劑量率為600 MU/min。采用蒙特卡羅算法進行劑量計算，計算網格為2 mm，不確定度為0.5%。處方劑量要求為48 Gy/12次，參考美國腫瘤放射治療協作組（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）標準，靶區劑量要求95% PTV 受照劑量不低于處方劑量，90%的處方劑量至少覆蓋99%的靶區體積。

1.4 劑量驗證與分析方法

劑量驗證：將Dolphin 二維穿透電離室矩陣固定在Versa HD 直線加速器機頭上，連接Compass 軟件，對Dolphin 二維穿透電離室矩陣依次進行本底測量、預照射、本底測量、幾何位置校準、絕對劑量校準等步驟，以上步驟均符合標準后通過MOSAIQ 網絡管理系統質量保證模式執行相應的治療計劃。

分析方法：依據國家癌癥中心/國家腫瘤質控中心最新發布的調強放射治療劑量驗證實踐指南[8]和美國醫學物理家協會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）制 定 的TG-218號報告[9]，采用3%（劑量誤差）/2 mm（距離誤差）、劑量閾值10%、γ 通過率>95%的標準比較Monaco 5.11.03治療計劃系統計算的劑量分布（treatment planning system calculation，TC） 與Compass 驗 證系統獨自計算的劑量分布（Compass independent calculation，CC）及通過實測重建的劑量分布（Compass reconstruction calculation，RC）的10%處方劑量（prescription dose，PD）曲線（即4.8 Gy 劑量分布曲線所形成的結構）的γ 通過率和平均γ值；參考Visser 等[10]的研究報道，采用3%（劑量誤差）/2 mm（距離誤差）、劑量閾值50%、γ 平均值<0.4的標準比較TC 與CC 及RC 的50%PD 曲線（即24 Gy 劑量分布曲線所形成的結構）的γ 通過率和平均γ 值，TC 與CC 的比較為TC-CC 組，TC與RC 的比較為TC-RC 組；同時通過劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）分析TC-RC組靶區與危及器官（organ at risk，OAR）相關的劑量體積偏差[劑量體積偏差=（RC-TC）/TC]，具體指標包括包括內靶區（internal target volume，ITV）、PTV 的98%體積受量（D98%）、平均劑量（Dmean）和2%體積受量（D2%），雙肺的20、13.5、12.5、10、5 Gy 受量的絕對體積（V20、V13.5、V12.5、V10、V5）和平均劑量（Dmean），心臟、脊髓、食管、大血管、氣管樹和肋骨的最大劑量（Dmax）與平均劑量（Dmean）。

1.5 統計學處理

2 結果

2.1 γ 通過率和平均γ 值

TC-CC 組 和TC-RC 組 的γ 通 過 率 均>99%，且兩組的平均γ 值均<0.40，見表1。

表1 γ 通過率與平均γ 值（±s）

表1 γ 通過率與平均γ 值（±s）

注：ROI為感興趣區域，PD為處方劑量，TC為Monaco 5.11.03治療計劃系統計算的劑量分布，CC 為Compass 驗證系統獨自計算的劑量分布，RC 為通過實測重建的劑量分布

ROI 組別 γ 通過率（%） 平均γ 值10%PD 曲線 TC-CC 99.93±0.06 0.22±0.02 TC-RC 99.96±0.03 0.18±0.02 50%PD 曲線 TC-CC 99.59±0.37 0.30±0.03 TC-RC 99.91±0.12 0.32±0.05

2.2 TC-RC 組靶區和OAR 的絕對劑量分析

TC-RC 組的ITV 和PTV 的D98%、Dmean、D2%的平均差異均<1.5%，且TC 和RC 的D98%、Dmean比較，差異有統計學意義（P<0.05）；TC 和RC 的雙肺V20、V13.5、V12.5、V10、Dmean比較，差異均有統計學意義（P<0.05）；TC 和RC 的雙肺V5比較，差異無統計學意義（P>0.05）；TC 和RC 的心臟、大血管、氣管樹、肋骨的Dmean及脊髓、食管的Dmax、Dmean比較，差異均有統計學意義（P<0.05）；TC和RC 的心臟、大血管、氣管樹、肋骨的Dmax比較，差異無統計學意義（P>0.05）；見表2。

表2 TC-RC 組靶區和OAR 的劑量體積偏差比較（±s）

表2 TC-RC 組靶區和OAR 的劑量體積偏差比較（±s）

注：ROI 為感興趣區域，TC 為Monaco 5.11.03 治療計劃系統計算的劑量分布，RC 為通過實測重建的劑量分布，ITV 為內靶區，PTV 為計劃靶區，OAR 為危及器官；表中數據由劑量體積直方圖得出

ROI TC RC 劑量體積偏差（%） t P ITV D98%（Gy） 53.52±1.03 54.26±1.15 1.36±0.85 7.136 0.001 Dmean（Gy） 57.90±2.18 58.22±2.24 0.55±0.53 4.609 0.001 D2%（Gy） 61.05±2.82 61.01±2.94 0.02±0.52 0.534 0.599 PTV D98%（Gy） 46.73±0.47 47.34±0.81 1.31±1.39 4.071 0.001 Dmean（Gy） 54.33±1.46 54.79±1.52 0.84±0.70 5.248 0.001 D2%（Gy） 60.56±2.83 60.64±2.91 0.19±0.42 1.301 0.209雙肺V20（cm3） 159.54±70.43 163.10±70.82 2.64±1.96 6.608 0.001 V13.5（cm3） 283.72±112.89 287.69±113.61 1.63±1.18 5.834 0.001 V12.5（cm3） 309.15±119.77 312.78±120.31 1.37±1.08 5.201 0.001 V10（cm3） 377.58±138.68 381.43±138.87 1.21±1.11 4.518 0.001 V5（cm3） 551.64±221.28 550.52±217.00 -0.02±1.23 0.549 0.590 Dmean（Gy） 4.29±1.49 4.34±1.49 1.19±1.22 7.203 0.001心臟Dmax（Gy） 12.87±9.69 12.80±9.58 -5.99±12.89 1.246 0.228 Dmean（Gy） 1.94±2.06 2.00±2.06 12.96±14.99 5.788 0.001脊髓Dmax（Gy） 9.34±2.94 9.23±2.99 -1.63±2.51 3.289 0.004 Dmean（Gy） 2.81±1.40 2.86±1.43 2.13±1.84 4.682 0.001食管Dmax（Gy） 9.94±5.01 9.73±4.89 0.38±8.06 3.614 0.002 Dmean（Gy） 2.43±1.57 2.50±1.59 8.05±16.98 8.456 0.001大血管Dmax（Gy） 20.55±12.98 20.35±12.85 -1.19±2.30 1.394 0.180 Dmean（Gy） 4.31±2.46 4.38±2.47 2.73±4.78 3.200 0.005氣管樹Dmax（Gy） 14.97±6.98 15.09±6.93 2.44±8.44 1.138 0.269 Dmean（Gy） 3.15±1.89 3.19±1.88 4.44±7.14 3.382 0.003肋骨Dmax（Gy） 37.71±14.67 37.28±14.42 -1.18±2.02 1.826 0.084 Dmean（Gy） 6.88±1.65 7.21±1.70 4.60±2.17 18.325 0.001

3 討論

近年來，隨著醫用直線加速器設備的不斷升級與發展，立體定向放射治療技術被不斷地應用于各類腫瘤的治療中。與常規放射治療技術相比，立體定向放射治療劑量精確性要求的提高導致了需要更加精準有效的驗證設備來對放射治療計劃進行驗證。Compass 驗證系統由Dolphin 二維穿透電離室矩陣和驗證分析系統組成，采用無線連接、電池驅動、內置角度傳感器，其簡單、方便的擺位極大地提高了驗證效率。與傳統基于模體的計劃驗證相比，Compass 驗證系統具有明顯的優勢，不僅可以對治療計劃系統計算的計劃劑量進行獨立核查，而且可以基于患者的CT 解剖圖像和DVH 進行臨床評估。

目前，基于Compass 驗證系統的相關研究主要集中在鼻咽癌[11]、前列腺癌[12]、食管癌[13]、直腸癌[14]等病種，對基于mDCAT 技術的肺癌研究鮮有報道。本研究選取了20例NSCLC 患者的mDCAT計劃的劑量驗證數據，基于Dolphin 二維穿透電離室矩陣的Compass 三維驗證系統對其放射治療計劃進行三維劑量驗證和分析比較。本研究中各靶區的TC-CC 和TC-RC 之間的γ 通過率均>99%，且平均γ 值<0.40，優于指南和文獻推薦的標準[10]；同時通過對TC-RC 組靶區和OAR 的劑量體積進行對比，我們發現心臟、脊髓、食管、大血管、氣管樹等OAR 的平均劑量偏差指標均有顯著性差異，這可能與平均劑量值較低、電離室矩陣分辨力較低等原因有關[15-16]。引起TC-RC 之間劑量偏差的原因包括兩個系統的算法差異、建模差異、加速器機械精度等，因此，臨床一定要做好加速器設備的質量保證和質量控制工作，保證加速器的各個系統誤差在允許范圍內。

綜上所述，Compass 驗證系統可以科學評估NSCLC mDCAT 計劃的劑量差異，為NSCLC 放射治療的精準實施提供數據支持。