兩種驗證系統在非均整模式下肺部立體定向放射治療劑量驗證中的應用

邱凌平，李克，殷皓澤，張婷，闕與清，李勇（通信作者）

南昌大學第一附屬醫院 （江西 南昌 310000）

肺癌是一種源于肺部支氣管黏膜或腺體的惡性腫瘤，具有較高的發病率和病死率，根據病理特點可分為小細胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和非小細胞肺癌（non small cell lung cancer，NSCLC），其中NSCLC 占所有肺癌的70%。立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy，SBRT）是目前主流的精準放射治療手段，也是肺癌綜合治療的重要組成部分，尤其適用于NSCLC患者[1-2]。不同于普通的放射治療方法，SBRT 具有療程短、單次劑量大（一般＞4 Gy）、劑量率和等效生物劑量高的特點，且治療時通常移除加速器的射野均整器，即在非均整模式（flattening filter free，FFF）下進行，這對放射治療的質量保證提出了更高的要求。

劑量驗證是指放射治療前物理師結合放射治療設備的實際情況，利用日常劑量驗證方法為主管醫師提供詳細的γ 通過率及各個臟器的可能受照射劑量，再結合當前主流劑量驗證配套程序對治療設備的實際出束狀態進行相關分析，獲得實際照射下計劃靶區（planning target volume，PTV）、危及器官的劑量體積直方圖（dose volume histogram，DVH）和γ 通過率，同時對患者接受的實際受照射劑量分布與治療計劃系統計算的計劃劑量之間的差異進行即時檢測并修正，從而確保患者的實際受照射劑量與治療計劃系統計算的理想劑量保持一致[3-5]。目前，臨床常用的主流劑量驗證方法包括二維劑量驗證和三維劑量驗證。其中，Compass 三維驗證系統應用價值已被多項研究[6-10]證實?；诖?，本研究比較瓦里安VitalBeam 直線加速器自帶的二維劑量驗證系統PD 驗證系統與IBA 公司的Compass 三維驗證系統在FFF 下肺部SBRT 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2019 年10 月至2021 年12 月我院收治的的16 例NSCLC 患者的FFF 下SBRT 計劃。其中，男13 例，女3 例；年齡32～68 歲，中位年齡58.5 歲；左側患病10 例，右側患病6 例；病灶直徑均＜2 cm。所有患者均采用飛利浦Brilliance 大孔徑CT 進行4D CT 掃描獲取影像學信息，CT 重建層厚為3 mm，掃描范圍包含胸部及上腹部。

1.2 設備與儀器

美國瓦里安公司的VitalBeam 直線加速器（自帶PD 驗證系統）和Eclipse 15.5 治療計劃系統，德國IBA 公司的Compass 三維驗證系統（包括Dolphin 穿透電離室矩陣與Compass 軟件）。

1.3 治療計劃設計

采用Eclipse 15.5 治療計劃系統設計3 個半弧的FFF 下SBRT 計劃，能量選用6 MV X 線，劑量率為1 400 MU/min，計劃處方劑量的等效生物劑量應≥100 Gy。以腫瘤放射治療組（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）0813 協議[11]、美國醫學物理學家學會（American Academy of Pain Medicine，AAPM）101 協議[12]為依據，治療計劃需滿足以下條件：靶區覆蓋率需不低于95%的PTV 體積；熱點劑量在111%～140%處方劑量之間，且只允許落在PTV 內部；通過主觀檢查處方劑量與靶區邊緣的貼合程度，要求處方劑量線包含的體積與PTV體積比值不大于1.2；靶區外劑量跌落需確保距離PTV 邊緣任何方向2 cm 以外區域不得大于RTOG 0813 協議中給出的D2數值；正常組織限值滿足RTOG 0813 協議及AAPM 101 協議的相關標準。

1.4 劑量驗證與分析方法

PD 驗證：首先，在Eclipse 15.5 治療計劃系統上創建驗證計劃（PD 計劃）；然后，將此計劃傳輸至VitalBeam 直線加速器，利用VitalBeam 直線加速器自帶的PD 驗證系統進行實際出束劑量采集，得到PD 實測劑量。

Compass 驗證：首先，將包含CT 數據、結構、計劃和劑量的DICOM 數據包從治療計劃系統中導出至Compass 三維驗證系統；其次，使用Compass 軟件進行劑量計算，得到Compass 計算劑量；然后將Dolphin 穿透電離室矩陣插入直線加速器的治療頭并執行放射治療計劃獲得實測數據，將實測數據回傳至Compass 三維驗證系統進行劑量重建，并通過計算得到Compass 重建劑量；最后，將中心點所在的冠狀層面的驗證計劃文件導出，獲得Compass 三維驗證系統的二維驗證計劃文件，再對文件分別進行γ 通過率分析。

分析方法。（1）γ 通過率：采用閾值水平10%、劑量偏差2%/3%、位置偏差2 mm/3 mm 的標準計算PD 實測劑量、Compass 計算劑量、Compass 重建劑量的γ 通過率（均與治療計劃系統的計算劑量比較，γ ≤1 表示通過）。（2）劑量偏差：計算Compass 計算劑量、重建劑量與治療計劃系統計算劑量的靶區劑量參數（PTV 的1%體積受量D1%、平均劑量Dmean和99%體積受量D99%）、危及器官劑量參數（患側肺、心臟、脊髓1%體積受量D1%、平均劑量Dmean）的劑量偏差[劑量偏差=（Dcompass-D治療計劃系統）/D治療計劃系統×100%，其中Dcompass為Compass 三維驗證系統計算劑量、重建劑量，D治療計劃系統為治療計劃系統計算劑量]，并將Compass 計算劑量與治療計劃系統計算劑量的劑量偏差作為CCD 組，Compass 重建劑量與治療計劃系統計算劑量的劑量偏差作為CRD 組。

1.5 統計學處理

采用 SPSS 24.0 統計軟件進行數據分析，計量資料以±s 表示，采用t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

PD 實測劑量與治療計劃系統計算劑量的比較見圖1；Compass 計算劑量與治療計劃系統計算劑量的比較見圖2；Compass 重建劑量與治療計劃系統計算劑量的比較見圖3。

圖3 Compass 三維驗證系統重建劑量與治療計劃系統計算劑量的比較

2.1 γ 通過率

PD 實測劑量、Compass 計算劑量、Compass 重建劑量的γ 通過率均＞90%；PD 實測劑量的γ 通過率均高于Compass 計算劑量、Compass 重建劑量，且Compass 計算劑量的γ 通過率高于Compass 重建劑量，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 16 例NSCLC 患者不同驗證方式的γ 通過率比較（%）

2.2 劑量偏差

CCD 組和CRD 組的靶區劑量參數、危及器官劑量參數的劑量偏差比較，差異均有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 16 例NSCLC 患者Compass 三維驗證的劑量偏差（%）

3 討論

SBRT 作為當前主流的高精度放射治療技術，為NSCLC 患者提供了更好的治療方式，但治療前的劑量驗證對放射治療質量保證至關重要。本研究選用直線加速器自帶的PD 驗證系統和Compass 三維驗證系統對NSCLC 的SBRT 計劃進行劑量驗證，以期為精準放射治療的實施提供依據。PD 驗證系統不需要將照射野角度歸零，也不用考慮擺位誤差和電離室角度等問題，具有靈敏度和分辨力高、重復性好、成像速度快的優勢，且其工作效率高、可用于實時監測，現已被廣泛用于放射治療計劃的劑量驗證[13-14]。Compass 三維驗證系統配備的Dolphin 穿透電離室矩陣是一個帶有上千個平面平行電離室的二維矩形陣列，其射野輸出測量范圍可達40 cm×40 cm[15-16]。實際測量時，物理師可以將目標穿透電離室矩陣直接懸掛于小機頭處，在機架和小機頭均處于0°狀態時打開電源連接軟件的測量系統，不需要二次計算即可完成實際劑量的測量。PD 驗證系統和Compass 三維驗證系統均避免了傳統驗證系統對物理模體進行擺位和連接各種線纜的煩瑣過程，極大地提高了物理師的工作效率，且避免了模體擺位過程中可能產生的誤差。

本研究結果顯示，PD 實測劑量、Compass 計算劑量、Compass 重建劑量的γ 通過率均＞90%；PD 實測劑量的γ 通過率均高于Compass 計算劑量、Compass 重建劑量，且Compass 計算劑量的γ 通過率高于Compass 重建劑量，差異均有統計學意義（P＜0.05）。雖然以上結果表明，PD 驗證系統具有更高的分辨力和測量精度，但該系統是單一平面的二維劑量驗證系統，難以量化靶區和危及器官的計算劑量與實際受照射劑量的差異，對臨床治療的指導意義有限。

本研究結果顯示，CCD 組（Compass 計算劑量與治療計劃系統計算劑量比較）和CRD 組（Compass 重建劑量與治療計劃系統計算劑量比較）的靶區、危及器官劑量參數的劑量偏差比較，差異均有統計學意義（P＜0.05），但偏差均在5%以內，均滿足臨床標準。這一結果表明，Compass 三維驗證系統能直接給出靶區、危及器官劑量參數的劑量偏差，量化劑量結果，很好地彌補二維劑量驗證的不足，有利于臨床對實際照射劑量進行評估[5，17]。需要注意的是，Compass 計算劑量為Compass 三維驗證系統自帶蒙特卡羅算法獨立計算得出，其相對影響因素較少；而影響Compass 重建劑量的因素較多，如Dolphin 穿透電離室矩陣的平均受照體積、幾何分辨力和自衰減等不確定性的影響[18-19]；同時，由于Dolphin 穿透電離室矩陣是直接安裝在直線加速器機頭位置，因此無法檢測它與機架、小機頭和工作臺旋轉的相關誤差[20]；此外，NSCLC 患者SBRT計劃的靶區小，射野邊緣劑量梯度大，對驗證設備的測量精度和分辨力要求高，而Dolphin 穿透電離室矩陣的有效測量體積為0.016 cm3，在射野邊緣劑量梯度較大區域的有效測量平面為0.5 cm×0.5 cm，其分辨力較低，因此Compass 重建效果較Compass計算效果差，對于照射野小于3 cm×3 cm的小野，建議采用精度更高的myQA SRS 進行驗證。綜上所述，PD 驗證系統的驗證效果優于Compass三維驗證系統，而Compass 三維驗證系統的獨立計算和實測重建功能則可以全面分析理論與實際照射劑量的差異，為精準放射治療的實施提供依據。