Compass 验证系统在非小细胞肺癌新型动态适形弧放射治疗三维剂量验证中的应用

魏鹏，孙力军，叶书成（通信作者），刘卫东，杨君东

济宁医学院附属医院肿瘤科 （山东济宁 272029）

新型动态适形弧放射治疗（modern dynamic conformal arc therapy，mDCAT ）是近几年发展起来的一种具有剂量率可变、子野形状优化等功能的放射治疗技术。与传统DCAT 技术相比，mDCAT 提高了计划质量，可被用于各类肿瘤的立体定向放射治疗[1-4]。立体定向放射治疗具有单次剂量高、治疗次数少、剂量梯度陡峭等特点，这对放射治疗的质量保证提出了更高的要求[5]。目前，临床上对mDCAT 计划验证的报道较少。基于此，本研究探讨Compass 验证系统在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC） mDCAT 三维剂量验证中的应用价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016 年1 月至2021 年11 月于我院行mDCAT 的20 例NSCLC 患者的放射治疗计划，其中男12 例，女8 例；年龄53～87 岁，中位年龄65 岁；左侧肺癌7 例，右侧肺癌13 例；计划靶区（planning target volume，PTV）体积范围为5.46～76.11 cm3，中位数36.38 cm3。

1.2 仪器与设备

瑞典Elekta 公司生产的Monaco 5.11.03治疗计划系统，配置Agility 红宝石多叶准直器的Versa HD 直线加速器，MOSAIQ 网络管理系统，德国IBA 公司生产的Dolphin 二维穿透电离室矩阵和Compass 软件组成的Compass 4.1三维剂量验证系统。其中，Dolphin 二维穿透电离室矩阵包含1 513个通气平行板电离室，每个电离室体积为0.016 cm3，探测器尺寸为24.3 cm×24.3 cm，有效测量范围为40 cm×40 cm，且在15 cm×15 cm探测器内部区域具有5 mm 的高分辨力[6-7]。

1.3 治疗计划设计

采用Monaco 5.11.03治疗计划系统设计基于PTV 的mDCAT 计划。所有患者均行单弧照射，左侧肺癌患者照射弧度为顺时针320°～180°，右侧肺癌患者照射弧度为顺时针180°～40°，采用6 MV 的X 线，最大剂量率为600 MU/min。采用蒙特卡罗算法进行剂量计算，计算网格为2 mm，不确定度为0.5%。处方剂量要求为48 Gy/12次，参考美国肿瘤放射治疗协作组（Radiation Therapy Oncology Group，RTOG）标准，靶区剂量要求95% PTV 受照剂量不低于处方剂量，90%的处方剂量至少覆盖99%的靶区体积。

1.4 剂量验证与分析方法

剂量验证：将Dolphin 二维穿透电离室矩阵固定在Versa HD 直线加速器机头上，连接Compass 软件，对Dolphin 二维穿透电离室矩阵依次进行本底测量、预照射、本底测量、几何位置校准、绝对剂量校准等步骤，以上步骤均符合标准后通过MOSAIQ 网络管理系统质量保证模式执行相应的治疗计划。

分析方法：依据国家癌症中心/国家肿瘤质控中心最新发布的调强放射治疗剂量验证实践指南[8]和美国医学物理家协会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）制 定 的TG-218号报告[9]，采用3%（剂量误差）/2 mm（距离误差）、剂量阈值10%、γ 通过率>95%的标准比较Monaco 5.11.03治疗计划系统计算的剂量分布（treatment planning system calculation，TC） 与Compass 验 证系统独自计算的剂量分布（Compass independent calculation，CC）及通过实测重建的剂量分布（Compass reconstruction calculation，RC）的10%处方剂量（prescription dose，PD）曲线（即4.8 Gy 剂量分布曲线所形成的结构）的γ 通过率和平均γ值；参考Visser 等[10]的研究报道，采用3%（剂量误差）/2 mm（距离误差）、剂量阈值50%、γ 平均值<0.4的标准比较TC 与CC 及RC 的50%PD 曲线（即24 Gy 剂量分布曲线所形成的结构）的γ 通过率和平均γ 值，TC 与CC 的比较为TC-CC 组，TC与RC 的比较为TC-RC 组；同时通过剂量体积直方图（dose volume histogram，DVH）分析TC-RC组靶区与危及器官（organ at risk，OAR）相关的剂量体积偏差[剂量体积偏差=（RC-TC）/TC]，具体指标包括包括内靶区（internal target volume，ITV）、PTV 的98%体积受量（D98%）、平均剂量（Dmean）和2%体积受量（D2%），双肺的20、13.5、12.5、10、5 Gy 受量的绝对体积（V20、V13.5、V12.5、V10、V5）和平均剂量（Dmean），心脏、脊髓、食管、大血管、气管树和肋骨的最大剂量（Dmax）与平均剂量（Dmean）。

1.5 统计学处理

2 结果

2.1 γ 通过率和平均γ 值

TC-CC 组 和TC-RC 组 的γ 通 过 率 均>99%，且两组的平均γ 值均<0.40，见表1。

表1 γ 通过率与平均γ 值（±s）

表1 γ 通过率与平均γ 值（±s）

注：ROI为感兴趣区域，PD为处方剂量，TC为Monaco 5.11.03治疗计划系统计算的剂量分布，CC 为Compass 验证系统独自计算的剂量分布，RC 为通过实测重建的剂量分布

ROI 组别 γ 通过率（%） 平均γ 值10%PD 曲线 TC-CC 99.93±0.06 0.22±0.02 TC-RC 99.96±0.03 0.18±0.02 50%PD 曲线 TC-CC 99.59±0.37 0.30±0.03 TC-RC 99.91±0.12 0.32±0.05

2.2 TC-RC 组靶区和OAR 的绝对剂量分析

TC-RC 组的ITV 和PTV 的D98%、Dmean、D2%的平均差异均<1.5%，且TC 和RC 的D98%、Dmean比较，差异有统计学意义（P<0.05）；TC 和RC 的双肺V20、V13.5、V12.5、V10、Dmean比较，差异均有统计学意义（P<0.05）；TC 和RC 的双肺V5比较，差异无统计学意义（P>0.05）；TC 和RC 的心脏、大血管、气管树、肋骨的Dmean及脊髓、食管的Dmax、Dmean比较，差异均有统计学意义（P<0.05）；TC和RC 的心脏、大血管、气管树、肋骨的Dmax比较，差异无统计学意义（P>0.05）；见表2。

表2 TC-RC 组靶区和OAR 的剂量体积偏差比较（±s）

表2 TC-RC 组靶区和OAR 的剂量体积偏差比较（±s）

注：ROI 为感兴趣区域，TC 为Monaco 5.11.03 治疗计划系统计算的剂量分布，RC 为通过实测重建的剂量分布，ITV 为内靶区，PTV 为计划靶区，OAR 为危及器官；表中数据由剂量体积直方图得出

ROI TC RC 剂量体积偏差（%） 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双肺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心脏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气管树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 讨论

近年来，随着医用直线加速器设备的不断升级与发展，立体定向放射治疗技术被不断地应用于各类肿瘤的治疗中。与常规放射治疗技术相比，立体定向放射治疗剂量精确性要求的提高导致了需要更加精准有效的验证设备来对放射治疗计划进行验证。Compass 验证系统由Dolphin 二维穿透电离室矩阵和验证分析系统组成，采用无线连接、电池驱动、内置角度传感器，其简单、方便的摆位极大地提高了验证效率。与传统基于模体的计划验证相比，Compass 验证系统具有明显的优势，不仅可以对治疗计划系统计算的计划剂量进行独立核查，而且可以基于患者的CT 解剖图像和DVH 进行临床评估。

目前，基于Compass 验证系统的相关研究主要集中在鼻咽癌[11]、前列腺癌[12]、食管癌[13]、直肠癌[14]等病种，对基于mDCAT 技术的肺癌研究鲜有报道。本研究选取了20例NSCLC 患者的mDCAT计划的剂量验证数据，基于Dolphin 二维穿透电离室矩阵的Compass 三维验证系统对其放射治疗计划进行三维剂量验证和分析比较。本研究中各靶区的TC-CC 和TC-RC 之间的γ 通过率均>99%，且平均γ 值<0.40，优于指南和文献推荐的标准[10]；同时通过对TC-RC 组靶区和OAR 的剂量体积进行对比，我们发现心脏、脊髓、食管、大血管、气管树等OAR 的平均剂量偏差指标均有显著性差异，这可能与平均剂量值较低、电离室矩阵分辨力较低等原因有关[15-16]。引起TC-RC 之间剂量偏差的原因包括两个系统的算法差异、建模差异、加速器机械精度等，因此，临床一定要做好加速器设备的质量保证和质量控制工作，保证加速器的各个系统误差在允许范围内。

综上所述，Compass 验证系统可以科学评估NSCLC mDCAT 计划的剂量差异，为NSCLC 放射治疗的精准实施提供数据支持。