《Frontiers in Oncology》：Validation of SRS MapCHECK for CyberKnife patient-specific quality assurance: challenges with small cone sizes
编辑推荐：
本文聚焦于立体定向放射外科（SRS）和立体定向体部放疗（SBRT）中患者特异性质量保证（PSQA）的关键环节，针对CyberKnife系统使用SRS MapCHECK进行PSQA时，在微小固定准直器（≤12.5 mm）条件下出现的剂量学准确性挑战进行了系统评估。研究通过分析12例脑部肿瘤患者的PSQA计划及静态野剂量测量，结合统计学方法，揭示了准直器尺寸与剂量误差之间存在显著负相关（Spearman ρ = -0.87），并指出SRS MapCHECK内置的射野大小和角度校正因子在极小射野下的失效是导致剂量低估（最大达-10.92%）的主要原因。文章结论强调，SRS MapCHECK适用于准直器尺寸≥15 mm的CyberKnife PSQA，但对于更小射野，仍需依赖传统的模体QA方法以确保患者安全。本研究为高精度放疗设备的PSQA工具选择与临床应用提供了重要实证依据和实用建议。
引言
立体定向放射外科（SRS）和立体定向体部放疗（SBRT）的特点是在单次或少数几次分割中，将高剂量辐射投照到通常非常小的原发性或转移性靶体积上。这些技术要求专门的策略来确保剂量准确投照到靶区，同时保护周围健康组织。CyberKnife系统专为SRS/SBRT设计，通过其机械臂实现非共面治疗方案，并结合独特的患者运动追踪系统。为了提升治疗计划质量，它还采用非等中心投照技术，允许辐射束偏离等中心。此外，CyberKnife通过变化固定准直器（5 mm至60 mm）和应用多叶准直器（MLC）提供多种准直选项。对于非常小的靶体积，小固定准直器通常比MLC更受青睐以确保治疗精度。
CyberKnife的非共面和非等中心能力对SRS/SBRT非常有益。然而，精确的剂量验证至关重要，因为潜在的剂量学和几何误差可能导致严重后果。因此，在实际治疗前，严格的剂量学患者特异性质量保证（PSQA）对于确保准确性和安全性至关重要。值得注意的是，CyberKnife的非等中心特性无法通过PSQA以外的常规QA任务充分验证，这进一步强调了PSQA的必要性。在实践中，可用于CyberKnife系统剂量学质量保证（DQA）的解决方案有限。SRS MapCHECK作为一种专为SRS/SBRT设计的二维（2D）阵列探测器，因其高空间分辨率、对兆伏级光子束的稳定能量响应、优异的剂量线性以及实时读出能力，成为一种有前景的PSQA解决方案。本研究旨在针对CyberKnife系统使用小固定准直器的情况，对SRS MapCHECK进行重点评估。
材料与方法
CyberKnife系统核心组件包括安装在具有六个运动自由度的机械臂上的直线加速器，以及用于调整患者位置的RoboCouch患者定位系统。该系统支持用于固定准直器和MLC的蒙特卡洛（MC）剂量计算算法，该算法能够进行组织密度不均匀性校正，从而提升治疗精度。
SRS MapCHECK设备专为SRS/SBRT中的小野剂量学设计，其探测器头可每30°旋转。它包含1,013个硅二极管探测器，每个尺寸为0.48 mm × 0.48 mm，在中心区域提供高空间分辨率。该设备的一个关键特性是包含了针对不同射野大小和束流角度的校正因子，旨在补偿对射野大小和设备方向的潜在依赖性。在使用前，SRS MapCHECK进行了两步校准过程：首先在Elekta Versa HD上进行相对校准以标准化各个二极管的灵敏度，然后在CyberKnife M6上使用机器特定参考射野（60 mm固定准直器）进行绝对校准，并应用了1.2 g/cm3的密度校正因子以匹配治疗计划系统（TPS）的设置。
实验条件包括两种类型：PSQA测量和静态野投照测量。PSQA针对12例使用不同固定准直器尺寸（5, 7.5, 10, 12.5, 15, 20, 25 mm）的脑部肿瘤患者治疗计划进行。每个PSQA计划在固定于治疗床的SRS MapCHECK上执行，探测器位置通过嵌有两个金属标记点的二维kV X射线图像引导。使用SRS MapCHECK PSQA程序分析伽马通过率（3%/3 mm，10%低剂量阈值）和TPS与测量值之间的绝对剂量差异。作为对比分析，还进行了基于模体的内部PSQA，使用Exradin A16电离室进行绝对点剂量测量，并使用GAFchromic EBT3胶片评估伽马通过率。
静态野投照实验旨在验证SRS MapCHECK校正因子的有效性。测量在机械臂角度从0°到330°（30°间隔）旋转时进行，并变化固定准直器尺寸（7.5, 10, 12.5, 15, 60 mm）。测量数据在四种不同校正设置下进行分析：“全部校正”、“无校正”、“仅角度校正”和“仅射野大小校正”。
结果
PSQA计划测量结果显示，SRS MapCHECK测量值与TPS计算值之间的剂量学差异随着固定准直器尺寸的减小而增大。对于使用小于10 mm准直器的计划，差异尤为明显。点剂量误差在5 mm准直器下最大达-10.92%，在7.5 mm准直器下为-10.49%和-7.35%。相比之下，对于较大的准直器（如12.5 mm和20 mm），点剂量差异显著减小（分别为0.14%和0.37%）。伽马通过率在所有准直器尺寸下均保持较高水平。基于模体的PSQA结果则显示绝对点剂量误差小于5%，伽马通过率大于90%，表明TPS计算是可靠的，并非SRS MapCHECK测量误差的来源。
统计分析揭示了固定准直器尺寸与SRS MapCHECK剂量误差之间存在强烈的统计学显著负相关（Spearman ρ = -0.87, p值 < 0.0001）。分组分析进一步证实，对于小固定准直器（≤12.5 mm），平均测量低估显著大于大准直器（≥15 mm）。例如，将组3（5, 7.5, 10, 12.5 mm；平均差异：-5.66 ± 4.31）与组4（15, 20, 25 mm；平均差异：-0.16 ± 0.80）比较，存在显著差异（p值 = 0.0062）。这表明12.5 mm可能是SRS MapCHECK在CyberKnife系统中安全使用的阈值尺寸。
静态野投照测量结果表明，在“无校正”条件下，所有准直器尺寸在不同机械臂角度下的剂量波动均超过5%。启用“全部校正”后，对于15 mm和60 mm等较大准直器，剂量测量稳定性得到显著改善，但对于≤12.5 mm的小准直器，波动依旧甚至恶化。对于12.5 mm准直器，仅启用角度校正时剂量一致性有所增强。射野大小校正因子在较大准直器下不起作用，随着射野减小开始生效，但会引入不准确性。角度校正因子对剂量测量稳定性的影响大于射野大小校正因子，但对于7.5 mm等极小射野，其效果与“无校正”时相同，表明其失效。
讨论
CyberKnife系统依赖其独特的非共面和非等中心放疗方法，实现了SRS/SBRT中小靶体积的精确剂量投照。SRS MapCHECK因其紧凑尺寸和高分辨率2D阵列探测器，有望简化和增强CyberKnife的PSQA流程。尽管在所有固定准直器尺寸下，3%/3 mm标准的伽马通过率均可接受，但点剂量测量揭示了与TPS计算之间存在较大差异，尤其在小射野条件下。静态剂量投照实验分析将这种差异归因于SRS MapCHECK校正因子在极小射野下的不良运作。研究表明，SRS MapCHECK适用于固定准直器尺寸≥12.5 mm的CyberKnife PSQA，但对于更小射野，基于模体的PSQA仍是确保患者安全的首选方法。
本研究存在一些局限性。首先，静态剂量验证使用了共面机械臂旋转角度，未能完全复现CyberKnife治疗中复杂的非共面束流轨迹。然而，PSQA结果与静态剂量测试结果的一致性表明，即使在简化几何条件下，校正因子问题也已凸显。其次，评估基于12例患者数据，虽样本量有限，但统计分析结果稳健。此外，本研究仅评估了固定准直器（5-25 mm），未涉及Iris?准直器或MLC治疗，且SRS MapCHECK仅提供二维剂量验证。
结论
本研究评估了SRS MapCHECK用于CyberKnife系统PSQA的有效性。研究结果表明，随着固定准直器尺寸的减小，SRS MapCHECK的PSQA结果与TPS计算值的偏差增大。静态剂量投照测试分析将这些差异归因于束流角度和射野大小校正因子在极小射野下的不当运作。总体而言，本工作证明当固定准直器尺寸大于或等于12.5 mm时，SRS MapCHECK能为CyberKnife系统提供准确可靠的PSQA。
