环型机架直线加速器平台搭载双层堆叠多叶准直器（MLC）的同轴度多机构评估

《Physics and Imaging in Radiation Oncology》：Multi-institutional evaluation of isocentricity on a ring-gantry linear accelerator platform with double-stacked MLCs

　　

背景与目的：本研究旨在表征环型机架直线加速器的同轴度，并评估不同机构和软件间的变异性。同轴度采用供应商提供和用户自定义的温斯顿-卢茨（Winston-Lutz, WL）测试进行评估。材料与方法：两家机构在1.5年的时间里，在环型机架直线加速器上使用定制体模进行了WL测试。测试了远侧和近侧多叶准直器（MLC），并在应用三维偏移前后获取测量值。WL分析使用了内部、商业（C1–C3）和开源软件进行。评估的参数包括二维钢球（BB）与辐射偏移、最小化二维误差的三维偏移以及三维同轴度尺寸。此外，还使用仅机架射野计算了三维同轴度尺寸，以消除准直器回转误差的影响。结果：各机构的结果显示，除C1外（最大差异0.99 mm），各软件间均呈亚毫米级一致性。观察到机器相关的变异性（p < 0.03）。近侧和远侧准直器组在二维/三维偏移和同轴度尺寸上表现出微小但具有统计学意义的差异（p < 0.03），其中近侧组的回转误差更大，而远侧组的轴线对准较差。经准直器回转误差校正后的三维同轴度尺寸在近侧组和远侧组之间，以及三维偏移校正前和校正后均无统计学差异。结论：同轴度测量取决于软件、MLC组、偏移校正前/后以及机构。对于所测试的机器，其平均影像到辐射同轴度一致性为0.8 mm，辐射同轴度尺寸为0.7 mm，因此采用至少1.5 mm的最小靶区边界是合适的，以应对几何不确定性。根据本研究的结果，临床医生可以根据其机器的特性自行选择边界。

论文解读：《环型机架直线加速器平台搭载双层堆叠多叶准直器（MLC）的同轴度多机构评估》

一、 研究背景与意义

与传统的C型臂直线加速器相比，以Halcyon为代表的环型机架治疗系统因其更高的机架旋转速度和MLC运动速度，能够显著提升治疗效率。此类平台采用无下颌设计，依靠双层堆叠的多叶准直器（MLC）来定义照射野，并已广泛应用于立体定向放射外科（SRS）和立体定向体部放射治疗（SBRT）。然而，环型机架系统在监测和维护同轴度方面面临独特挑战：磁控管驱动的环型机架加速器不允许电子调整束流偏转，束流校准需要对机架组件进行复杂的机械调整；此外，由于MV和kV成像系统相对于源是反向且正交安装的，传统C型臂的校准方法（如IsoCal）在此类系统上的适用性受到限制。尽管温斯顿-卢茨（Winston-Lutz, WL）测试依然是评估同轴度的有效手段，但不同的分析软件包因底层计算技术各异，导致跨机构和跨供应商的结果比较变得复杂。因此，本研究旨在通过多机构、多软件的联合评估，量化算法依赖性变异，为环型机架系统的质量保证（QA）提供标准化依据。

二、 关键技术方法

研究人员在两家独立机构（Institution 1和Institution 2）的Varian Ethos环型机架平台上开展了为期1.5年的前瞻性研究。为了消除CBCT金属伪影并精确量化影像与辐射同轴度的一致性，团队设计并制造了一种定制体模，其核心采用低密度氮化硅钢球（BB）而非传统的高密度钨球。研究中，针对近侧（proximal）和远侧（distal）MLC组分别进行了测试，采集了不同机架角和准直器角下的电子射野影像装置（EPID）图像。数据分析采用了多元化的软件工具，包括内部开发的Matlab脚本（IH）、三种商业软件（Total QA [C1]、DoseLab [C2]、Machine Performance Check [C3]）以及开源软件（Pylinac [OS]）。统计显著性设定为p < 0.05，并通过配对t检验比较了不同应用、机构、MLC组及三维偏移校正前后的差异。

三、 研究结果

3.1 软件、MLC组、机构及三维偏移的比较

研究发现，除C1软件外（由于低对比度氮化硅BB导致BB质心检测错误，最大偏差达0.99 mm），其余软件的分析结果均呈亚毫米级一致。不同机构间的所有指标均存在显著统计学差异（p < 0.03）。近侧与远侧MLC组在所有指标上也表现出显著差异（p < 0.03），近侧叶片产生的偏移或回转半径普遍大于远侧叶片，但在去除准直器回转误差影响后的三维机架同轴度尺寸上两者无显著差异（p > 0.1）。应用三维偏移校正后，几乎所有指标均按预期降低，验证了校正算法的有效性。

3.2 环型机架同轴度特征

环型机架系统的2D和3D偏移警戒阈值分别约为1.1 mm/1.3 mm和1.0 mm/1.1 mm。近侧和远侧MLC的平均准直器回转半径分别为0.22 mm和0.19 mm。值得注意的是，虽然远侧组的回转半径较小，但其回转中心偏离组合轴中心的距离（0.07 mm）大于近侧组（0.03 mm），表明远侧组的轴线对准较差。机架0°和180°之间在床纵向方向上的2D偏移差（0.95 ± 0.09 mm）是整体同轴度尺寸的主要贡献因素，这归因于环型机架设计固有的质量不平衡导致的机架弯曲效应。

3.3 准直器回转对机架角的依赖性

研究证实了在不同机架角度下，2D准直器回转表现相似。Mann-Whitney U检验显示，机架0°定义的2D准直器回转与其他机架角相比无统计学差异（p > 0.2）。这支持了在不同机架角度下应用单一准直器回转校正因子的可行性。

四、 讨论与结论总结

讨论部分指出，尽管近端和远端MLC在统计学上存在微小差异（约0.1 mm），这对临床靶区勾画的影响有限，但在选择靶区边界时必须综合考虑影像到辐射的同轴度一致性和辐射同轴度尺寸。研究证实，经过准直器回转校正后的3D同轴度尺寸是一个反映机器固有特性的稳定指标，不受MLC组或体模设置的影响。对于测试的机器（平均影像到辐射同轴度一致性为0.8 mm，辐射同轴度尺寸为0.7 mm），建议采用至少1.5 mm的靶区边界以应对几何不确定性。此外，研究强调了在临床工作流中根据各自机器特性定制QA标准的重要性。

结论翻译：

同轴度测量取决于软件、MLC组、偏移校正前/后以及机构。对于所测试的机器，其平均影像到辐射同轴度一致性为0.8 mm，辐射同轴度尺寸为0.7 mm，因此采用至少1.5 mm的最小靶区边界是合适的，以应对几何不确定性。根据本研究的结果，临床医生可以根据其机器的特性自行选择边界。