使用万向节(gimbal)安装的直线加速器对扩展野照射技术进行调试(Commissioning of an expanded-field radiation technique using a gimbal-mounted linear accelerator)

《Physics and Imaging in Radiation Oncology》：Commissioning of an expanded-field radiation technique using a gimbal-mounted linear accelerator

　　

背景与目的：一种新型万向节(gimbal)安装的直线加速器(linac)可实现离轴(off-axis)束流投递。本研究旨在对使用该gimbal-mounted linac的扩展野照射(expanded-field radiation)技术进行调试(commissioning)，以验证束流数据并实施患者特异性质量保证(patient-specific quality assurance, QA)。材料与方法：在等中心平面内沿平移(pan)和俯仰(tilt)方向进行gimbal机头旋转±50.0 mm的测量，并与治疗计划系统(treatment planning system, TPS)计算结果进行比较。测量多叶准直器(multi-leaf collimator, MLC)成形射野尺寸的百分比深度剂量(percentage depth dose, PDD)；在最大剂量点深度(dmax，6 MV及6 MV无均整滤过器(FFL)束均为16 mm)及50、100和200 mm深度处测量离轴比(off-center ratio, OCR)。患者特异性QA采用胶片法对累及腋淋巴结乳腺癌及食管癌病例进行测量。结果：对于PDD和OCR，在gimbal机头旋转下所有能量级别的平坦度区域内，测量值与TPS计算剂量的差异均保持在±2%以内。患者特异性QA中，3%/2 mm标准下的γ通过率(gamma passing rate, GPR)各病例均超过90%。结论：上述结果表明所提出的技术能够实现精确有效的离轴束流投递，从而推进现代放射治疗的能力。

《Physics and Imaging in Radiation Oncology》刊载论文解读——使用万向节(gimbal)安装直线加速器对扩展野照射技术进行调试

本研究由日本京都大学医学研究科放射肿瘤学与图像应用治疗科Tomohiro Ono、Fumiya Tanaka、Shunta Jinno、Tetsuo Fukuda、Hiroyuki Kato、Hideaki Hirashima、Yuka Ono、Mitsuhiro Nakamura及Takashi Mizowaki团队完成，发表于《Physics and Imaging in Radiation Oncology》。

研究背景与立项依据：

调强放疗(IMRT)及图像引导放疗(IGRT)等技术的进步显著提升了肿瘤局部控制率，而万向节(gimbal)安装的直线加速器（如Vero系统及本研究所用OXRAY系统）可通过连续非共面照射实现实时肿瘤追踪和高适形剂量投递。然而，受机械限制此类设备最大照射野通常仅为150 mm × 150 mm至200 mm × 200 mm，难以满足头颈部、乳腺伴腋窝淋巴结及食管等较大靶区的照射需求，临床适用范围受限。既往虽提出利用gimbal机头旋转(pan/tilt轴±3.00°)将有效照射野扩展至约300.6 mm × 300.6 mm的技术思路，且商业TPS（如RayStation）已逐步支持gimbal角度输入，但尚缺乏对该扩展野照射技术在新型gimbal-mounted linac上的系统性调试(commissioning)及患者特异性QA验证。因此，研究人员开展本研究以验证扩展野照射条件下的几何定位精度、束流数据（PDD及OCR）与TPS计算的一致性，并通过临床病例胶片测量确认其临床可行性。

主要关键技术方法：

研究使用Hitachi OXRAY gimbal-mounted linac（SAD=1000 mm，gimbal旋转中心距等中心960 mm，6 MV及6 MV-FFF束，MLC名义最大野200 mm×200 mm），在RayStation v2023B中输入gimbal角度模拟扩展野照射（Collapsed Cone算法，2 mm网格）。①几何验证：Winston-Lutz测试，水等效立方体模内置φ10 mm钢球，6 MV下30 mm×30 mm MLC方野，gantry 0°/90°/180°/270°及gimbal ±2.98°（等中心平面±50.0 mm）采集EPID影像，MATLAB自制软件算辐射野中心与钢球中心偏差；②剂量学验证：SmartScan系统+CC04电离室测MLC成形野(50/100/200 mm)²之PDD及不同深度OCR（ISO及Q1–Q4四象限），按ESTRO Booklet 7评价；③患者特异性QA：EBT4胶片测四野拼接矩形野及两例临床计划（乳腺癌保腋窝淋巴结、食管癌field-in-field），γ分析(3%/2 mm, 全局归一，10%等剂量线内)。

研究结果：

3. Results——Beam-positioning accuracy（束流定位精度）：

Winston-Lutz测试显示等中心处束流定位误差均值为0.35 ± 0.15 mm，离轴50 mm处（Q1–Q4象限）为0.47 ± 0.21 mm，略大于等中心但优于传统C形臂直线加速器报道值（0.50–1.19 mm），表明gimbal扩展野模式下静态照射定位精度满足高精度放疗要求。

3. Results——PDDs and OCRs（百分深度剂量与离轴比）：

6 MV及6 MV-FFF束下，50/100/200 mm MLC成形野之PDD曲线在ISO与Q1–Q4条件下几乎重合，中心轴高/低剂量梯度区(δ₁)及建成区(δ₂)最大偏差均在允差内；X轴方向OCR在d_max、50、100、200 mm深度处各评价指标（半影区δ₂、外中心轴高低梯度区δ₃、外射野边缘低低梯度区δ₄、50%辐射宽度RW₅₀、高低梯度束缘δ_50–90）亦均符合ESTRO允差，证实RayStation经坐标变换修改束流方向矢量即可准确计算gimbal旋转引入的斜入射束流剖面，无需额外采集gimbal旋转态束流数据。

3. Results——Film-based dosimetric validation（胶片剂量学验证）：

矩形四野拼接测试接头区剂量偏差±5%内，3%/2 mm γ通过率为91.7%–96.3%；乳腺癌病例矢状面与冠状面GPR分别为95.8%和93.2%，食管癌病例为93.2%–97.9%；所有临床及模体案例接头区计算—实测剂量差≤±5%，GPR均>90%（3%/2 mm），证明扩展野技术在乳腺大野及食管Field-in-Field计划中可获临床可接受剂量分布。

讨论与结论翻译：

本研究报道了gimbal-mounted linac上扩展野照射技术的调试结果，显示高束流定位精度、充分的束流模型准确性及合格的患者特异性QA结果，支持该技术在OXRAY系统中的临床实施潜力。与传统C形臂linac采用多等中心移动治疗床实现大野相比，gimbal扩展野技术依靠gimbal与MLC定位精度对齐射野衔接区，消除了患者摆位误差导致的衔接区剂量不均（传统技术±3 mm摆位误差可致衔接区±10%–15%剂量波动，本技术实测≤±5%）。当前局限为仅验证静态分段照射，动态连续gimbal旋转尚未被商用TPS支持，属未来研究方向。综上，扩展野照射技术在gimbal-mounted linac上成功完成调试，测量值与计算值在临床可接受限内吻合良好，证实该系统可实现精确有效的离轴束流投递，拓展了现代放射治疗的应用能力。