蒙特卡罗模拟与电离室检测在小野放疗剂量学研究中的关键作用及临床意义

这篇研究通过蒙特卡罗（MC）模拟和电离室（CC04）/锐边二极管（Razor Diode）检测，系统分析了小野放疗（0.5×0.5至3×3 cm2 ）剂量学的关键问题。研究揭示了初级电子源半高宽（FWHM）建模误差对剂量计算的影响，并验证了不同探测器的敏感性差异，为调强放疗（IMRT）和容积旋转调强放疗（VMAT）的精准实施提供了重要依据。

　　

引言

小野放疗在立体定向放射外科（SRS）和调强放疗（IMRT）中广泛应用，但存在侧向带电粒子平衡丧失、探测器体积效应等技术挑战。国际原子能机构（IAEA）TRS-483报告指出，小野输出因子测量误差可能超过5%，直接影响肿瘤剂量控制概率（TCP）和正常组织并发症概率（NTCP）。本研究通过双模型蒙特卡罗模拟，探讨初级电子源FWHM参数对剂量计算的影响，并评估探测器敏感性差异。

材料与方法

治疗设备与模拟代码
采用Elekta Versa HD直线加速器，配备Agility多叶准直器（MLC）。基于EGSnrc（BEAMnrc-DOSXYZnrc）构建两种MC模型：

• M1模型：理想对称FWHM（X/Y方向均为0.15 cm）
• M2模型：非对称FWHM（X=0.35 cm，Y=0.6 cm）

模拟参数包括电子截止能量（ECUT=0.7 MeV）、光子截止能量（PCUT=0.01 MeV），并使用ICRU 700文件修正阻止本领数据。

探测器与测量

• Razor Diode：专为小野设计，敏感体积0.002 cm³

• CC04电离室：体积0.04 cm³
  ，用于对比研究
  输出因子测量以3×3 cm²
  为参考野，深度10 cm，采用IAEA TRS-483定义的S_clin
  概念。

结果

束流剖面与半影宽度

• M2模型导致半影宽度显著增加：0.5×0.5 cm²
  野的平面内半影从0.33 cm（M1）增至0.65 cm（M2），差异达55%。
• 场尺寸越小，FWHM误差对半影影响越显著（p<0.01）。

输出因子与探测器差异

• Razor Diode与M1模型在1×1 cm²
  野内一致性良好（差异<15%），但0.5×0.5 cm²
  野差异达71%。
• CC04在0.5×0.5 cm²
  野的测量值偏离MC模拟30%，证实其体积效应限制。

治疗计划质量验证
4例虚构病例（鼻咽癌、星形细胞瘤等）的VMAT/IMRT计划显示：

• 最小子野宽度1 cm的伽马通过率（GPR）均>90%（3%/3 mm标准）
• 0.5 cm子野GPR降低至76.2%-85.3%，提示小野剂量计算不确定性累积效应。

讨论

FWHM建模误差通过两种机制影响临床剂量：

1. 几何效应：初级源尺寸增大导致光子通量部分遮挡，场边缘剂量梯度变化（如0.5×0.5 cm²
   野输出因子降低50%）。
2. 算法限制：Monaco TPS的蒙特卡罗算法对<1×1 cm²
   野需额外校正因子，与Gholampourkashi等研究一致。

结论

临床实施中应避免使用<1×1 cm²
的子野。MC模拟需严格验证FWHM参数，而Razor Diode可作为小野剂量检测的优选工具。未来需开发新型探测器以解决超小野（如0.5×0.5 cm²
）的剂量学挑战。