放射治疗等中心（Radiation Isocentre）变异性对立体定向放射外科（SRS）质量保证的临床影响评估

本研究针对立体定向放射外科（SRS）和立体定向消融放疗（SABR）中辐射等中心（RI）在不同机架角和准直器角下的变异性问题，开发基于Python的边缘检测算法分析22,815幅兆伏级射野图像，发现6 MV、6 MV FFF和18 MV光束的平均RI变异性分别为0.58 mm、0.66 mm和0.58 mm。结果表明当前QA协议可能低估实际误差，建议结合Starshot与Winston-Lutz测试增强检测流程，对SRS/SABR治疗计划验收具有重要临床意义。

　　

在精准放疗时代，立体定向放射外科（Stereotactic Radiosurgery, SRS）和立体定向消融放疗（Stereotactic Ablative Radiation Therapy, SABR）技术能通过高剂量辐射精确摧毁肿瘤，同时最大限度保护周围正常组织。然而，这种高精度治疗的成功极度依赖于线性加速器（Linac）机械系统的稳定性，特别是辐射等中心（Radiation Isocentre, RI）的空间准确性。传统质量保证（Quality Assurance, QA）方法主要关注机械等中心与辐射等中心的位置重合度，却忽略了在不同机架角度（Gantry Angle）和准直器角度（Collimator Angle）下RI可能存在的系统性变异。这种未被充分表征的变异性可能在临床中导致实际照射偏离计划靶区，尤其对靶区边缘剂量梯度陡峭的SRS/SABR治疗带来潜在风险。

为系统评估RI变异性对临床治疗的影响，研究团队在《Physical and Engineering Sciences in Medicine》上发表了一项大规模多中心研究，通过对8台不同型号直线加速器在不同能量模式（6 MV、6 MV FFF和18 MV）下采集的22,815幅Starshot图像进行分析，首次全面量化了全弧治疗中RI的变异特征及其对SRS计划验收的潜在影响。

本研究采用多中心回顾性分析设计，数据来源于包括Elekta Synergy、Versa HD和Philips SL 20等不同型号的8台直线加速器。使用iViewGT? Perkin Elmer非晶硅电子射野成像装置（EPID）采集4×16 cm2射野图像，在13个机架角和13个准直器角（30°间隔）组合下获取影像数据。通过自主研发的Python软件实施Canny边缘检测算法，采用亚像素级立方回归拟合确定射野中心轴（CAX），并应用组合数学中的二项式系数生成所有可能的射野线交点组合，利用海伦公式计算最小内接圆作为辐射等中心的代理指标。统计分析采用Shapiro-Wilk检验、Kruskal-Wallis检验和Dunn's事后检验，并通过Eclipse治疗计划系统（TPS）模拟等中心偏移对两个典型脑SRS病例（单病灶与多病灶）剂量分布的影响。

研究结果

统计显著性分析：Shapiro-Wilk检验显示三种能量模式下RI尺寸均不符合正态分布（p<10??），采用非参数Kruskal-Wallis检验揭示组间存在显著差异（p=2.27×10?1?）。Dunn's事后检验表明6 MV与6 MV FFF（p=6.43×10??）、6 MV FFF与18 MV（p=8.64×10??）之间均存在显著差异，而6 MV与18 MV无显著差异。这表明FFF模式可能引入额外的等中心不稳定性。

等中心变异性定量：全弧治疗中平均RI变异分别为：6 MV（0.58±0.18 mm）、6 MV FFF（0.66±0.21 mm）和18 MV（0.58±0.19 mm）。最大变异发生在特定机架角度（300°、0°和240°），幅度达0.62-0.71 mm。准直器角度贡献分析显示最大RI尺寸呈现周期性分布模式，在30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°和330°等角度出现峰值。

临床剂量学影响：对单病灶（前庭神经鞘瘤12.5 Gy）和多病灶（4个脑转移瘤各18 Gy）SRS计划的模拟分析表明，0.7 mm的等中心偏移即可导致PTV覆盖剂量下降最高达7.4%（D98%从12.50 Gy降至11.58 Gy），同时危及器官（OAR）受量增加。多病灶计划中GTV的D100%剂量普遍下降0.3-0.9 Gy，PTV_2mm区域的D98%均低于18 Gy处方要求，表明计划可能因靶区覆盖不足而被临床拒绝。

讨论与结论

本研究通过大规模数据分析证实，当前TG-198协议推荐的等中心检测方法（4个主轴角度+2个对立准直器角）可能低估实际治疗弧中的RI变异性。特别是6 MV FFF模式表现出更高的不稳定性（0.66 mm），这与其无均整滤束设计导致的束流特性变化相关。研究发现的最大变异角度（非主轴角度）揭示了传统QA采样方法的局限性。

研究创新性地提出将Starshot测试（评估等中心变异性）与Winston-Lutz测试（评估等中心位置偏差）相结合的综合检测策略，建议在 commissioning 和年度QA中增加30°间隔的角度采样，以建立机器特定的基线特征。对于SRS/SABR治疗，应考虑将测得的平均RI变异（0.58-0.66 mm）与Winston-Lutz测试结果（通常<0.2 mm）叠加，形成更全面的等中心误差估计，这一联合误差可能超过1 mm的临床容忍阈值。

从临床实践角度，研究表明即使亚毫米级的等中心变异也可能导致SRS计划无法满足处方要求，特别是对采用0-1 mm PTV外放边界的精细SRS计划。这对治疗计划验收和QA频率制定提出了更高要求，建议根据机器特异性表现定制QA方案。

未来研究应探索开发集成RI变异性的预测模型并纳入TPS计算，发展基于EPID的实时等中心监测技术，以及评估多等中心SRS治疗中离轴束流的变异特性。该研究为高精度放疗的质量保证提供了新的方法论框架和临床实践指导，对推进立体定向放疗的精准实施具有重要意义。