《Radiation Measurements》：Bridging innovation and accuracy: TPS recalibration for pediatric craniospinal irradiation using a novel in-house head phantom benchmarked against the ATOM standard
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准确HU–RED校准对儿童颅颈放疗至关重要，本研究验证自制异质性儿童头颅模体与商用ATOM模体在剂量计算中的等效性。通过25例治疗计划重算和DVH比较，全局归一化下剂量分布一致性达96.9%-97.4%（γ值0.179-0.241），局部归一化差异局限且剂量误差小于0.012 Gy，支持临床互换性。
哈姆扎·塞卡特（Hamza Sekkat）|阿卜杜拉·哈卢基（Abdellah Khallouqi）|乌萨马·埃尔·穆登（Oussama El Mouden）|艾哈迈德·班南（Ahmed Bannan）|亚斯米娜·贝拉达（Yasmina Berrada）|阿卜杜拉·哈利米（Abdellah Halimi）|优素福·马德库里（Youssef Madkouri）|奥马尔·埃尔·拉祖阿尼（Omar El Rhazouani）
摩洛哥塞塔特（Settat）哈桑第一大学（Hassan First University）健康科学高等研究院生物医学与生物物理学实验室
摘要
精确的Hounsfield单位-相对电子密度（HU–RED）校准对于儿童颅脊放射治疗（CSI）至关重要。本文通过生成校准曲线并在RayStation中重新计算25个儿童CSI计划，将一个异质的、自制的儿童头部模型与ATOM标准进行了对比。通过剂量体积 histogram（DVH）终点和3D γ指数分析评估了临床影响，使用了2%/3毫米、3%/2毫米以及3%/3毫米的标准，并分别进行了全局和局部标准化处理。每次比较共有4,937,979个体素，其中1,182,776个体素（约24%）在剂量阈值达到5%后进行了评估。在全球标准化下，计划之间的一致性始终很高：通过率分别为96.9%（2毫米/3毫米）、96.0%（3毫米/2毫米）和97.4%（3毫米/3毫米），平均γ值在0.179–0.241之间，中位数≤0.074，表明空间剂量沉积几乎等同。在局部标准化下，通过率分别为88.2%、90.6%和91.1%，显示出由梯度和低剂量加权评估引起的有限且空间局限的差异，绝对剂量差异很小（平均约0.012 Gy）。在63个结构-度量比较中，一致性指标（r、R2、斜率、截距、RMSE）在四舍五入后与单位/零无显著差异：平均r = 0.9995（中位数0.99997），斜率约为1.000，截距约为0 Gy，中位数RMSE为0.0297 Gy，除了在极低密度区域的轻微分离外，DVH图基本重合。总体而言，这些数据支持这两种校准曲线在CSI计划中的临床互换性，同时建议针对局部γ值突出的差异进行有针对性的审查。因此，可以采用这种经济实惠且解剖结构异质的模型，而不会影响计划质量，前提是常规的质量保证（QA）能够确认在陡峭梯度和周边剂量区域的稳定性。
引言
儿童脑肿瘤是儿童中最常见的实体恶性肿瘤，仍然是该人群中癌症相关死亡的主要原因（Gajjar等人，2014年；Kieran等人，2010年；Ostrom等人，2018年）。尽管外科手术、化疗和放疗的进步显著提高了生存率，但长期治疗后果，特别是神经认知缺陷、内分泌功能障碍和继发性恶性肿瘤，仍然是一个主要问题（Armstrong等人，2009年；Mulhern和Palmer，2003年）。由于发育中的中枢神经系统对辐射非常敏感，因此在儿童放疗中精确的剂量计算和输送至关重要。即使计划剂量与实际输送剂量之间的微小偏差也可能产生持久的临床后果，尤其是对于位于目标体积附近的关键结构（Mueller和Chang，2009年）。
在现代光子治疗中，治疗计划系统（TPS）依赖于Hounsfield单位（HU–RED）校准曲线来准确模拟组织异质性并计算剂量分布。这种校准通常使用在临床成像协议下扫描的组织等效模型来进行。这一过程的准确性在很大程度上取决于模型对患者解剖结构、组织成分和密度分布的复制程度（Nhila等人，2022年）。虽然标准校准模型（如CIRS ATOM?系列）已被广泛用于质量保证（QA）和研究目的，但它们的设计虽然解剖学上很现实，可能无法完全捕捉儿童颅骨解剖中的细微异质性和材料组成。特别是，市售模型通常使用简化的或均匀的组织替代物，这些替代物不能充分代表与年龄相关的颅骨厚度、骨矿物质密度和软组织成分的变化，所有这些都会影响成像特性和剂量计算的准确性（Lee等人，2010年）。
成人和儿童头部解剖结构之间存在显著差异，儿童的颅骨较薄，脑与颅骨的体积比更高，骨骼和软组织的元素组成也不同（Zhang等人，2014年）。这些变化影响衰减和散射特性，从而直接影响TPS中的剂量计算。多项研究表明，忽略儿童组织异质性的准确建模可能会在骨骼-空气或骨骼-软组织边界等界面附近引入高达5–10%的剂量误差（Herman等人，2010年；Seco等人，2009年）。在强度调制放疗（IMRT）和体积调制弧形治疗（VMAT）的背景下，这种差异尤为关键，因为小的计划误差可能在高度适形的剂量分布中被放大（Feygelman等人，2011年；Zhu和Fu，2015年）。
为了解决这些限制，研究工作越来越多地集中在开发更准确反映儿童解剖结构和组织组成的患者特定或年龄特定的模型上。在这方面，我们开发了一个异质的儿童头部模型，该模型由离散的骨骼、大脑、脑脊液、眼睛和空气等效的环氧树脂制成，其Hounsfield单位（HU）与我们之前的研究结果相匹配（Sekkat等人，2025年），为提高TPS校准准确性提供了一个有前景的替代方案。
将这种异质模型与ATOM标准进行对比在临床上具有两个关键意义。首先，它允许量化校准过程中的任何剂量学优势，从而直接指导调试和质量保证（QA）工作流程。其次，它为在无法获得商用儿童模型的中心采用经济实惠且解剖结构异质的模型提供了基于证据的依据。
本研究旨在评估这种新制作的异质儿童头部模型（Sekkat等人，2025年）与标准ATOM儿童头部模型在TPS HU–RED校准中的性能，用于儿童脑肿瘤放疗。我们通过在常见的TPS上重新规划25个儿童脑肿瘤病例并比较剂量-体积直方图（DVHs）、目标覆盖指标和器官风险（OAR）保护情况来评估校准差异的临床影响。通过整合模型测量数据、成像数据和临床计划分析，本研究旨在确定经济实惠的异质儿童模型是否可以提高剂量计算准确性，从而有助于更安全、更有效的治疗儿童神经肿瘤学。
部分摘录
ATOM儿童模型作为参考
本研究使用ATOM儿童头部模型（5岁，CIRS，美国弗吉尼亚州诺福克）作为参考模型。这种商用剂量学模型旨在复制10岁儿童的解剖结构和X射线衰减特性。它由组织等效的环氧树脂制成，每种树脂都经过配制，以在诊断和治疗X射线能量范围内将密度和质量衰减系数再现到1–3%的范围内。
我们自制的异质儿童头部模型
我们自主研发了一个异质儿童头部模型，以复制儿童患者主要颅骨组织的放射学特性。该模型使用市售的环氧树脂（PX8340，Sokadep，摩洛哥）制成，树脂和硬化剂的混合比例为2:1，基础密度为1.20 g/cm3。为了确保材料均匀性，使用CT21052LH Crown Professional机械搅拌器以1400 rpm的速度搅拌4分钟，然后浇铸成型。
HU-RED校准程序
本研究在摩洛哥塞塔特国际诊所的放射治疗部门进行，使用Elekta Versa HD直线加速器（Elekta AB，瑞典斯德哥尔摩）进行治疗。CT成像用于模型校准和模拟，使用的是Discovery CT750 HD扫描仪（GE Healthcare，美国），管电压为120 kVp，管电流为250 mA，层厚为1.25 mm，旋转时间为0.75 s，准直器尺寸为64 × 0.625 mm。
治疗计划和比较剂量学评估
临床队列包括25名接受颅脊放射治疗（CSI）的儿童患者，治疗原因是原发性脑肿瘤。肿瘤组织类型如表4所示，包括髓母细胞瘤（n = 17）、伴有软脑膜播散的室管膜瘤（n = 5）以及其他需要CSI的胚胎性或高级中枢神经系统肿瘤（n = 3）。患者的年龄范围从5岁到13岁不等，分为三个年龄组：幼儿期（5–7岁，n = 8）、中期
结果与讨论
定量HU均匀性分析显示所有组织等效插入物和环氧树脂背景的衰减特性一致（表5）。颅骨替代物的平均HU值为723，标准差为18 HU，相对变化为2.5%，而ROI的最大空间偏差为34 HU。软组织替代物的变异性更低，脑实质和脑脊液的相对标准差分别为4.9%、4.4%和4.0%
结论
本研究证明了专门设计用于复制儿童颅骨关键组织放射学特性的经济实惠且异质的儿童头部模型的可行性，适用于基于CT的剂量学验证。该模型的放射学性能与商用ATOM模型相当，并在临床相关条件下保持稳定表现。应承认几个限制因素。首先，临床验证
CRediT作者贡献声明
哈姆扎·塞卡特（Hamza Sekkat）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，资源准备，方法学研究，数据分析，概念构思。优素福·马德库里（Youssef Madkouri）：可视化处理，软件应用。奥马尔·埃尔·拉祖阿尼（Omar El Rhazouani）：监督指导，资源协调，项目管理。阿卜杜拉·哈利米（Abdellah Halimi）：可视化处理，验证工作，监督指导。艾哈迈德·班南（Ahmed Bannan）：可视化处理，验证工作，资源协调。亚斯米娜·贝拉达（Yasmina Berrada）：可视化处理，验证工作，方法学研究。阿卜杜拉·哈卢基（Abdellah Khallouqi）：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究，数据分析。
利益冲突
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
伦理批准
本研究不涉及需要研究伦理委员会批准的活动，因为它使用了匿名回顾性数据，因此不需要伦理委员会的批准。
资金支持
我们感谢哈桑第一大学（Grant #FP202006）的财政支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本项工作得到了国家科学技术研究中心（CNRST）作为“PhD-ASsociate Scholarship – PASS”计划的一部分的支持。作者对此项宝贵的支持表示感谢，这极大地促进了研究的完成。
