基于EPID的透射和DLG校正方法在HyperArc单等中心多靶点放射外科剂量学验证中的评估

《Diagnostics》：Evaluation of EPID-Based Transmission and DLG Correction Methods for Dosimetric Verification in HyperArc Single-Isocenter Multiple Target Radiosurgery

　　

背景/目的：单等中心多靶点(SIMT)立体定向放射外科的精确验证因多病灶投照的复杂性和立体定向剂量梯度的敏感性而具有挑战性。研究人员旨在评估基于电子射野影像装置(EPID)的多叶准直器(MLC)透射率和剂量学叶片间隙(DLG)校正方法在改善SIMT立体定向放射外科(SRS)中射野剂量预测一致性方面的有效性，并探索性地提出基于靶点数量的机构行动水平。方法：本回顾性分析纳入112例连续接受HyperArc? SRS治疗的患者（1–13个靶点）。治疗计划采用Acuros XB算法，针对6 MV无均整模式(FFF)射束进行计算。比较了两套MLC参数用于射野剂量图像预测(PDIP)：(1) 使用电离室测量的标准参数；(2) EPID衍生的校正参数。射野剂量精度通过伽马指数分析进行评估，通过率阈值为95%。结果：未校正方法显示靶点数量与伽马通过率之间存在强负相关，复杂计划（≥9个靶点）通过率低至70%。基于EPID的校正显著改善了剂量一致性，无论靶点数量如何，均获得稳定的98%以上通过率。尽管未校正参数对于1–2个靶点的计划保持在耐受范围内，但从3个靶点开始，精度显著下降。结论：研究人员的发现表明，基于EPID的MLC透射率和DLG校正减轻了复杂SIMT SRS中的累积模型偏差。因此，研究人员提出探索性的机构观察阈值设为3个靶点，超过该阈值可考虑采用EPID校正以实现HyperArc立体定向放射外科中的最佳射野剂量预测一致性。

**论文解读：基于EPID的MLC透射与DLG校正对HyperArc单等中心多靶点放射外科剂量学验证的评估**

**研究背景与问题**
单等中心多靶点(SIMT)技术通过单个等中心同时照射多个颅内病灶，显著提高了多发脑转移瘤的治疗效率，缩短了投照时间，并降低了患者分次内移动的风险。HyperArc?平台进一步优化了非共面容积旋转调强放疗(VMAT)轨迹，实现了陡峭的剂量梯度和高适形性，同时通过自动化的机架与治疗床角度选择避免碰撞，提高了计划效率与安全性。然而，SIMT计划的剂量验证面临独特挑战：多病灶投照涉及高度调制的子野、陡峭的剂量梯度以及离轴靶区定位，即使微小的机械或剂量学偏差也可能导致靶区欠量或正常组织毒性。传统的剂量验证工具（如电离室、胶片、二维阵列）存在空间分辨率有限、操作耗时等局限。电子射野影像装置(EPID)因其无需额外模体、高分辨率（非晶硅传感器）而日益受到青睐，但在复杂SIMT条件下，基于中心轴电离室测量的多叶准直器(MLC)透射率和剂量学叶片间隙(DLG)参数无法准确反映离轴效应和能谱变化，导致射野剂量图像预测(PDIP)精度下降。Lalonde等已指出需要基于EPID进行能量依赖性校正，但其临床应用中的操作阈值尚未明确。因此，本研究旨在系统评估基于EPID的MLC透射与DLG校正方法对HyperArc SIMT SRS射野剂量预测一致性的影响，并探索性地提出基于靶点数量的机构观察水平。

**研究内容与结论**
研究人员对2022年11月至2025年7月期间于Yeungnam University Medical Center接受HyperArc SRS的112例连续患者（靶点数1–13个）进行回顾性分析。所有治疗计划采用Acuros XB算法（v15.6）计算，使用6 MV无均整模式(FFF)射束。比较了两套MLC参数：标准参数（FC65-G电离室在水中测量）和EPID衍生校正参数（AS1200 EPID在中心轴5 mm×5 mm区域平均读数）。通过创建重复光束模型，将校正参数仅应用于PDIP计算，而不改变患者剂量计算的主算法。射野剂量预测一致性采用伽马指数分析（3%/2 mm，95%通过率阈值）评估。结果表明，未校正方法下，靶点数量与伽马通过率呈强负相关（Spearman r_s = ?0.773，p = 0.005），复杂计划（≥9靶点）通过率低至70.8%；而EPID校正后，通过率稳定在98%以上（均值99.07%±1.25%），与靶点数量无显著相关（r_s = 0.118，p = 0.729）。对于1–2靶点的简单计划，未校正参数仍可满足95%阈值，但从3靶点开始通过率显著下降。因此，研究人员提出将3靶点作为探索性机构观察阈值，超过该阈值可考虑采用EPID校正以实现最佳预测一致性。该研究发表于《Diagnostics》。

**主要关键技术方法**
本研究采用回顾性队列设计，样本来源为Yeungnam University Medical Center（2022年11月至2025年7月）的112例HyperArc SRS患者。关键方法包括：使用AS1200 EPID和FC65-G电离室分别测量MLC透射率与DLG，通过线性回归计算DLG值（电离室：0.1210 mm，EPID：0.0500 mm；透射率分别为0.0078和0.0066）；在Eclipse治疗计划系统中创建重复光束模型，将EPID校正参数仅赋予PDIP计算属性，保持主算法不变；采用Varian Portal Dosimetry软件进行伽马指数分析，使用全局归一化、自动平移对齐（禁用旋转），并设置3%/2 mm标准及95%阈值。统计方法包括配对t检验、Wilcoxon符号秩检验、McNemar检验和Spearman秩相关分析。

**研究结果**

**3.1 透射率与DLG值**
通过电离室和EPID分别进行三次重复测量，得到MLC透射率分别为0.0078（电离室）和0.0066（EPID）；DLG值分别为0.1210 mm（电离室）和0.0500 mm（EPID）。线性回归显示两种探测器均具有极佳拟合度（R² = 0.9999）。

**3.2 射野剂量分布的定性比较**
以代表性九靶点SIMT计划为例，未校正方法的预测剂量图像（基于电离室参数）与EPID测量图像存在明显差异，剂量剖面分析显示预测值（红线）系统性高估测量值（蓝线）。应用EPID校正后，预测分布与测量分布高度一致，高估现象得到缓解。

**3.3 总体伽马分析性能**
在112个计划中，未校正方法平均伽马通过率为94.28%±7.03%，中位数97.00%，43个计划（38.4%）未达95%临床阈值。EPID校正后平均通过率提升至99.07%±1.25%，中位数99.60%，仅2个计划（1.8%）失败。配对t检验（t₁₁₁ = 6.84，p < 0.001）和Wilcoxon符号秩检验（W = 889.0，p < 0.001）均证实校正后通过率显著改善，McNemar检验显示计划失败比例显著降低（p < 0.001）。

**3.4 靶点数量与射野剂量预测精度的相关性**
未校正方法下，伽马通过率随靶点数量增加而急剧下降，呈强负相关（r_s = ?0.773，95% CI: ?0.949至?0.234，p = 0.005）。EPID校正后，通过率保持稳定且高于98%，与靶点数量无显著相关（r_s = 0.118，95% CI: ?0.520至0.672，p = 0.729）。对于1–2靶点计划，未校正参数仍可满足临床阈值，但从3靶点开始通过率显著下降，提示3靶点可作为描述性机构观察阈值。

**讨论与结论**
讨论部分指出，EPID校正方法有效补偿了MLC相关的剂量学不确定性，特别是在复杂SIMT计划中。电离室测量参数与EPID衍生参数之间的差异（DLG从0.1210 mm降至0.0500 mm，透射率从0.0078降至0.0066）源于电离室在中心轴水模体中的测量无法反映EPID对光子能谱的特定响应，以及离轴射野中叶片末端效应和能谱软化的影响。未校正计划中靶点数量与通过率的强负相关可归因于MLC叶片在关闭和滑动位置累积的透射误差，随靶点增加，监视器单位和控制点数量上升，叶片透射剂量贡献比例增大，导致系统性高估。研究提出3靶点作为描述性机构观察阈值，而非证据性行动水平，旨在平衡复杂病例的精确验证与简单病例的运营效率。局限性包括：仅针对6 MV FFF射束、单一平台（HD120 MLC）、未独立验证患者实际剂量、未系统评估混杂因素（如总监视器单位、靶区距等中心距离、靶区体积等）。

**结论**
本回顾性研究表明，基于EPID的MLC透射率和DLG校正显著改善了HyperArc SIMT SRS中的射野剂量预测一致性。虽然传统电离室参数对于1–2靶点的简单计划尚可接受，但从3靶点开始剂量预测一致性显著下降。纳入EPID特定参数校准有效减轻了累积离轴模型误差，无论计划复杂程度如何，均能获得一致的高伽马通过率。总体而言，研究人员提出3靶点阈值作为描述性机构观察，为优化多靶点SRS工作流程中的射野质量保证效率提供了实用参考。