Elekta SRS 锥形准直器在 6MV 和 6MVFFF 射线下的数据传输及模型验证

《Medical Dosimetry》：Beam data and model validation for Elekta SRS cone collimator in 6MV and 6MVFFF beams

　　

摘要

本研究旨在评估Elekta立体定向放疗（SRS）圆锥准直器在6MV和6MV无平坦滤波器（6MVFFF）模式下的beam数据，并探讨在不同直线加速器（linacs）之间共享beam模型的可行性。使用IBA SFD和PTW microDiamond探测器测量了固定（当前临床实践）和可变（先前临床实践）颌部配置下的百分比深度剂量（PDD）、beam轮廓和输出因子。基于Monaco X射线体素化蒙特卡洛（XVMC）技术开发了一个SRS模型，并通过SNC SRS MapCHECK和StereoPHAN^TM进行了验证。该模型在另一台直线加速器上也进行了进一步测试。结果显示，较小圆锥的D_max和D_max之后的PDD较低，而较大圆锥的半影区域较宽。与6MVFFF相比，6MV模式的场内非轴比（OARs）高5%，场外OARs高15%。6MVFFF模式的输出因子比6MV模式高出最多5.83%（使用7.5毫米圆锥时）。固定颌部配置下的场外OARs和输出因子分别比可变颌部配置高出15%和0.57%。IBA SFD和microDiamond探测器的测量结果在PDD和beam轮廓上表现出极好的一致性，输出因子之间的差异小于2.33%。在验证过程中，Monaco XVMC模型的伽马通过率大于99.10%（2%/2毫米），且中心轴点的剂量差异小于3.0%。使用共享beam模型时，两台加速器的测量结果差异很小。固定颌部设置会增加小于35毫米圆锥的场外散射和输出因子。本研究提供的6MV和6MVFFF模式的全面beam数据为临床实践中的调试和质量保证（QA）提供了宝贵的参考。当根据TRS-483标准进行适当校正时，IBA SFD和microDiamond探测器适用于SRS圆锥beam数据的收集和QA。

引言

立体定向放疗（SRS）和立体定向体部放疗（SBRT）是先进的放疗技术，能够向小目标体积输送高剂量同时保护周围健康组织。这些技术需要极高的剂量精度和一致性。直线加速器（linacs）可以使用多叶准直器（MLCs）或圆锥准直器（cone collimators）进行SRS和SBRT。与基于MLC的SRS或SBRT相比，圆锥准直器由于具有更锐利的半影、更低的传输损耗和更好的机械稳定性而表现出更优越的性能。

准确的治疗计划系统（TPS）建模对于实现预期的临床结果至关重要，必须考虑两个关键方面：用于beam建模的beam数据的准确性以及TPS中剂量计算算法的准确性。

为了进行beam建模，需要准确测量每个圆锥的百分比深度剂量（PDD）、多深度的剂量轮廓和输出因子。Elekta SRS圆锥的直径范围为7.5至50毫米。传统的剂量测定协议（例如AAPM TG-51¹和IAEA TRS-398²）不适用于这些圆锥所形成的小范围场，因为这些协议无法充分考虑侧向带电粒子的平衡问题、主要光子源的部分遮挡，以及当探测器尺寸与场尺寸相当时的体积平均效应。此外，探测器的工程设计和材料也会显著影响剂量测量结果。例如，二极管和钻石探测器在小范围内往往会过度响应，因为它们的高密度材料中沉积的剂量大于水中沉积的剂量；而充满空气的电离室则会由于空气腔的存在而响应不足，从而进一步减少侧向剂量积累。尽管有多种商用探测器可用于小范围剂量测定，但没有一种探测器能同时满足所有SRS剂量测定的要求。因此，建议使用多种探测器来弥补各自的局限性，以确保立体定向数据的可靠性。

多项研究探讨了Elekta SRS圆锥形成的小范围的剂量测定准确性。Shukaili等人⁶使用立体定向场二极管（SFD；IBA Dosimetry，德国Schwarzenbruck）、Gafchromic^? EBT3胶片（Ashland，Wilmington，DE）和新型硅二极管阵列（DUO；澳大利亚Wollongong大学医学放射物理中心）评估了由全套Elekta圆锥形成的6MV光子的剂量测定准确性。Schofield等人⁷使用IBA SFD、PTW microDiamond（PTW 60019，德国Freiburg）和EBT3胶片获得了直径从5到39毫米的SRS圆锥的beam数据，用于开发beam模型。无平坦滤波器（FFF）模式因其更高的剂量率和更低的散射剂量而越来越受到SRS或SBRT的青睐。Borzov等人⁸仅提供了部分圆锥（标称直径：5、7.5、10、12.5和15毫米）的6MVFFF模式beam数据，此时MLC和Y-jaw的场尺寸固定为3×3厘米²。然而，Elekta最近更新了SRS圆锥的临床配置：现在所有SRS圆锥都使用固定的MLC和Y-jaw位置（6×6厘米²）。迄今为止，尚无研究系统地报告在这种新临床配置下使用完整套Elekta SRS圆锥进行6MVFFF模式beam数据建模所需的信息。

第二个关键方面是TPS中剂量计算算法的准确性。Elekta在其Monaco TPS中提供了X射线体素化蒙特卡洛（XVMC）算法，适用于基于MLC和圆锥的SRS/SBRT治疗计划。XVMC由Fippel开发⁹，是一种快速的光子束蒙特卡洛算法，包括源模型、beam准直系统建模和患者剂量计算。多项研究^{10, 11, 12, 13}已经验证了XVMC在iPlan TPS中用于基于MLC的SRS/SBRT的适用性。据我们所知，尚未有研究在使用配备Agility治疗头的Elekta直线加速器上，验证Monaco XVMC算法对Elekta SRS圆锥的SRS治疗的剂量计算效果。

此外，Accelerated Go Live（AGL）是Elekta提出的一种高效安装和调试流程，旨在比传统调试方法更快地使直线加速器投入运行状态。该流程提供了一组高质量、可靠的参考beam数据。调试后，光子束的质量变化不超过0.4%，1D伽马通过率在1毫米以内时超过95%，PDD的通过率在1%以内，beam轮廓的通过率在2毫米以内时超过95%。先前的一项研究¹⁴表明，使用AGL流程调试的直线加速器可以共享相同的beam模型。然而，目前尚无文献说明在通过AGL流程调试的两台直线加速器上，Monaco TPS中用于SRS圆锥的同一beam模型是否也得到了验证。

本研究旨在系统地呈现由Elekta Axesse直线加速器（Elekta AB，瑞典斯德哥尔摩）和一套直径从7.5到50毫米的SRS圆锥生成的6MV和6MVFFF模式的beam数据，这些数据由两种商用探测器（PTW microDiamond和IBA SFD）测量。此外，还将比较两台匹配beam的直线加速器的验证结果，以探讨是否可以在这些加速器之间共享相同的SRS beam模型。

章节片段

直线加速器和探测器

2021年末至2022年中期间，我们的机构安装了两台Elekta Axesse直线加速器（Elekta AB）。这两台加速器都配备了Agility治疗头。这些加速器的验收测试严格遵循了Elekta AGL标准流程¹⁴，确保了它们的机械性能和beam特性高度匹配。在10厘米深度（D10cm）处，6MV和6MVFFF模式的PDD最大偏差均低于0.15%。此外，

百分比深度剂量

图2显示了6MV和6MVFFF模式beam之间的PDD差异。尽管差异不大，但这些差异是可见的。对于较大范围（>30毫米）的场，6MVFFF模式的PDD略高于6MV模式。相反，对于较小范围（7.5毫米）的场，6MV模式的PDD略高于6MVFFF模式。如图3所示，不同的颌部设置（固定颌部与可变颌部）对PDD的影响很小，无论场大小如何。图4展示了

讨论

在本研究中，我们提供了详细的beam数据，包括PDD、beam轮廓和输出因子，这些数据对于建立Elekta SRS圆锥的beam模型至关重要。随着圆锥尺寸的减小，D_max和D_max之后的PDD也减小，这可能是由于小范围内散射减少所致。这一趋势在6MV和6MVFFF模式中都是一致的。相反，随着圆锥尺寸的增大，半影宽度增加，这是由于大范围内散射增加所致。

OARs的显著差异

结论

当前临床实践中采用的固定颌部设置会增加每个圆锥在场外的输出因子和OARs。因此，之前使用可变颌部设置获得的6MV模式的关键数据点无法作为基准。本研究提供了6MV和6MVFFF模式的全面beam数据，为临床实践中的调试和质量保证（QA）提供了宝贵的参考。PTW microDiamond和IBA SFD探测器均适用于beam数据采集

作者贡献

所有作者都对本文的工作和开发做出了重要贡献。所有作者均同意本文的内容。张凯（Ke Zhang）和田原元（Yuan Tian）负责设计和实验、数据分析以及手稿撰写。王华林（Hualin Wang）、沈一林（Yilin Shen）、李明辉（Minghui Li）、姜天宇（Tianyu Jiang）、梁艳（Yan Liang）、李梦阳（Mengyang Li）、李桂元（Guiyuan Li）和丁嘉琳（Jialin Ding）参与了测量、科学讨论和手稿撰写。陈新媛（Xinyuan Chen）和徐寿平（Shouping Xu）参与了科学讨论并提供了协助

资助

国家高级医院临床研究资助（CICAMS-80102022203）中华医学会和国家高级医院临床研究资助的合作基金（CFA202502022）。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者感谢Elekta的应用工程师李辉（Hui Li）在实验数据采集方面提供的技术支持。

张凯|王华林|沈琳毅|李明辉|姜天宇|梁艳|李梦阳|李桂元|丁嘉琳|陈新媛|徐寿平|戴建荣|田原元