放疗用什么胶片提高放射外科的剂量测量精度：通过针对患者的质量保证（QA）方法，利用点剂量（Point Dose）、PDIP和OCTAVIUS 4D SRS技术，对比HyperArc与VMAT的性能

　　本研究探讨了HyperArc与传统VMAT立体定向放射外科（SRS）计划在多个脑转移瘤治疗中的剂量学准确性。通过严格的质控（QA）指标，对60个HyperArc和60个VMAT单等中心计划进行了比较分析。研究采用离子室点剂量测量、基于电子 portal 成像设备（EPID）的平面门剂量验证（PDIP）以及三维剂量验证（使用PTW Octavius 4D phantom）等方法，评估了两种技术在不同剂量差异和伽马通过率（3% / 1mm、2% / 2mm和2% / 1mm）下的表现。结果显示，两种技术均满足QA标准，且计划剂量与实际交付剂量之间高度一致。离子室测量表明，两种方法的剂量偏差均在4%左右，且无显著差异。EPID伽马分析在3% / 1mm和2% / 2mm标准下，HyperArc和VMAT的中位通过率均达到99–100%。即使在严格的2% / 1mm标准下，所有计划的伽马通过率仍超过95%。HyperArc在最严格的标准下表现出更小的剂量偏差和略高的伽马一致性，尽管差异微小且不具统计学意义，但效应大小分析揭示了HyperArc在更严格条件下具有持续的优势。在三维phantom QA（PTW Octavius 4D）中，HyperArc在3% / 1mm和2% / 1mm标准下的伽马通过率显著高于VMAT（p < 0.05）。值得注意的是，一个VMAT计划在2% / 1mm标准下的伽马通过率接近失败阈值（约90%）。此外，HyperArc计划在平面和phantom测量中均显示出更小的绝对剂量误差。尽管HyperArc和标准VMAT SRS均实现了高剂量学准确性，但在最严格的QA评估下，HyperArc提供了更一致的剂量一致性，显示出在复杂多靶点SRS交付中的微小剂量学优势。 立体定向放射外科（SRS）在多发性脑转移瘤治疗中的应用，近年来逐渐转向单等中心多靶点（SIMT）技术，相较于分别使用不同等中心治疗每个病灶的方法，SIMT技术提高了治疗效率。Varian的HyperArc?是一款专门用于SIMT规划的解决方案，它基于体积调制弧治疗（VMAT）技术，通过多个非共面弧来治疗多个颅内病灶，所有病灶可在单次治疗中完成。这种方法简化了治疗过程，避免了多等中心技术所需的长时间设置，同时实现了对每个病灶的高度适形剂量分布。在一项比较研究中，单等中心HyperArc计划相较于传统多等中心VMAT计划，显示出显著改善的适形性和剂量衰减（梯度指数）（Ohira et al., 2018; Pokhrel et al., 2021）。HyperArc的这些剂量学优势使其在多病灶SRS中具有重要的临床吸引力，尤其对于接受单等中心SRS治疗且具有超过四个脑转移瘤的患者，已有研究表明其在局部控制和神经认知功能保护方面表现优异（Johnson et al., 2023; Raza et al., 2022; ?enkesen et al., 2025）。然而，HyperArc计划的复杂性和小野剂量的交付特性，使得其需要更严格的患者特异性QA来确保计划剂量的准确交付（Cavalli et al., 2024; Li et al., 2023; Timakova and Zavgorodni, 2024）。 为了确保复杂SRS计划的剂量准确性，各种患者特异性QA策略已被广泛应用，每种方法都有其自身的优缺点（Yao and Chuan, 2024）。离子室仍然是点剂量验证的黄金标准，它在测量单点剂量时具有高精度，但只能提供单一位置的数据（Yao and Chuan, 2024; Zirone et al., 2022）。传统上，放射外科计划的验证依赖于放射染色胶片（如EBT3/EBT-XD）在phantom中的放置，这种方法能够提供高空间分辨率的二维（2D）剂量图（Kamst and Desai, 2022）。然而，胶片的校准和分析过程较为繁琐，且结果可能受到操作者主观因素的影响（如胶片扫描和解释的差异）（Xu et al., 2023）。因此，为了提高QA效率，检测器阵列逐渐受到青睐，例如传统的ArcCHECK（Sun Nuclear）检测器阵列，其圆柱形几何结构适用于复合剂量测量，但受限于检测器间距（约5–10mm），可能无法完全捕捉SRS中陡峭的剂量梯度（Dunn et al., 2024; James et al., 2023; Yao and Chuan, 2024）。近年来，专门为SRS QA设计的高分辨率检测器阵列，如Sun Nuclear的SRS MapCHECK（检测器间距为2.47mm，覆盖约7.7cm的场区）和PTW的Octavius 1600 SRS阵列（中心6.5cm区域检测器间距为2.5mm）被引入（Decabooter et al., 2021; Dunn et al., 2024）。这些设备显著提高了空间采样能力，使其适用于非常小的靶区和复杂的调制场，而早期的QA系统可能无法检测到这些细节（Rose et al., 2020）。 Rose et al.（2020）在一项多中心研究中展示了高密度SRS检测器阵列在不同中心之间可重复替代胶片进行小野剂量测量的能力（Rose et al., 2020）。同样，Popple et al.（2021）评估了SRS MapCHECK在VMAT SRS计划QA中的表现，包括HyperArc案例，并发现其与放射染色胶片之间存在良好的一致性。在他们的研究中，88%的测量（79/90）在严格的3% / 1mm标准下，检测器阵列和胶片的伽马通过率一致（Popple et al., 2021）。检测器阵列测量的剂量与胶片测量的平均差异仅为约1.2%，这表明现代检测器阵列能够实现与胶片相当的精度，用于患者特异性QA（Popple et al., 2021）。 除了检测器阵列，电子门剂量成像设备（EPID）在现代直线加速器中也广泛用于QA。EPID基于软件如Varian的Portal Dosimetry with Portal Dose Image Prediction（PDIP），能够实现高固有分辨率（约0.4mm像素）和电子便捷性（治疗计划交付至EPID后，测量的二维剂量分布可自动与治疗计划系统（TPS）预测的剂量平面进行比较）（Dunn et al., 2024; Nicol et al., 2013）。这种方法能够快速识别明显错误，并且通常对调制差异较为敏感。Kamst and Desai（2022）最近评估了EPID门剂量测量在HyperArc QA中的适用性，并将其与胶片测量进行了比较。他们发现，在相对较大的转移瘤且靠近等中心的情况下，EPID QA的伽马通过率较高（在2% / 2mm标准下≥96%，与胶片相当）（Kamst and Desai, 2022）。然而，对于小病灶和远离等中心的病灶，EPID的几何精度有所下降，可能导致部分计划与实际剂量之间的差异未被检测到（Kamst and Desai, 2022）。相比之下，放射染色胶片可以直接验证phantom中肿瘤位置的剂量，能够捕捉到EPID可能忽略的约1.5%的剂量差异（Kamst and Desai, 2022; van Elmpt et al., 2008）。这突显了一个关键问题：多靶点SRS计划对QA系统的极限提出了挑战，单一的QA方法可能无法全面验证所有靶点的剂量准确性。因此，需要结合多种工具以确保对所有目标的剂量验证。 三维剂量验证系统是复杂SRS QA的另一项重要进展。PTW的Octavius 4D QA系统采用模块化圆柱形phantom，内置检测器阵列（如1600 SRS），能够重建体积剂量测量（Decabooter et al., 2021; McGarry et al., 2013; Stelljes et al., 2015）。McCulloch et al.（2020）探索了Octavius 4D在单等中心多病灶SRS计划患者特异性QA中的应用，并报告其作为验证复杂VMAT交付的一种实用解决方案（McCulloch et al., 2020）。早期的验证工作显示，Octavius 1000 SRS阵列在小野剂量测量中与胶片测量结果高度一致（Markovic et al., 2019），这为Octavius 1600 SRS检测器的新一代准确性提供了支持（Decabooter et al., 2021）。三维剂量验证系统能够捕捉高分辨率的剂量分布，使得在单次设置中对所有靶点进行QA成为可能，从而有可能检测到单平面测量中可能被平均或忽略的个体病灶剂量误差（Visser et al., 2013）。这种全面的验证对于HyperArc计划尤为重要，因为其包含多个微小束流在不同离轴点交汇（Popple et al., 2021; Xu et al., 2023）。如果某个靶点未能准确接收计划剂量，或者存在未检测到的机器偏差（如MLC校准错误影响某些野），三维QA系统更有可能发现这些问题（Dunn et al., 2024; James et al., 2023）。 鉴于上述技术的发展，本研究旨在全面比较HyperArc与传统VMAT SRS计划的患者特异性QA结果，采用三种互补的QA模式。我们希望识别HyperArc与非HyperArc SRS技术在可交付性和剂量学准确性方面是否存在差异。研究的动机在于，HyperArc的自动化和非共面束流几何结构可能引入与手动规划的VMAT SRS不同的剂量学特征，这些特征可以通过QA检测出来。本研究的结果将有助于建立下一代SRS技术如HyperArc的最佳实践QA方法，指导物理学家在多靶点放射外科计划中选择合适的验证方法和标准。 在患者选择和治疗计划方面，本研究分析了来自60名多发性脑转移瘤患者的120个颅内SRS治疗计划。所有患者均接受了HyperArc计划治疗，这些计划是在Eclipse（版本16，Varian Medical Systems）中生成的。为了比较，我们为同一组患者回顾性创建了相应的VMAT计划，使用相同的影像和轮廓数据。所有案例均涉及多发性脑转移瘤，每个计划治疗的病灶数量在2到多个之间。这种设计确保了比较的公平性，因为所有计划均基于相同的患者数据和治疗目标，从而能够准确评估HyperArc与VMAT在多靶点SRS中的表现。 在结果部分，HyperArc计划在所有患者特异性QA指标上均表现出等于或优于传统VMAT计划的性能。以下子部分详细介绍了每种QA模式下的比较结果，包括汇总统计数据（均值±标准差或中位数[IQR]）和显著性测试，以说明HyperArc与VMAT计划在计划剂量与实际交付剂量之间的剂量学一致性。通过这些数据，我们能够更深入地理解两种技术在实际应用中的表现，以及它们在复杂多靶点SRS治疗中的可靠性。 在讨论部分，HyperArc计划在所有患者特异性QA指标上均表现出与传统VMAT相当或更优的性能。离子室点剂量验证显示，两种技术的剂量差异几乎相同（约为4%在每个案例中，p ~ 0.76），表明两种技术在实际交付剂量上均无系统性偏差，且其输出校准均可靠。同样，门剂量测量（PDIP）结果显示，HyperArc和VMAT的伽马通过率均接近完美。例如，在3% / 1mm标准下，HyperArc的中位伽马通过率约为99.9%，而VMAT的中位伽马通过率也接近这一水平。尽管两者在大多数情况下表现相似，但HyperArc在更严格的标准下显示出更一致的剂量一致性，这可能与其非共面束流几何结构和自动化规划能力有关。此外，在Octavius 4D phantom的三维剂量验证中，HyperArc在3% / 1mm和2% / 1mm标准下的伽马通过率显著高于VMAT（p < 0.05）。这一结果进一步支持了HyperArc在复杂多靶点SRS中的剂量学优势。值得注意的是，一个VMAT计划在2% / 1mm标准下的伽马通过率接近失败阈值（约90%），这可能反映了其在某些情况下对剂量误差的敏感性较低。相比之下，HyperArc计划在三维剂量验证中表现出更高的稳定性，能够更可靠地检测到潜在的剂量偏差。 此外，HyperArc计划在平面和phantom测量中均显示出更小的绝对剂量误差。这一优势可能源于其更精确的束流设计和更优化的剂量分布，从而在小野和复杂调制场中减少剂量偏差。对于多靶点SRS治疗而言，这种更小的误差尤为重要，因为多个靶点的剂量误差可能会相互叠加，影响整体治疗效果。因此，HyperArc在三维剂量验证中的表现不仅体现了其在单个靶点上的准确性，还反映了其在多靶点治疗中的整体可靠性。 综上所述，本研究的结果表明，HyperArc和传统VMAT SRS计划均实现了高剂量学精度，满足所有患者特异性QA接受标准。尽管两者在大多数情况下表现相似，但HyperArc在更严格的标准下显示出更一致的剂量一致性。这种优势可能与其非共面束流几何结构和自动化规划能力有关，使其在复杂多靶点SRS治疗中更加可靠。因此，对于采用HyperArc技术的多靶点SRS计划，建议使用三维剂量验证系统进行更全面的QA，以确保所有靶点的剂量准确性。同时，结合其他QA方法如EPID和检测器阵列，可以进一步提高验证的全面性和准确性。这些发现不仅有助于优化当前的QA流程，还为未来多靶点SRS技术的发展提供了重要的参考依据。