《Frontiers in Oncology》 2024 年6月12日在线发表美国Georgetown University Hospital的Ying Niu , Abdul Rashid, Jui-Min Lee ,等撰写的《ZAP-X与射波刀治疗脑转移瘤的计划质量和递送效率比较分析。Comparative analysis of plan quality and delivery efficiency: ZAP-X vs. CyberKnife for brain metastases treatment》（doi: 10.3389/fonc.2024.1333642.）。
目的:
最近出现了一种新型专用放射外科(SRS)系统ZAP-X，而在过去的二十年中，射波刀已经巩固了其作为SRS和立体定向体部放射治疗的通用解决方案的地位。本研究旨在比较ZAP-X和射波刀采用圆形准直治疗不同大小靶区脑转移瘤的剂量学性能和递送效率。
脑转移瘤是脑部最常见的癌症病变，在癌症患者中的发病率估计为20-40%。放疗是转移性脑肿瘤的一种可行的治疗选择，无论是作为主要解决方案还是与全身化疗联合使用。从历史上看，全脑放疗(WBRT)是手术或非手术患者的标准方法。然而，由于对毒性的担忧，WBRT现在通常被推迟。作为一种能最大限度地减少对周围健康组织损害的焦点技术，立体定向放射外科(SRS)已成为脑转移瘤患者的首选治疗选择。许多研究都强调了使用SRS或将SRS加上WBRT治疗脑转移瘤言的优势，如改善局部控制、相当的生存率和减少认知恶化。因此，接受SRS治疗的患者比例稳步上升。
SRS治疗的优势源于其计划的剂量学特征，特别是陡峭的剂量梯度和高剂量适形性，这使得剂量强化超出了常规治疗的能力。SRS作为一种治疗方案，通过各种辐射方式提供，包括基于钴-60的系统，如伽玛刀，以及配备特殊直线加速器(Linacs)的系统，如Varian Edge (Varian, Palo Alto, CA, USA) ， Brainlab Novalis (Brainlab, Munich, Germany) ， CyberKnife (Accuray Inc.)。Sunnyvale, California)和最近开发的ZAP- X(ZAP Surgical, San Carlos, CA)。
射波刀是一种机器人放射外科手术系统，于20世纪90年代末投入商业应用。其突出的优势在于能够轻松地提供非共面辐射场和实时肿瘤跟踪。射波刀最初用于治疗颅内病变，现已扩展到治疗全身病变，使全球数千名患者受益。该系统的特点是一个紧凑的6 MV X波段直线加速器和一个配备六个关节的多功能机械臂，允许辐射源的旋转和平移运动。辐射源遵循连接虚拟球面上的多个射束入口位置(即节点)的预定路径。这种独特的结构允许分布在超过2π立体角上的节点的辐射交叉射击。此外，辐射射束可以从每个节点精确地定向到非等中心方向。射波刀具有65至80厘米的源轴距(SAD)，剂量率高达每分钟1000跳数(MU/min)。它提供了一个选择的固定圆锥和可变圆准直器(即IRIS™)，具有12种不同的准直直径从5到60毫米。IRIS准直器由两组6个钨片组成，每个钨片形成一个六边形孔径，产生一个近似圆形的12边场形状。值得注意的是，该系统最近增加了多叶准直器(MLC)技术。该系统的成像引导促进了无框颅内治疗，该系统采用了一对正交的房间安装的kV发生器和面板。该成像指南提供了重建患者颅骨的3D坐标，用于精确的初始设置和治疗交付期间的实时跟踪。为了提高精度，在模拟阶段准备了定制的网状面罩，随后用于治疗。在治疗开始之前，通过机器人治疗床的控制运动来纠正初始设置中的任何偏差。在整个治疗过程中，患者的实时运动由机械臂的运动补偿。
ZAP-X是几年前在市场上出现的一个尖端平台。与其他需要屏蔽辐射拱顶的SRS系统不同，ZAP-X的突出特点是其独立、自屏蔽的设计。其主要重点是在不影响多功能性的情况下精确治疗颅内病变。ZAP-X集成了一个2.7 mv s波段直线加速器，安装在具有独立双旋转轴的陀螺仪式龙门上，以独特的公共等中心为中心。值得注意的是，它通过在虚拟球面上移动辐射源提供非共面辐射射束，覆盖大约2π立体角的立体度。此外，ZAP-X具有紧凑的45厘米SAD和高达1500 MU/min的剂量率。它提供了八种不同直径的圆准直，范围从4到25毫米。该准直器的尺寸可通过一种新型钨轮准直器在治疗过程中自动改变。
在成像引导方面，ZAP-X采用了一个安装在龙门架上的kV成像系统，允许从指定角度捕获图像，以实现精确的初始头骨对齐。该系统还有助于在预定的间隔内进行连续图像采集，确保在治疗过程中无缝旋转龙门。通过将捕获的图像与实时生成的数字重建x线照片(DRRs)对齐来计算头骨偏移量。基于这些计算的偏移量，使用配备平移运动功能的患者躺椅精确地校正患者头部的等中心位置。与射波刀一致，ZAP-X还利用定制的网状面罩来支持患者固定。
ZAP-X和射波刀都采用紧凑的直线设计，并提供非共面辐射输送，在立体角方面具有大范围的射束几何形状，这对于实现理想的颅内SRS优化计划至关重要。然而，这两种制度之间存在显著差异。ZAP-X采用了具有治疗床运动的等中心技术，允许在一次治疗中提供多个等中心。相比之下，CykerKnife在治疗过程中不需要移动治疗床就能提供非等心射束。这两种系统都采用圆形准直，为小体积和中等体积的病变提供类似的准直尺寸。然而，射波刀提供更大尺寸的准直器，以适应大体积的病变。值得一提的是，ZAP-X具有较短的SAD和较低的射束能量，表现出更接近伽玛刀的特性。Georg等利用各种探测器对ZAP-X的外周剂量衰减进行了研究，结果表明ZAP-X的射束特性更像伽玛刀。ZAP-X和射波刀之间的机器特性差异可能会影响它们的计划参数，这促使进一步研究这两种模式之间的剂量学比较。Romanelli等对ZAP-X和射波刀治疗三叉神经痛方案进行了初步剂量学比较。他们发现，这两种方式产生了类似的功能性治疗方案，也强调了ZAP-X在低剂量区域的潜在临床价值。一些研究调查了射波刀与其他技术(如伽玛刀和体积调强拉弧治疗(VMAT))相比的剂量学特性。然而，据我们所知，目前还没有发表过系统的研究来比较ZAP-X和射波刀对不同靶大小的脑转移瘤的剂量学性能和递送效率。因此，我们的靶是进行这样的比较，利用我们在射波刀SRS方面的丰富经验和自2020年以来最新实施的ZAP-X SRS。
方法与材料:
选取23例患者，共47个脑转移瘤，建立ZAP-X和射波刀的对比方案进行分析。制定比较计划是为了实现靶的相同处方剂量，同时遵守危及器官(OAR)的相同剂量限制。各方案的处方等剂量百分比在97- 100%范围内优化，保证了有效的靶体积覆盖率。为了评估计划质量，计算适形性、均匀性和梯度(CI、HI和GI)等指标，同时报告接受12Gy和10Gy的总脑容积。估计治疗时间和监测单位(MUs)比较两种模式在评估输送效率。
2.1. 病人群体
在这项研究中，选择了23名在2018年至2021年期间接受治疗的患者。其中12例患者接受射波刀治疗，11例患者接受ZAP-X治疗。该队列共包括47个病变，使用28个单独的治疗方案进行治疗。每个计划针对1 - 6个转移灶。值得注意的是，病变的解剖位置在队列中分布良好，如表1所示。此外，表2提供了关于病灶数目和靶体积大小的计划分布的概述。大多数计划(89.3%)针对1或2个病变。靶病变大小的平面分布表现出良好的平衡。为了便于比较，每个原始的射波刀/射波刀治疗方案都生成了一个替代的ZAP-X/射波刀计划，以确保达到相同的临床靶。28个方案的中位处方剂量为24Gy(即15-30Gy)，分1至5次分割给量。
表1肿瘤位置总结(47个病灶)。
表2 28个治疗方案的统计汇总。
2.2. 成像和靶描绘
得到的计划CT系列，层厚不大于1mm。为了辅助轮廓，将1mm厚度的T1加权MRI图像与计划CT融合。经验丰富的放射肿瘤学家描绘了总肿瘤体积(GTV)和危及器官(OARs)。研究中所有患者的靶体积被定义为计划靶体积(PTV)，其中包括设置边缘外扩。在这项研究中，所有选定的患者都使用0或1 mm的边缘外扩从GTV中创建PTV。所有患者的处方剂量均指定为PTV。正常脑组织定义为除PTV外的整个大脑。
2.3. 治疗计划
使用专用的ZAP-X治疗计划系统(简称“ZAP-X TPS”)进行ZAP-X计划。ZAP-X TPS采用了一种逆向规划的球体填充方案(36)，支持手动和自动等中心放置。考虑到ZAP-X的紧凑设计，基于合适尺寸和边缘的保守患者模型，对球体填充确定的每个等中心位置进行仿真，建立龙门运动的安全区域，确保无碰撞输送。然后，确定所有等中心位置的所有可用射束角度，形成一个逆向计划池。在逆向计划过程中，根据计划者定义的约束条件，采用线性计划和二次计划对池中射线的权重进行优化。对于每个等中心，使用旅行推销员算法（the traveling salesman algorithm）连接非零MUs的优化射束，形成一个交付路径，最大限度地减少交付时间，同时避免碰撞。在靶较小且形状规则的情况下，等中心通常放置在具有合适准直器尺寸的靶的中心。对于较大或不规则形状的靶，采用多个等中心，每个等中心部分覆盖靶区。这些多个等中心点通常位于靶边界附近，以尽量减少靶区内靶点之间的重叠，从而获得所需的计划均匀性。
射波刀的治疗计划是使用射波刀VSI平台上的Accuray Precision 2.0治疗计划系统(称为“射波刀TPS”)进行的。在本研究中，所有的计划都是使用可变IRIS™准直仪生成的，用于本研究中肿瘤大小的范围。射波刀TPS提供了具有不同节点数量的短路径和完整路径，在本研究中，使用了具有更多节点数量的完整路径。采用逆向计划方案下的VOLO优化器(37)。射波刀TPS允许手动或自动选择初始准直器尺寸进行优化。准直器尺寸的选择取决于靶尺寸和规划人员对一致性和同质性的偏好。计划者可以选择激活多个准直器尺寸，以最大限度地提高剂量轮廓雕刻能力，或选择最小数目的准直器尺寸，以简化计算效率，而不影响计划质量。在射波刀TPS中，“靶边界距离”选项允许从划定的靶边界的特定距离瞄准光束。该参数可由计划者调整，以强调同质性或适形性。在本研究中，通常采用向外5mm以内的靶边界距离。
ZAP-X和射波刀治疗计划系统有几个共同的设计特点。一个值得注意的特点是能够创建多个中空的轮廓集，称为“壳”，提供对平面适形性和剂量衰减的控制。在逆向计划中，计划者可以调整分配给这些壳的靶标和惩罚，以微调计划质量。在本研究中，射波刀刨床通常生成三套外壳，以管理不同剂量水平下的溢出(例如，高、中、低剂量区域分别距离靶边界3毫米、10毫米和20毫米)。这些壳的大小可根据计划者的喜好进行调整。相比之下，ZAP-X TPS为计划者提供预定的外壳尺寸，包括距离靶边界0毫米、1毫米、5毫米和10毫米。另一个共同的特点是，这两个系统都支持射线追踪算法，用于组织异质性的剂量计算，尽管射波刀TPS提供了蒙特卡罗剂量计算的额外选项。在本研究中，我们在两个治疗计划系统中采用射线追踪算法进行剂量计算。
在本研究中，ZAP-X和射波刀计划的主要靶是在确定相对于最大剂量的规定等剂量百分比(PIP)的同时实现97-100%的靶体积覆盖率。此外，所有OAR均严格遵守AAPM TG101指南中规定的剂量限制。
特别强调要尽量减少低剂量区域的范围，以防止任何30%等剂量区域超出直接靶附近。
2.4. 对比指标
采用放射治疗肿瘤学组(RTOG适形性指数(CI)和改进的帕迪克适形性指数(nCI)评估每个计划的剂量适形性，其定义如下:
式中VT为规划靶体积，VRx为处方剂量覆盖的总体积，VT, Rx为处方剂量覆盖的部分靶体积。
评估每个靶点的剂量均匀性，均匀性指数(HI)由式定义:
其中Dmax是达到靶的最大剂量，DRx是处方剂量。
使用处方等剂量体积(即Vx%Rx)评估每个计划的剂量衰减，Vx%Rx表示接受至少x%处方剂量的体积。两种常用的梯度指数(GI)计算如下:
此外，还计算了另外两个代数，如下:
R50%和R25%指标在考虑适形性差异的同时，可用于评价剂量衰减性能。这些指数表示绝对辐照体积与靶体积的比率，从而可以更准确地评估剂量衰减，而不受一致性变化的影响。
V12和V10是正常脑组织接受至少12 Gy和10 Gy的体积，作为单次分割治疗脑坏死的预测指标进行了计划比较。
通过TPS和MU系数估算各组分的处理时间来评估输送效率，MU系数定义如下:
估计的治疗时间计算为干运行时间加上估计的患者设置和成像时间间隔。对于射波刀，TPS将患者初始设置时间设置为5分钟，成像时间间隔为1分钟。对于ZAP-X，患者初始设置时间也为5分钟，并且不需要成像时间间隔，因为ZAP-X成像跟踪不会中断治疗交付。
为评价ZAP-X方案与射波刀方案的指标和参数差异，采用双尾t检验，P值小于0.05为有统计学意义。
结果:
总体而言，射波刀获得了更好的CI和HI，而ZAP-X对正常脑具有较好的GI和较小的照射体积。射波刀的计划适形性优势在靶尺寸小于1cc和大于10cc方面更为明显，相反，ZAP-X的计划剂量梯度优势在小于10cc的靶尺寸上更为显著。ZAP-X计划的均匀性，使用多个等中心，与靶的形状和计划者放置等中心的经验有很强的相关性。一般来说，两种模式的估计治疗时间相似，并且两种模式所选择的准直尺寸显著影响传递效率。
表3总结了ZAP-X和射波刀在所有方案和靶点的适形性、均匀性、剂量衰减和递送效率方面的比较。结果表明，与ZAP-X相比，射波刀系统具有统计学意义上更好的CI和nCI(见公式(1)和(2))(p值见表3)。然而，两种模式在靶体积覆盖方面没有显著差异。平均而言，射波刀方案具有统计学意义的较小HI(见公式(3))，而ZAP-X方案具有较低的最小剂量、较高的平均剂量和较高的最大剂量，表明靶内剂量异质性较大。相反，从GI50%、GI25%、R50%和R25%指数(见公式(4-7))可以看出，ZAP-X方案表现出更好的剂量衰减，反映了中、低剂量区域的效益。此外，正如V12和V10参数所证明的那样，ZAP-X方案对正常脑组织的辐照体积明显更小，而对全脑的平均剂量在两种模式之间保持相当。就输送效率而言，尽管与射波刀计划相比，ZAP-X计划通常需要更少的MUs，但两种模式之间的估计治疗时间没有显着差异。
表3。剂量学指标和参数对计划质量和交付效率的比较。
在靶尺寸的基础上，进一步细化了平面一致性的比较。图1展示了由ZAP-X和射波刀生成的平面图在不同靶尺寸范围内的CI对比图。总体结果表明，与ZAP-X方案相比，CyberKnife方案具有更好的一致性。特别是对于非常小的肿瘤(< 1cc)， CyberKnife的CI值明显低于ZAP-X。在评估的9个方案中，ZAP-X和射波刀的平均CI值分别为1.53和1.38。然而，对于中等大小的肿瘤，CI的差异不太明显。在14个中等靶(1cc - 10cc)的方案中，ZAP-X和射波刀的平均CI值分别为1.38和1.31。相反，对于较大的肿瘤(> 10 cc)， CI的差异变得更加显著。在评估的5个方案中，ZAP-X和射波刀的平均CI值分别为1.34和1.19。
图1。改进后的Paddick适形性指数的结果使用箱形图进行比较，箱形图分为四个单独的靶尺寸范围。
图2给出了不同百分比水平(从100%到10%，增量较小)等剂量体积的详细比较。分析包括23个靶体积小于10cc的方案，中位体积尺寸为1.70 cc，范围从0.15 cc到8.67 cc。在图2所示的三个靶尺寸范围内，CyberKnife在V100%方面始终优于ZAP-X，显示出卓越的一致性。对于小于1cc的靶标，与射波刀相比，ZAP-X在V90%到V10%之间表现出更好的剂量衰减。对于大于1cc但小于10cc的靶，ZAP-X的V90%比射波刀的V40%有统计学上的显著优势。然而，在低剂量范围内(V25% - V10%)，对于1cc -10cc的靶区，两种方式之间没有明显差异。分析14种靶区体积在1cc ~ 10cc之间的方案，ZAP-X和射波刀的平均R25%值分别为17.1和20.6,p值为0.096。此外，还有5个方案的靶体积范围大于10cc，未在图2中描述，中位容积大小为21.96 cc，范围为14.44 cc至25.83 cc。比较这5个方案ZAP-X和射波刀的剂量衰减性能，平均R50%值分别为4.55和4.38,p值为0.66。两种方式的平均R25%值分别为14.6和13.1,p值为0.33。这些发现表明，对于大于10cc的靶标，两种方式在中、低剂量区域没有可观察到的差异。
图2等剂量体积以对比两种模式的箱形图显示，V100%、V90%、V80%、V60%、V50%、V40%、V25%、V20%和V10%是处方剂量归一化后的100%、90%、80%、60%、50%、40%、25%、20%和10%等剂量表面所包围的体积。结果分为三个单独的靶尺寸箱，即<1cc, 1-3cc和3-10cc。
图3显示了用射波刀和ZAP-X治疗的所有病变的HI结果的比较。结果以直方图的形式呈现，表示每个HI范围内靶的百分比。在射波刀计划中，所有靶的HI值都低于1.3。相反，ZAP-X计划表现出更广泛的HI值分布，83%的靶HI值小于1.6,64%的靶HI值小于1.5。值得注意的是，用单一等中心治疗的ZAP-X靶标与用多个等中心治疗的ZAP-X靶标之间的HI分布存在差异。在所有的ZAP-X靶点中，55.3%被单个等中心覆盖，HI值中位数为1.31，其中92.3%的靶点的HI值小于1.5。其余44.7%的靶用多个等中心治疗，其中71.4%表现出HI大于1.5。
图3。采用差分直方图对HI进行比较。47个病灶的HI值范围为1.0 ~ 2.0,bin值均为0.1。在ZAP-X直方图的每个bin中，单个和多个等中心覆盖的靶用不同的颜色来区分。
图4给出了颅底小靶区剂量分布的对比分析。两种模式的最佳射束方向受靶标位置的影响，导致不同的剂量学特性。二维剂量分布的切面图显示，ZAP-X受益于其后射束，它提供了最短的放射路径到目标。另一方面，射波刀依赖于它的横向和高级射束。ZAP-X方案使用单个12.5 mm准直器尺寸等中心，靶体积覆盖率为99.3%，CI为1.40,HI为1.45,GI50%为2.81。相比之下，射波刀计划采用了10和12.5 mm的准直尺寸，实现了100%的靶体积覆盖，CI为1.48,HI为1.23,GI50%为5.56。与交付效率相关的其他计划参数可在计划ID 5的表4中找到。
图4。靶体积小(0.84 cc)的典型病例，ZAP-X与射波刀射束取向和多平面剂量分布的目视比较。100%等剂量线归一化为处方剂量。
表4。Zap - x /射波刀方案单靶射束参数及射射效率比较。
图5是一例术后靶体积较大的病例。对于ZAP-X，共使用了12个等中心，准直尺寸从15到25 mm不等。大多数等中心点在靶体边界附近的策略性放置，旨在达到最佳的平面均匀性。最终的ZAP-X计划表现出优异的性能，99.7%的目标体积覆盖率，CI为1.19,HI为1.52,GI50%为3.02。相比之下，射波刀计划实现了98.7%的靶体积覆盖率，CI为1.14,HI为1.22,GI50%为3.95。有关交付效率及其他计划参数的详情，载于计划编号16下的表4。
图5。(A)一个具有代表性的术后大PTV病例(21.96 cc)的ZAP-X平面等中心位置的三维可视化。(B)冠状切面显示了ZAP-X和射波刀剂量分布的差异。黄色交叉毛发表示在视图上投影的ZAP-X平面图的等心位置。(C)在(B)中沿粉色虚线的模式之间的1D剂量谱比较。100%等剂量线归一化为处方剂量。
表4提供了针对队列中单个病变的所有方案的方案参数比较。平面图根据目标体量的大小按升序排列。观察到平面的MU数与目标体积大小以及所选择的准直器大小之间存在很强的相关性。在这项研究中，大多数选择的准直器尺寸为10毫米或更大，没有小于7.5毫米。射波刀计划始终采用最小准直器尺寸为10毫米在所有情况下。此外，对于小于3cc的靶尺寸，射波刀计划经常使用单个10mm的准直器。相反，为ZAP-X计划选择的最小准直器尺寸根据特定的靶尺寸和形状而变化。对于非常小的病变(表4中ID为1到5的计划)，两种方式使用相似的准直器尺寸范围。与射波刀相比，ZAP-X的输送效率略有提高，平均所需的MUs减少了15.8%，预计输送时间减少了2.4分钟。但差异无统计学意义(p分别为0.27和0.08)。对于3cc以下的中等大小病变(表4中ID 为6至11的方案)，与ZAP-X相比，CyberKnife方案使用了较小的最大准直器尺寸。对于这些病例，ZAP-X表现出显著的递送效率，所需的药物减少44.3%，预计递送时间减少8.2分钟，差异有统计学意义(p=0.007/0.002)。在靶尺寸超过3cc的情况下(表4中ID为12至18的方案)，通常选择ZAP-X的最大25 mm准直器尺寸，而射波刀方案的最大准直器尺寸可达30 mm。与射波刀相比，ZAP-X的MUs减少了12.6%，无统计学意义(p=0.40)，但估计交付时间平均增加了6分钟(p=0.02)，具有统计学意义。
讨论：
本研究对ZAP-X和射波刀的治疗方案进行了系统的比较。研究结果表明，这两种方式都可以产生可接受的治疗计划，如表1所示。一般情况下(不考虑靶尺寸的影响)，CyberKnife在平面适形性和均匀性方面优于ZAP-X，而ZAP-X在剂量梯度方面表现优异。两种方式的治疗递送效率相当。此外，该研究揭示了剂量学性能和递送与靶尺寸之间的相关性，如图1、2和表4所示。具体来说，对于小靶尺寸(< 1cc)，射波刀在计划适形性方面具有显著优势，而ZAP-X在剂量梯度方面表现出色。然而，对于较大的靶尺寸，各自的优势就不那么明显了。
射波刀采用非等中心射束输送，利用机械臂的龙门旋转来增强灵活性。如图1、3所示，这种独特的功能可以生成高度适形和均匀的治疗方案，特别是对于不规则或大体积的病例，如图5所示。射波刀TPS支持在靶边界附近创建具有战略定向的非等中心射束的计划。该方法保证了处方的等剂量线符合靶体积的表面曲率，同时最大限度地减少了靶体内的射束重叠，从而增强了平面均匀性(40)，如图5B、C所示。
相比之下，ZAP-X利用等中心技术，缺乏在射波刀中看到的龙门旋转灵活性。相反，它依赖于球体填充，类似于伽玛刀，以解决复杂的情况，利用其射束几何形状与大立体角的优势。值得注意的是，通过将优化的稀疏分布射束输送到等中心，ZAP-X在操纵射击形状方面表现出比伽玛刀较强的能力。在涉及多个等中心的情况下，一旦具有适当准直器尺寸的等中心被定位，与等中心相关的所有候选射束同时被优化。规划过程通常涉及迭代调整，例如手动微调等中心位置和准直器尺寸，并结合由更新剂量约束指导的逆规划。虽然规划器可以通过调整剂量约束来引导优化器，但在许多情况下，确定等中心位置和准直器尺寸对于实现所需的计划质量至关重要。
通常，如果将多个等中心放置在吧标更外围的位置，那么最终的方案往往会表现出更好的均匀性，如图5B所示。然而，由于相邻靶点的重叠，热点可能不可避免，如图5C所示。计划者优先考虑靶覆盖率和适形性，同时允许在计划同质性方面妥协，这解释了具有多个等中心的ZAP-X计划的HI值的变化，范围从1.1到2.0，如图3所示。
在图3中，我们还提出了一个有趣的发现，即单个等中心的ZAP-X方案与多个等中心方案之间的高值分布的比较。我们观察到，与使用多个等中心的方案相比，使用单个等中心的方案产生了更好的HI值。单等中心平面图的中位HI值与射波刀接近。如图4所示，在本研究中，ZAP-X计划中常用的策略是使用具有与靶径紧密匹配的准直器尺寸的单个等中心。这种方法通常可以实现可接受的CI，特别是在治疗计划靶形状时。在单等中心方案中，HI值是根据期望靶覆盖率和方案适形性确定的等剂量线确定的，受优化射束射孔的平整度、形状和剂量衰减的影响。
尽管ZAP-X和射波刀在超过2π的辐射交叉靶点中都具有大量覆盖实体角的空间节点，但它们各自可用的射束取向范围存在显著差异，即ZAP-X的射束取向范围与伽玛刀非常相似，而射波刀的射束取向范围覆盖整个前半球，但由于机壳（conch）高度的限制，后半球的射束进入受限。如图4所示，这些射束方向的差异可能导致剂量学的不同特征，而这种差异可能受到靶解剖位置的影响。
尽管ZAP-X和射波刀都利用大量的空间节点来覆盖超过2π立体角的辐射交叉射击，但它们在射束方向的可用范围方面有所不同。ZAP-X具有类似于伽玛刀的射束定向范围，而射波刀的范围几乎覆盖整个前半球。然而，由于治疗床高度的限制，射波刀进入后梁是有限的。这种射束方向的差异会导致如图4所示的剂量学特性的明显差异，并最终导致平面质量的变化，特别是考虑到靶的特定解剖位置时。
表1,4提供的证据表明，总体而言，在研究队列中，与射波刀相比，ZAP-X在MU数量方面表现出更高的递送效率。重要的是要考虑到几个因素可以影响使用不同模式的计划的MU数。例如，如表5所示，在相同准直器尺寸下，ZAP-X的每毫微米输出比射波刀高，而射波刀射束具有更好的穿透性，这可以从TPR的比较中得到证明。然而，如表4所示，影响计划之间MU数的关键决定因素通常是在计划创建期间选择不同的准直尺寸范围。对于具有中等靶尺寸的计划(即表4中ID为6-11的计划)，CyberKnife计划人员根据他们的经验，通常避免选择大于10毫米的准直器。相反，对于更大的靶体积，CyberKnife受益于ZAP-X所没有的更大准直器尺寸的可用性。平均而言，在整个队列中，在两种系统之间没有观察到估计治疗时间的显着差异，因为龙门的移动时间主导了两种模式的总分娩时间。因此，MU数量的微小变化不太可能导致交付时间的明显差异。
表5。在计划中使用的每个准直器尺寸的输出和TPR@5cm的比较。
值得注意的是，本研究仅关注圆形准直系统，不包括MLC版本的射波刀。此外，应该强调的是，本研究中强调的剂量学特征并不能直接反映两种系统的机器特性，而是在特定的临床实施中两种模式之间剂量学性能的差异。这些差异受机器特性、首选临床靶和当前治疗计划能力的影响。在我们的研究中，ZAP-X和射波刀采用的计划策略优先考虑了靶覆盖、OAR的整合和节约。对于计划的适形性，射波刀计划的处方等剂量百分比(PIP)高于75%是理想的，而ZAP-X计划的PIP是最大化的，而不影响适形性。还努力平衡剂量衰减、治疗时间和其他因素。在这种临床实施的背景下，射波刀/ZAP-X计划在计划均匀性/剂量衰减方面的优势程度可能由计划选择的PIP决定，而不应将其归结为机器特性。Lee等认为，选择较低的PIP可以改善射波刀方案的剂量衰减，同时保持预期的方案一致性。正如放射外科界广泛认可的那样，伽玛刀采用较低的处方等剂量百分比，通常设置为50%，而射波刀通常使用75%或更高。这是由于伽玛刀的机器特性和球形包装技术。在这项研究中，研究人员证明，在某些情况下，与伽玛刀不同，ZAP-X可以产生接近射波刀的均匀性。
射波刀治疗计划系统在过去的二十年中经历了重大的发展和改进，从最初的等中心球体填充技术的正向计划方案过渡到目前更复杂的非等中心技术的逆向计划方案。另一方面，ZAP-X利用球体填充来实现靶的适形覆盖，对计划人员经验的依赖仍然是ZAP-X当前计划能力的限制。引入一种更复杂的优化算法，允许根据靶的形状和尺寸自动放置具有适当准直器尺寸的等心，这可能会进一步提高计划质量。
通过ZAP-X提高计划质量的潜力不仅仅局限于算法的进步。虽然直观地增加ZAP-X计划中等中心的数目可能潜在地提高计划质量，但必须考虑实际的限制。目前，需要对每个等中心进行颅骨位置验证，当增加更多的等中心时，会显著增加交付时间。在本研究中，靶是通过最小化ZAP-X计划中等中心的数目，在计划质量和治疗时间之间取得平衡。然而，预计机器特性的进步，如提高龙门速度，改进颅骨在等中心之间对齐的成像过程，以及在每次等中心交付期间动态调整准直的能力，都有可能提高交付效率。这些改进，加上复杂的规划方案，有望在ZAP-X计划中实现更好的一致性和同质性，使它们更接近射波刀所达到的水平。
除了影响输送行为的机器特性外，不同模态的射束特性也会对计划质量产生影响。如前所述，ZAP-X与射波刀的区别在于它的射束能量较低，类似于伽玛刀。此外，当考虑单射束时，ZAP-X具有较短的SAD，理论上会导致较大的射束发散和更锐利的射束半影。特别是在剂量衰减和外周剂量方面，这些独特的特征有可能影响剂量学的性能。需要进一步的研究来深入研究这些特定射束特性对平面质量的剂量学影响。
本研究在纳入单个治疗计划中涉及多个病变的病例方面存在局限性。如表2所示，对于同时治疗三个以上病变，只生成了三个方案。重要的是要承认，CyberKnife提供的IRIS准直器尺寸可达60mm，这有可能提高多病变情况下的输送效率和计划质量。进一步的研究是必要的，以全面比较在一个单一的计划中在治疗多个病变方面，这两种方式的性能。
结论:
本研究表明，在患者队列的靶大小范围内，由ZAP-X和射波刀生成的计划具有相当的计划质量和交付效率。目前，在两种模式的现有平台上，CyberKnife在适形性和同质性方面优于ZAP-X，而ZAP-X则倾向于产生剂量衰减较快的方案。
我们的研究表明，对于不同大小的脑转移瘤患者，ZAP-X和带圆形准直的射波刀都能够产生具有等效剂量学结果的方案。这两种方式都有效地实现了PTVs的充分剂量覆盖。虽然CyberKnife计划通常表现出更强的适形性和同质性，但ZAP-X计划表现出更快的剂量衰减。就交付效率而言，ZAP-X在MU数量方面优于CyberKnife，而两种系统的估计交付时间是相当的。重要的是要考虑到，在这项研究中，射波刀采用的计划策略是针对特定的临床实施，利用高PIP。此外，值得承认的是，ZAP-X代表了第一代SRS平台，其当前的计划和交付方案可能具有固有的局限性。然而，随着技术的不断发展和改进，预计ZAP-X将释放其全部潜力，并提供更好的剂量学性能。
