Assessing the role of plan complexity and target geometry through multi-institutional gel based end-to-end QA in multi-focal single isocenter stereotactic radiosurgery.

چکیده اصلی

BACKGROUND: Single-isocenter stereotactic radiosurgery enables efficient treatment of multiple brain metastases (SI-MBM SRS), but demands high geometric accuracy. Plan complexity metrics are increasingly used as indicators for quality assurance (QA) performance, however their applicability to SRS remains uncertain, particularly in the context of multi-institutional variability. PURPOSE: This study evaluated the relationship between plan complexity, target geometry, and end-to-end dosimetric QA outcomes for SI-MBM SRS across multiple institutions. METHODS: Forty-two SI-MBM SRS plans from different centers and platforms were delivered to polymer gel phantoms, providing high-resolution 3D dose measurements. Gamma passing rates (GPRs) were calculated under 3%/2 mm, 5%/2 mm and 5%/1 mm criteria and were correlated with eleven established complexity metrics calculated per plan. Geometric factors, including target equivalent diameter and distance-to-isocenter, were analyzed. Receiver-operating-characteristic (ROC) analysis was performed to identify optimal thresholds for predicting QA pass/fail (≥90% GPR). RESULTS: No statistically significant differences between the different linacs and treatment planning systems were found, nor strong or consistent correlations between complexity metrics and GPRs. In contrast, geometric parameters were more influential: off-axis distance and target size significantly affected QA performance, with the largest differences observed for far-off-axis lesions. ROC analysis identified optimal thresholds of 34.9 mm for distance-to-isocenter and 4.8 mm for equivalent diameter in predicting QA outcomes (AUC∼0.60-0.65), although the predictive performance remained modest. CONCLUSIONS: In this multi-institutional, gel-based end-to-end study of SI-MBM SRS, target geometry was a stronger QA performance predictor than complexity metrics. These findings emphasize the importance of geometry-aware QA strategies and the need for further standardized, multi-institutional evaluations to clarify the interplay between complexity, geometry, and machine performance in SRS.

ترجمه فارسی چکیده

رادیوتراپی هدفمند تزریقی تک‌ایزوسنتر (SI-MBM SRS) امکان درمان کارآمد متاستازهای مغزی متعدد را فراهم می‌کند، اما نیاز به دقت هندسی بالا دارد. شاخص‌های پیچیدگی برنامه به‌طور فزاینده‌ای به عنوان نشانگر عملکرد اعتبارسنجی کیفیت (QA) استفاده می‌شوند، اما کاربرد آن‌ها در SRS همچنان نامشخص است، به‌ویژه در زمینه تغییرات بین مؤسسات. این مطالعه رابطه بین پیچیدگی برنامه، هندسه هدف و نتایج اعتبارسنجی دوزیمتری نهایی را در SI-MBM SRS در چندین مؤسسه ارزیابی کرد. چهل و دو برنامه SI-MBM SRS از مراکز و پلتفرم‌های مختلف به فانتوم‌های ژل پلیمری تحویل داده شدند که اندازه‌گیری دوز سه‌بعدی با رزولوشن بالا را فراهم کرد. نرخ‌های عبور گاما (GPR) تحت معیارهای 3%/2 میلی‌متر، 5%/2 میلی‌متر و 5%/1 میلی‌متر محاسبه شد و با یازده شاخص پیچیدگی استاندارد محاسبه شده برای هر برنامه همبستگی یافت. عوامل هندسی، از جمله قطر معادل هدف و فاصله تا ایزوسنتر، تحلیل شد. تحلیل گاوچر (ROC) برای شناسایی آستانه‌های بهینه برای پیش‌بینی موفقیت یا شکست QA (GPR ≥90%) انجام شد. هیچ تفاوت معنی‌دار آماری بین لیناک‌ها و سیستم‌های برنامه‌ریزی درمانی مختلف یافت نشد، و همبستگی‌های قوی یا ثابتی بین شاخص‌های پیچیدگی و GPRها مشاهده نشد. در مقابل، پارامترهای هندسی تأثیرگذارتر بودند: فاصله از محور و اندازه هدف تأثیر معنی‌داری بر عملکرد QA داشتند، با بزرگ‌ترین تفاوت‌ها مشاهده شده برای لیزهای دور از محور. تحلیل ROC آستانه‌های بهینه 34.9 میلی‌متر برای فاصله تا ایزوسنتر و 4.8 میلی‌متر برای قطر معادل را برای پیش‌بینی نتایج QA شناسایی کرد (AUC∼0.60-0.65)، اگرچه عملکرد پیش‌بینی همچنان محدود بود. در این مطالعه چندمؤسسه‌ای مبتنی بر ژل، هندسه هدف پیش‌بینی‌کننده‌ای قوی‌تر از شاخص‌های پیچیدگی برای عملکرد QA بود. این یافته‌ها اهمیت استراتژی‌های QA آگاه از هندسه و نیاز به ارزیابی‌های استانداردسازی شده بیشتر و چندمؤسسه‌ای برای روشن کردن تعامل پیچیدگی، هندسه و عملکرد دستگاه در SRS را برجسته می‌کنند.

متن کامل اصلی