Dosimetric evaluation and clinical feasibility of Halcyon-E O-ring linear accelerator for single fraction coplanar stereotactic radiosurgery.
This study aimed to evaluate the Halcyon-E O-ring gantry linear accelerator, which lacks non-coplanar beam delivery capability, for single-fraction stereotactic radiosurgery (SRS). The validation process consisted of three steps: dosimetric analysis, clinical evaluation, and patient-specific quality...
| Publicado en: | Journal of Medical Imaging & Radiation Sciences Vol. 57; no. 4 |
|---|---|
| Autores principales: | , , , , , , , , , , , , , , , , , , |
| Formato: | Journal Article |
| Publicado: |
Elsevier B.V.
Jul2026
|
| Acceso en línea: | Ver este registro en EBSCOhost |
| Sumario: | This study aimed to evaluate the Halcyon-E O-ring gantry linear accelerator, which lacks non-coplanar beam delivery capability, for single-fraction stereotactic radiosurgery (SRS). The validation process consisted of three steps: dosimetric analysis, clinical evaluation, and patient-specific quality assurance, along with a comparative analysis with plans generated on a C-arm linear accelerator. A total of 96 patients who underwent single-fraction SRS using a Novalis Tx C-arm linear accelerator (linac) were replanned on an O-ring gantry linac. All patients were treated using the volumetric modulated arc therapy (VMAT) technique. The original plans on the C-arm linac included both coplanar and non-coplanar beams, whereas the O-ring plans used only coplanar arcs. The arc lengths on the O-ring gantry were adjusted iteratively to achieve dose coverage and organ-at-risk (OAR) doses comparable to those of the C-arm linac. Target dose coverage was assessed using metrics such as the percentage dose received by 98% and 2% of the planning target volume (PTV D98% and D2%), Paddick Conformity Index (PCI), and the dose to 0.1 cc of serial OARs. Paired sample t -tests were used to evaluate statistical significance (two-tailed p < 0.05). All O-ring gantry plans were reviewed by the clinical team and classified as ''accepted'' or ''rejected'' based on dosimetric parameters (target coverage, conformity, OAR doses, low-dose spillage) and clinical factors (disease burden, malignant or benign, expected life expectancy). All plans underwent patient-specific quality assurance using gamma analysis and dose to monitor-unit verification with a 0.01-cm³ ionization chamber in a solid-water phantom. Data are presented for C-arm plans first, followed by O-ring plans. PTV D98% was 99.1 ± 5.6% for the C-arm and 98.2 ± 5.5% for the O-ring, while D2% was 109.7 ± 5.7% and 110.1 ± 5.5%, respectively. The variations in both parameters were statistically insignificant (p = 0.097 and p = 0.367). The average maximum brainstem dose was 0.7% (p = 0.498) lower in the O-ring plans. The mean PCI was the same for both plans, at 0.8 ± 0.1. The C-arm linac required fewer monitor units (MU), with an average reduction of -205.1 ± 693.9 MU (p = 0.081). Statistically significant differences were observed in the D0.1 cc doses for the left eye (p = 0.028), optic chiasm (p = 0.009), right optic nerve (p = 0.032), and V12Gy received by normal brain tissue (p < 0.0001). C arm plans delivered lower doses for all organs; however, only the left eye, optic chiasm, right optic nerve and V12Gy differences were statistically significant. After thorough evaluation by the clinical team, 92.7% (89 out of 96) of the O-ring plans were deemed acceptable. Seven plans were considered unacceptable based on clinical or dosimetric criteria. Three plans were rejected because of higher doses to serial organs despite comparable PTV coverage between the C-arm and O-ring plans. The remaining four plans exceeded the V12Gy (Brain–GTV) ≥ 10 cc constraint. All quality assurance results were within tolerance limits, and the difference between the two groups was not statistically significant using a paired sample t -test (p = 0.089 and p = 0.118 for volumetric and point dose measurements, respectively). The Halcyon O-ring linear accelerator, using only coplanar arcs, can be effectively used for single-fraction stereotactic treatment for the majority of patients. Following the completion of the validation process, single-fraction SRS treatments were initiated using the Halcyon linear accelerator. Stereotactic radiosurgery is a type of precise radiation treatment used to target small areas, often in the brain, in a single session. This study tested whether a newer type of treatment machine that uses a simpler beam setup could produce plans similar to a standard machine by re-planning treatments for 96 people and comparing results. This study found that most plans from the new machine provided similar tumour coverage and were acceptable to the clinical team, although doses to some sensitive areas were slightly higher in some cases. This matters because it suggests this machine could be used safely for many people, helping expand access to treatment. Cette étude visait à évaluer l'accélérateur linéaire à portique annulaire (tunnel) Halcyon-E, qui ne dispose pas de la capacité de délivrance de faisceaux non coplanaires, dans le cadre de la radiochirurgie stéréotaxique (SRS) en une seule fraction. Le processus de validation comprenait trois étapes : une analyse dosimétrique, une évaluation clinique et une assurance qualité spécifique au patient, ainsi qu'une analyse comparative avec des plans générés sur un accélérateur linéaire à arceau. Au total, 96 patients ayant subi une radiochirurgie stéréotaxique (SRS) en une seule fraction à l'aide d'un accélérateur linéaire (linac) à arceau Novalis Tx ont fait l'objet d'une nouvelle planification sur un linac en tunnel. Tous les patients ont été traités à l'aide de la technique de radiothérapie par arc volumétrique modulé (VMAT). Les plans initiaux sur le linac à arceau comprenaient à la fois des faisceaux coplanaires et non coplanaires, tandis que les plans sur le linac en tunnel n'utilisaient que des arcs coplanaires. Les longueurs d'arc sur le portique en tunnel ont été ajustées de manière itérative afin d'obtenir une couverture de dose et des doses aux organes à risque (OAR) comparables à celles du linac à arceau. La couverture de la dose sur la cible a été évaluée à l'aide de paramètres tels que le pourcentage de dose reçu par 98 % et 2 % du volume cible de planification (PTV D98 % et D2 %), l'indice de conformité de Paddick (PCI) et la dose sur 0,1 cm³ d'organes à risque (OAR) en série. Des tests t sur échantillons appariés ont été utilisés pour évaluer la signification statistique (p < 0,05 bilatéral). Tous les plans de traitement sur portique annulaire ont été examinés par l'équipe clinique et classés comme « acceptés » ou « rejetés » en fonction de paramètres dosimétriques (couverture de la cible, conformité, doses aux OAR, dispersion de faible dose) et de facteurs cliniques (charge de la maladie, nature maligne ou bénigne, espérance de vie prévue). Tous les plans ont fait l'objet d'une assurance qualité spécifique au patient à l'aide d'une analyse gamma et de la surveillance de la dose par unité de mesure à l'aide d'une chambre d'ionisation de 0,01 cm³ dans un fantôme solide eau. Les données sont présentées d'abord pour les plans réalisés avec l'arceau, puis pour ceux réalisés avec le tunnel. Le D98 % du volume cible (PTV) était de 99,1 ± 5,6 % pour l'arceau et de 98,2 ± 5,5 % pour le tunnel, tandis que le D2 % était respectivement de 109,7 ± 5,7 % et de 110,1 ± 5,5 %. Les variations de ces deux paramètres étaient statistiquement non significatives (p = 0,097 et p = 0,367). La dose maximale moyenne au tronc cérébral était inférieure de 0,7 % (p = 0,498) dans les plans avec tunnel. Le PCI moyen était identique pour les deux plans, à 0,8 ± 0,1. Le linac à arceau a nécessité moins d'unités de moniteur (MU), avec une réduction moyenne de -205,1 ± 693,9 MU (p = 0,081). Des différences statistiquement significatives ont été observées dans les doses D0,1 cc pour l'œil gauche (p = 0,028), le chiasma optique (p = 0,009), le nerf optique droit (p = 0,032) et le V12Gy reçu par le tissu cérébral normal (p < 0,0001). Les plans avec arceau ont délivré des doses plus faibles pour tous les organes; cependant, seules les différences concernant l'œil gauche, le chiasma optique, le nerf optique droit et la V12Gy étaient statistiquement significatives. Après une évaluation approfondie par l'équipe clinique, 92,7 % (89 sur 96) des plans avec tunnel ont été jugés acceptables. Sept plans ont été jugés inacceptables sur la base de critères cliniques ou dosimétriques. Trois plans ont été rejetés en raison de doses plus élevées sur des organes en série, malgré une couverture du PTV comparable entre les plans avec arceau et les plans avec tunnel. Les quatre plans restants dépassaient la contrainte V12Gy (Cerveau–GTV) ≥ 10 cm³. Tous les résultats de l'assurance qualité se situaient dans les limites de tolérance, et la différence entre les deux groupes n'était pas statistiquement significative selon un test t sur échantillons appariés (p = 0,089 et p = 0,118 pour les mesures de dose volumétrique et ponctuelle, respectivement). L'accélérateur linéaire Halcyon à tunnel, qui utilise exclusivement des arcs coplanaires, peut être utilisé efficacement pour le traitement stéréotaxique en une seule fraction chez la majorité des patients. Une fois le processus de validation achevé, les traitements par radiochirurgie stéréotaxique en une seule fraction ont été mis en place à l'aide de l'accélérateur linéaire Halcyon. La radiochirurgie stéréotaxique est un type de radiothérapie de précision utilisé pour cibler de petites zones, souvent au niveau du cerveau, en une seule séance. Cette étude visait à déterminer si un nouveau type d'appareil de traitement, utilisant une configuration de faisceaux plus simple, pouvait produire des plans similaires à ceux d'un appareil standard, en replanifiant les traitements de 96 patients et en comparant les résultats. Cette étude a révélé que la plupart des plans établis par le nouvel appareil offraient une couverture similaire de la tumeur et étaient jugés acceptables par l'équipe clinique, bien que les doses administrées à certaines zones sensibles aient été légèrement plus élevées dans certains cas. Ce résultat est important car il suggère que cet appareil pourrait être utilisé en toute sécurité pour de nombreux patients, contribuant ainsi à élargir l'accès au traitement. |
|---|