基于四维计算机断层扫描通气成像引导的不同技术肺癌放射治疗计划

《Frontiers in Oncology》：Four-dimensional computed tomography ventilation imaging-guided radiotherapy planning in different techniques for lung cancer

　　

目的：本模拟研究旨在将四维计算机断层扫描（4DCT）通气成像整合到功能计划中，使用不同的放射治疗（RT）技术，并比较这些技术之间的剂量学差异。方法：研究人员创建了十八例肺癌患者的4DCT通气图像，使用通过可变形图像配准获得的雅可比（Jacobian）值和通气成像算法。对于每个患者，研究人员使用调强放射治疗（IMRT）、混合IMRT（同时治疗的静态加IMRT射束）和容积旋转调强治疗（VMAT）设计了解剖和功能计划。研究人员系统地比较了剂量学参数，特别关注功能肺（FL）的辐射剂量。结果：结果表明，无论使用何种RT技术（IMRT、混合IMRT或VMAT），功能计划都在保持计划靶区（PTV）剂量学覆盖的同时，降低了fV5（fVx：接受≥x Gy照射的功能肺体积百分比）、fV10、fV20、fV30和功能平均肺剂量（fMLD）。尽管功能计划增加了大多数危及器官（OARs）的辐射剂量，但这些增加在统计学上并不显著。在不同的RT技术中，与f-混合IMRT相比，f-IMRT和f-VMAT都降低了对FL和OARs的辐射剂量，同时实现了更优的PTV适形度。f-IMRT和f-VMAT之间的进一步比较显示，f-VMAT导致食管的平均剂量（Dmean）较低。结论：与解剖计划相比，功能计划在保持靶区剂量覆盖和满足OARs剂量限制的同时，减少了对FL的辐射剂量。在用于功能计划的RT技术中，f-VMAT可作为首选技术。

论文解读：基于四维计算机断层扫描通气成像引导的肺癌放射治疗计划研究

研究背景与意义

肺癌严重威胁人类健康，是全球最常见的癌症死亡原因。放射治疗（RT）作为不可或缺的核心治疗手段，虽然能有效杀伤肿瘤细胞，但在治疗过程中不可避免地会对正常肺组织造成损伤，导致放射性肺损伤（RILI）的发生率居高不下。传统的解剖学计划主要通过限制肺组织的受照体积和剂量来降低RILI风险，其核心假设是肺功能呈均匀分布。然而，人体肺功能实际上存在显著的异质性，这种异质性导致解剖学计划可能使高功能的肺组织接受到不必要的高辐射剂量。为解决这一问题，肺部功能成像技术应运而生。在众多成像方法中，四维计算机断层扫描（4DCT）因其高分辨率、无需放射性示踪剂且成本低廉等优势脱颖而出。本研究旨在探讨将4DCT通气成像引导的功能计划应用于不同放射治疗技术（IMRT、混合IMRT及VMAT）中的剂量学可行性，以期在保护高功能肺组织的同时，不牺牲肿瘤靶区的剂量覆盖，具有重要的临床应用价值。该研究成果发表于期刊《Frontiers in Oncology》。

关键技术方法

本研究为一项模拟研究，共纳入18例经病理确诊的III-IV期肺癌患者，所有患者均具备完整的4DCT及模拟定位CT影像数据。研究人员利用从4DCT工作站获取的10个呼吸相位图像，通过多分辨率三维B样条可变形图像配准（DIR）计算雅可比（Jacobian）矩阵，以此生成肺部通气功能图，并将雅可比行列式值大于1.2的区域定义为高通气区域即功能肺（FL）。针对每位患者，研究人员使用瓦里安Eclipse治疗计划系统（TPS），分别基于调强放射治疗（IMRT）、混合调强放射治疗（混合IMRT）和容积旋转调强治疗（VMAT）三种技术，设计了常规的解剖学计划和基于4DCT通气成像的功能学计划。所有计划均处方60 Gy分30次照射，并通过剂量体积直方图（DVH）对计划靶区（PTV）、功能肺（FL）及危及器官（OARs）的各项剂量学参数进行系统评估与比较。

研究结果

解剖学与功能学计划比较

研究人员对比了三种技术下解剖学计划与功能学计划的剂量学差异。结果显示，无论采用哪种放疗技术，功能学计划均能显著降低功能肺的受照剂量。具体而言，功能学计划有效降低了fV₅、fV₁₀、fV₂₀、fV₃₀以及功能平均肺剂量（fMLD）。在保持PTV剂量覆盖和满足各危及器官临床剂量限制的前提下，功能学计划虽然在一定程度上增加了多数危及器官的辐射剂量，但这些剂量的增加在统计学上均无显著意义。此外，功能学计划在PTV的均匀性指数（HI）上略有增加，适形度指数（CI）略有下降，但变化幅度微小，临床意义有限。

不同放疗技术的功能学计划比较

在对三种技术各自的功能学计划进行对比后，研究发现混合IMRT与其他两种技术存在显著差异。与f-IMRT和f-VMAT相比，f-混合IMRT不仅导致更高的PTV最大剂量（D_max）和平均剂量（D_mean），还表现出较差的适形度。在功能肺保护方面，f-混合IMRT使得fV₅、fV₁₀、fV₂₀和fV₃₀等指标均有显著增加，fMLD也相应升高。对于危及器官的照射，f-混合IMRT同样带来了更高的辐射剂量，且多数参数的差异具有统计学意义。相比之下，f-IMRT与f-VMAT在PTV和功能肺的剂量学表现上相似，但f-VMAT在降低食管平均剂量（D_mean）方面展现出明显优势。

讨论与结论

讨论

本研究验证了4DCT通气成像引导的功能计划在多种放疗技术中降低功能肺受照剂量的可行性，这与既往多项研究结果一致。关于混合IMRT的应用，本研究结论与部分前人研究存在差异，这可能与静态野与调强野的剂量分配比例及入射角度的选择有关，未来需建立统一的技术规范。此外，本研究还发现f-VMAT相较于f-IMRT能进一步降低食管平均剂量，这对于减少1级放射性食管炎（RE）的发生风险具有潜在的临床益处。尽管本研究存在单中心、小样本及未在临床实践中验证等局限性，且4DCT通气成像尚不能完全代表肺组织的整体功能，但现有证据表明，功能学计划能有效降低放射性肺炎（RP）的发生率并改善患者的生活质量（QOL）。

结论

综上所述，研究人员证实，与解剖学计划相比，基于4DCT通气成像引导的功能计划能够在保持靶区剂量覆盖和满足危及器官剂量限制的同时，有效减少对功能肺的辐射剂量。在功能计划所采用的放疗技术中，常规使用f-混合IMRT可能并非有利选择。相较之下，f-VMAT在保护食管方面具有潜在的临床优势，应作为首选技术。