基于膀胱表面的分析证明了在线自适应放疗相较于传统每日治疗计划的优越性

《Physica Medica》：Bladder surface-based analysis proves the advantages of online adaptive radiotherapy over plan of the day

自适应放疗策略在膀胱癌治疗中的优化研究。通过剂量表面 histogram（cDSH）和表面距离 histogram（SDH）分析比较了计划每日（POD）与在线自适应放疗（oART）的靶区覆盖、剂量适形性和正常组织剂量。结果显示oART在D98%剂量覆盖率、剂量适形性（SDH FWHM 1.9mm vs POD 4.16mm）及健康组织 sparing（HTOF95%降低52%）方面显著优于POD，且患者间变异更小。

　　### 适应性放疗在膀胱癌治疗中的优势分析

膀胱癌是一种常见的泌尿系统恶性肿瘤，其治疗过程中面临着诸多挑战。这些挑战主要源于患者在不同治疗阶段的解剖结构变化，包括膀胱充盈状态、直肠扩张程度以及肠道运动等。这些变化不仅影响了治疗靶区的覆盖质量，还可能增加对正常组织的辐射剂量，进而导致不必要的副作用。为了应对这些问题，适应性放疗（Adaptive Radiotherapy, ART）作为一种先进的治疗策略，逐渐受到重视。ART通过在治疗过程中动态调整放疗计划，能够更精确地应对解剖结构的变化，从而提高治疗的准确性和安全性。

#### 适应性放疗的两种主要策略

在适应性放疗的实施过程中，主要存在两种策略：**Plan of the Day (POD)** 和 **Online-Adaptive Radiotherapy (oART)**。POD策略的核心在于利用每日的影像数据，从预先计算好的多个放疗计划中选择最适合当前解剖状态的计划进行治疗。这种策略通常基于患者在治疗前的三个不同膀胱充盈状态下的CT扫描结果，分别对应为空膀胱（P_empty）、半满膀胱（P_mid）和满膀胱（P_full）三种情况。通过这种方式，POD能够根据实际解剖变化选择最佳计划，从而优化治疗效果。

相比之下，oART策略则更加动态和实时。它在每次治疗前，利用锥形束CT（CBCT）或磁共振成像（MRI）等影像技术，对患者的解剖结构进行重新评估，并根据这些信息重新优化放疗计划。oART不仅能够更精确地适应每日的解剖变化，还能够通过实时调整，减少因解剖结构变化带来的治疗偏差，从而提高靶区覆盖的准确性和剂量分布的集中性。

#### 表面分析在放疗评估中的应用

传统的放疗评估方法，如剂量-体积直方图（Dose-Volume Histograms, DVHs），虽然在评估肿瘤剂量分布方面具有一定的优势，但其对于空腔器官如膀胱的评估效果有限。因为DVH主要关注的是器官的体积和剂量之间的关系，而膀胱作为一个空腔器官，其内部内容物的剂量并不如表面剂量那样具有代表性。因此，研究者们提出了基于表面的评估方法，如**累积剂量-表面直方图（cDSHs）**和**表面距离直方图（SDHs）**，以更准确地反映靶区和正常组织的剂量分布情况。

**cDSHs** 是一种基于表面的评估工具，它描述了在特定剂量水平下，靶区表面的覆盖比例。例如，D98% 表示在98%的靶区表面所接受的剂量不低于处方剂量的98%。通过这种评估方式，研究者能够更直观地了解靶区表面的剂量分布情况，从而判断治疗计划是否达到了预期的剂量覆盖目标。

**SDHs** 则用于评估剂量分布的集中性，即剂量如何分布在靶区表面周围。通过计算靶区表面与等剂量面（如ISO_95%）之间的距离，SDH能够揭示剂量分布的均匀性和靶区覆盖的紧密程度。例如，Full Width at Half Maximum (FWHM) 表示在50%剂量水平下，SDH的宽度，而mode值则表示剂量分布的峰值位置。这些参数能够帮助研究者评估剂量分布的集中程度，从而判断放疗计划是否具有更好的剂量适形性。

#### 研究方法与结果

在本研究中，选择了五名患有上尿路上皮癌的患者，进行POD和oART两种适应性放疗策略的比较。研究采用的是基于表面的分析方法，具体包括cDSHs和SDHs。研究者利用Ethos? Emulator系统，模拟了两种放疗策略在相同条件下（相同的智能优化引擎、几何结构和治疗技术）的执行过程。

在POD策略中，根据患者的膀胱充盈状态，从预先生成的三个放疗计划中选择最合适的计划进行治疗。结果显示，在100个模拟的治疗分数中，P_empty、P_mid 和 P_full 分别被选用了12次、74次和14次。然而，在某些情况下，POD策略的靶区覆盖效果并不理想，部分患者的PTV表面平均剂量低于处方剂量的90%。这表明，POD策略在应对膀胱解剖变化时存在一定的局限性。

相比之下，oART策略在靶区覆盖方面表现出更优的性能。oART确保了98%的PTV表面平均剂量不低于处方剂量的98%，并且其剂量分布更为集中，表现出更小的FWHM值和更接近的mode值。此外，oART在健康组织保护方面也优于POD策略，其HTOF（Healthy Tissue Overdose volume Factor）值降低了超过50%。这表明，oART能够更有效地减少对正常组织的辐射剂量，从而降低治疗带来的副作用。

#### 结论与意义

通过基于表面的分析方法，本研究证实了oART在膀胱癌治疗中的显著优势。与POD相比，oART不仅在靶区覆盖方面表现出更高的准确性，还在剂量适形性和健康组织保护方面取得了更好的效果。此外，研究还发现，oART的剂量分布具有更高的一致性，这可能意味着在未来的治疗中，可以适当减少CTV到PTV的边距，从而进一步降低对胃肠道的毒性风险。

oART的这些优势主要归因于其对每日解剖变化的实时响应能力。通过每日的CBCT或MRI影像数据，oART能够动态调整放疗计划，确保剂量分布的准确性和集中性。而POD策略由于依赖于预先计算的计划，可能无法完全适应每日的解剖变化，导致靶区覆盖不均和健康组织剂量增加。

综上所述，基于表面的分析方法在评估适应性放疗策略的效果方面具有重要的价值。通过cDSHs和SDHs的使用，研究者能够更全面地了解靶区和正常组织的剂量分布情况，从而为优化治疗计划提供科学依据。未来，随着适应性放疗技术的不断发展，基于表面的分析方法将在放疗质量评估中发挥更大的作用，为提高治疗效果和减少副作用提供新的思路和工具。