《MEDICAL PHYSICS》：Comparing dosimetric performance of robust and planning target volume-based optimization in photon lung stereotactic radiotherapy
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本文首次系统评估了在CyberKnife系统同步呼吸追踪（Synchrony）和脊柱静态追踪（x-sight spine）模式下，直接基于肿瘤靶体积（GTV）的鲁棒优化相较于传统计划靶体积（PTV）优化在肺部立体定向体部放疗（SBRT）中的剂量学优势。研究通过4D-CT模拟摆位误差和肿瘤运动，证实鲁棒优化在保证GTV覆盖率＞99.5%的前提下，显著降低同侧肺V20Gy（同步追踪：4.5%→3.2%）、V5Gy（22.3%→18.0%）和平均肺剂量（MLD）（4.1 Gy→3.5 Gy），为降低放射性肺炎风险提供了新策略。
1 引言
肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，立体定向体部放疗（SBRT）作为高分次高剂量的精准放疗技术，已成为重要治疗手段。然而，呼吸运动和摆位误差严重影响剂量投递准确性，传统通过内部靶体积（ITV）和计划靶体积（PTV）扩边的方法虽能保障靶区覆盖，但会导致低密度肺组织被过量照射，增加放射性肺炎风险（与V20Gy、V5Gy和MLD相关）。CyberKnife系统通过实时肿瘤追踪（Synchrony）或脊柱静态追踪（x-sight spine）技术部分解决该问题，但PTV内的密度异质性（肿瘤高密度与周边肺组织低密度）仍可能造成剂量计算偏差。鲁棒优化通过将摆位误差和器官运动等不确定性以预设误差场景形式纳入优化过程，直接基于GTV或ITV进行优化，有望同时解决几何不确定性和密度异质性难题。
2 材料与方法
2.1 CyberKnife追踪模式与靶区定义
Synchrony模式通过胸壁LED与肿瘤内标记物建立呼吸运动关联模型，实现实时动态追踪，无需在计划中考虑呼吸运动，GTV直接基于呼气相CT勾画，外扩3 mm形成PTV。x-sight spine模式通过追踪邻近椎体进行定位，需通过4D-CT十时相勾画GTV并融合为ITV，再外扩3 mm形成PTV。
2.2 治疗计划优化
使用RayStation TPS对24例患者（15例Synchrony、9例x-sight spine）进行优化。Synchrony组比较PTV基础计划、PTV密度 override（DO）至1 g/cm3计划、GTV基础鲁棒优化计划（7个摆位误差场景）；x-sight spine组增加ITV基础鲁棒计划（7场景）和GTV基础全鲁棒计划（84场景，含4D-CT各相位）。处方剂量55 Gy/5次，靶区剂量目标为最小55 Gy、最大68.75 Gy，优化环状结构以控制剂量跌落。
2.3 计划鲁棒性评估
通过模拟15个摆位误差（Synchrony）或180个组合场景（x-sight spine）评估GTV覆盖率（V55Gy＞95%）、同侧肺V20Gy、V5Gy、MLD及肋骨最大剂量。采用Wilcoxon检验和Spearman相关性分析。
3 结果
所有计划类型均满足GTV覆盖率＞99.5%。鲁棒优化显著降低肺剂量：Synchrony模式下GTV基础计划较PTV计划降低V20Gy28.9%、V5Gy19.3%、MLD 0.6 Gy；x-sight spine模式下GTV全鲁棒计划降低V20Gy25.8%、V5Gy13.7%、MLD 1.3 Gy。鲁棒优化同时改善肋骨剂量约束符合率（同步追踪：41%→68%）。肺剂量降低与PTV/GTV体积比或GTV体积无显著相关性。鲁棒计划需增加监测单元数（MU）（Synchrony: +38%）但缩小射野孔径，55 Gy等剂量线体积减少25%-35%。
4 讨论
鲁棒优化通过物理合理的误差场景替代PTV的几何扩边，避免“同时左右偏移”等不可能场景的照射，从而精准减少健康组织受量。GTV直接优化避免了PTV密度异质性导致的靶区内高剂量热点（如x-sight spine组PTV计划GTV最大剂量达70.0 Gy）。尽管优化时间显著增加（GTV全鲁棒计划达PTV计划的16倍），但剂量学获益和临床一致性提升具有重要价值。未来需进一步研究随机误差的影响及4D-CT相位简化策略。
5 结论
鲁棒优化结合CyberKnife追踪技术可在保证肿瘤控制的前提下降低肺部和肋骨剂量，为肺部SBRT提供了一种更精准的规划策略。当前计算效率瓶颈仍是临床推广的挑战。
