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本研究针对放疗对正常脑组织的潜在损伤，对比 IMRT 与 IMPT 在相同剂量条件下对 MRI 影像组学特征的影响。通过分析 113 例患者治疗前后的多序列 MRI 数据，发现 IMRT 组特征变化更显著，且 Delta_wavelet-HHL.65 或可作为剂量优化生物标志物，为放疗评估引入生物学维度。
放射治疗作为肿瘤治疗的核心手段之一，在杀灭癌细胞的同时，对正常组织的潜在损伤一直是临床关注的焦点。尤其是脑肿瘤患者，放疗可能导致长期认知功能下降、脑组织结构与功能损伤等问题。传统的基于物理剂量分布的评估体系（如剂量体积直方图 DVH）难以全面反映放疗对组织微环境的动态影响，而不同放疗技术（如光子与质子治疗）在相同剂量区域是否会引发不同的生物学效应，一直缺乏深入的影像学证据。
为填补这一研究空白，山东第一医科大学附属山东省肿瘤医院的研究团队开展了一项回顾性研究，旨在通过磁共振成像（MRI）影像组学特征分析，对比调强放射治疗（IMRT，使用 X 射线）与调强质子治疗（IMPT）对正常脑组织的影响差异，并探索影像组学在剂量优化和生物剂量评估中的应用价值。该研究成果发表在《BMC Medical Imaging》，为放疗技术的生物学效应评估提供了新视角。
研究纳入 2021 年 6 月至 2024 年 5 月期间接受脑部放疗的 113 例患者（44 例 IMPT，69 例 IMRT），收集治疗前及治疗后 1 个月的 T1、增强 T1、T2、T2-FLAIR 和 ADC 序列 MRI 数据。通过 3D Slicer 平台对图像进行预处理和刚性配准，基于放疗计划系统生成的剂量分布，将脑实质划分为高（70-90%）、中（50-70%）、低（30-50%）剂量区域作为感兴趣体积（VOI）。利用影像组学工具从每个 VOI 中提取 851 个特征（包括形状、一阶统计、高阶统计和波 let 特征），计算治疗前后的特征差值（Delta 特征），并通过非参数检验、效应量分析及相关性分析，比较两组间特征变化的差异。
研究结果
1. 影像组学特征变化的组间差异
非参数检验显示，IMRT 组中更多影像组学特征呈现显著变化（p<0.001），效应量分析进一步表明，IMRT 组中大多数特征在各剂量区域的变化幅度更大（p<0.05）。例如，Delta_wavelet-HHL.65 在 IMRT 组的效应量达 - 0.8，显示出最显著的变化。
2. 特征变化与剂量分布的相关性
33/34 个特征与剂量体积参数（如 V30、V40、V50）的相关性较弱（r<0.3），提示特征变化可能主要由放疗技术本身而非剂量分布驱动。值得注意的是，Delta_wavelet-HHL.65 在中高剂量区域与剂量参数呈中高度相关（最大 r=0.65，p<0.001），表明其可能作为反映局部剂量效应的生物标志物。
3. 可视化分析与生物学效应差异
通过箱线图和剂量 - 影像组学特征变化映射图可见，IMRT 组的特征变化强度显著高于 IMPT 组（颜色更深），且大部分变化与剂量分布无直接关联，提示 IMRT 可能通过诱导更广泛的氧化应激、炎症反应及 DNA 损伤（如通过非同源末端连接 NHEJ 修复途径），导致更显著的组织微结构改变。相比之下，质子治疗的布拉格峰特性使其能量集中于靶区，减少对周围组织的低剂量照射，且激活的炎症通路（如鞘磷脂途径）更少，从而减轻正常组织损伤。
结论与讨论
本研究首次通过纵向影像组学分析证实，即使在相似物理剂量条件下，IMRT 与 IMPT 对正常脑组织的微结构影响存在显著差异，且这种差异并非完全由剂量分布决定。传统的 DVH 评估需结合生物学效应维度，而影像组学特征（尤其是 Delta_wavelet-HHL.65）可作为补充工具，用于放疗剂量优化和早期损伤预测。
研究结果为临床推广 IMPT 提供了新证据 —— 其不仅能减少物理剂量暴露，还可降低组织微结构损伤风险。对于儿童肿瘤、遗传易感人群等需平衡靶区覆盖与正常组织保护的场景，影像组学分析有望成为个体化治疗策略的关键环节。未来需进一步开展长期随访研究，并结合机器学习构建剂量 - 影像组学联合模型，以推动精准放疗的发展。
研究的局限性包括样本量较小、缺乏临床预后数据及放射病理学验证，但已为放疗评估从 “物理剂量中心” 向 “生物效应导向” 的转变奠定了基础。
