基于锥形束CT的前列腺放疗期间运动与剂量畸变评估：三种定位误差估计方法的比较研究

针对前列腺放疗中因6自由度(6DoF)运动导致的剂量畸变问题，本研究通过对比三种基于锥形束CT(CBCT)的定位误差估计方法，发现治疗后CBCT静态定位法(Scenario3)能最准确检测靶区位移和CTV D99.5%剂量缺失（灵敏度86-91%），为缺乏实时影像的临床中心提供可靠的质量控制方案。

　　

在精准放疗时代，前列腺癌治疗面临一个关键挑战：尽管剂量提升至80 Gy可提高疗效，但前列腺的6自由度运动（6DoF，含平移和旋转）会导致靶区剂量畸变。目前，实时运动监测依赖CyberKnife或MR-linac等昂贵设备，而常规直线加速器仅能通过二维kV影像部分监测。如何利用广泛可及的锥形束CT(CBCT)技术评估运动对剂量的影响，成为亟待解决的临床问题。

为此，研究人员对18例高危前列腺癌患者开展前瞻性研究。这些患者接受VMAT放疗，在174个分次中采集治疗前CBCT、治疗中每3秒触发的kV影像（作为金标准）及治疗后CBCT。通过自主研发的DoseTracker软件，比较三种CBCT估计方案：治疗前CBCT静态假设(Scenario1)、前后CBCT线性漂移模型(Scenario2)、治疗后CBCT静态假设(Scenario3)。关键技术包括：基于千伏级影像监测(KIM)算法的6DoF运动追踪、时间分辨剂量重建技术，以及前列腺CTV D_99.5%剂量评估体系。

【研究结果】

1. 前列腺运动特征：
   数据显示最大位移发生在AP(1.7±1.7 mm)和CC方向(1.8±1.8 mm)，LR轴旋转(pitch)达-2.2±7.8度。关键发现是62%的位移发生于治疗前CBCT至首次照射间隔（平均380秒），而治疗中位移较小。

2. 定位误差估计准确性：
   Scenario3表现最优，平移误差RMSE为0.6-1.1 mm，显著优于Scenario1的1.1-1.8 mm。对于3 mm位移检测，Scenario3灵敏度达100%(LR)/71%(AP)/81%(CC)，特异性保持94-97%。

3. 剂量畸变评估：
   当CTV D_99.5%下降>3%时，Scenario3检测灵敏度达91%（Scenario1仅9%）。典型病例显示，Scenario3成功捕捉到16%的剂量缺失，而Scenario1完全漏诊。

4. 时间动态分析：
   线性漂移模型(Scenario2)虽表现接近Scenario3，但因需时间插值增加操作复杂度，且对治疗后即刻位移敏感度较低。

【结论与意义】
该研究首次系统论证了治疗后CBCT静态假设在评估前列腺运动剂量效应中的优越性。其核心价值在于：

1. 临床实用性：仅需常规CBCT设备即可实现90%以上的剂量缺失检出率，适用于资源有限机构；
2. 保守性原则：Scenario3会轻微高估剂量误差（斜率1.06），但正符合放疗QA的"安全优先"理念；
3. 技术普适性：该方法可拓展至盆腔淋巴结等靶区评估，为SBRT等大分割方案提供质量保障。

这项发表于《Physics and Imaging in Radiation Oncology》的研究，为前列腺精准放疗树立了新的质量评估标准，其提出的"治疗后即刻成像"原则，可能改变现有CBCT临床应用范式。未来可结合MR-CBCT融合成像进一步优化模型，以捕捉更瞬时的运动变化。