基于射野边缘剂量分数的三维剂量不确定性图谱在容积调强弧形治疗计划中的应用研究

为解决VMAT（容积调强弧形治疗）计划中射野边缘剂量不确定性缺乏三维空间评估的问题，研究人员开发了基于射野边缘剂量分数（FED）的3D不确定性图谱（3DUMFED）。通过分析12例临床计划及其复杂度调整版本，发现高FED值（>20%）主要分布于靶区（PTV）外缘，且复杂度增加会显著提升PTV内FEDmean。该研究首次实现剂量不确定性的三维可视化，为临床评估复杂计划的风险区域提供了新工具。

　　

现代放射治疗技术如容积调强弧形治疗（VMAT）通过复杂射野形状实现精准剂量分布，但射野边缘区域的剂量计算与交付差异可能引发临床风险。传统复杂度指标如边缘面积指标（EAM）虽能评估计划整体复杂性，却无法定位不确定性在患者体内的空间分布。这一局限促使研究人员探索三维剂量不确定性量化方法。

瑞典研究团队在《Physics and Imaging in Radiation Oncology》发表研究，开发了基于射野边缘剂量分数（Fraction of Edge Dose, FED）的三维不确定性图谱（3D Uncertainty Map, 3DUM_FED）。该技术通过将VMAT弧分解为静态射野，计算每个体素剂量中源自射野边缘（MLC或准直器定义的2.5 mm区域）的比例，生成可叠加于CT影像的三维热图。研究纳入12例临床病例（前列腺、头颈、肺和妇科肿瘤），每例生成标准、简化及复杂化三种计划，共36个计划进行分析。

关键技术包括：1）利用Eclipse脚本接口（ESAPI）实现自动化的射野分解与剂量计算；2）体素坐标投影至射野方向（BEV）算法；3）定义FED_mean（平均边缘剂量分数）和FED_{2 cm}³（2 cm³体积内最大FED）作为量化指标；4）与EAM进行Spearman相关性分析。

研究结果显示：

1. 三维分布特征：高FED区域（>20%）集中分布于PTV外缘，复杂计划中该区域向PTV内部延伸（图2）。剂量水平与FED呈正相关，复杂计划中同一剂量区间FED更高（图3）。
2. 器官特异性差异：PTV的FED_mean与EAM强相关（ρ=0.93），但OAR（如脊髓、腮腺）的FED_{2 cm}³相关性较弱（ρ=0.55）（表1），提示EAM主要反映PTV相关不确定性。
3. 复杂度影响：简化计划的PTV-FED_mean始终最低，但部分OAR（如前列腺案例3的直肠）在临床计划中FED最高，表明复杂度调控对不同器官的影响存在异质性（图4）。

讨论指出，3DUM_FED首次实现了射野边缘不确定性的三维空间解析，其临床价值体现在：1）识别高风险区域（如紧邻PTV的OAR）；2）指导复杂度优化策略，避免单纯依赖EAM导致的局部剂量失控；3）为质量审计和多中心计划比较提供空间评估工具。研究局限性包括未量化绝对剂量误差，且最佳射野边缘距离需进一步验证。

该研究将传统二维复杂度评估拓展至三维空间，为精准放射治疗的风险可视化树立了新范式。未来结合GPU加速与优化算法整合，有望推动3DUM_FED成为临床计划评估的标准工具。