呼吸运动对肺癌放疗剂量组学特征稳定性的影响：基于4DCT与形变配准的多方法评估

本研究针对呼吸运动导致的放疗剂量分布变异问题，通过4DCT扫描和三种形变配准方法，系统评估了24例肺癌患者GTV、PTV、心脏和肺区域的1488个剂量组学特征稳定性。结果显示5.0%特征CV≥20%，92.74%特征ICC>0.9，16.48%特征3D/4D剂量ND绝对值>0.4，为剂量组学模型构建提供了关键稳定性数据。

　　

在精准放疗时代，剂量组学（Dosiomics）作为新兴技术，通过从三维剂量分布矩阵中提取高通量特征，为预测放疗后生物学效应提供了新思路。然而，胸腹部肿瘤放疗中普遍存在的呼吸运动会导致剂量分布变异，这种被称为"分次内误差"的现象可能显著影响剂量组学特征的稳定性。尽管先前研究已探讨过剂量计算网格分辨率、像素间距等因素对特征的影响，但呼吸运动这一关键因素尚未被系统评估——这直接关系到剂量组学预测模型的临床转化可靠性。

浙江省肿瘤医院的研究团队在《Physica Medica》发表了一项创新研究，首次全面评估了呼吸运动对剂量组学特征稳定性的影响。该研究纳入24例接受4DCT扫描的肺癌患者，通过三种不同形变配准方法生成4D累积剂量，从GTV、PTV、心脏和肺四个感兴趣区域提取1488个剂量组学特征，采用变异系数（CV）、组内相关系数（ICC）和归一化差异（ND）等多维度指标进行稳定性评估。

研究采用多模态技术路线：首先基于平均强度投影（AIP）CT设计VMAT计划，将计划复制到10个呼吸时相CT计算剂量分布；随后使用Velocity和MIM软件的三种形变算法（弹性B样条/基于强度的约束自由形变）进行4D剂量累积；通过pyradiomics工具提取包括一阶统计量、灰度共生矩阵（GLCM）、灰度游程矩阵（GLRLM）等6类特征；最后采用Dice系数验证形变精度，并分析GTV体积、中心位移等运动参数与特征稳定性的相关性。

3.1 不同4D剂量方法的比较
GTV区域特征稳定性最差，8.5%特征CV>20%，而肺区域仅0.1%。一阶特征表现最优（GTV中84.7% CV≤5%），GLSZM组稳定性最低。ICC评估显示87.1%特征具有极好可靠性（ICC>0.9），但GTV区域GLRLM和GLSZM的多个特征（如ShortRunLowGrayLevelEmphasis）ICC<0.9。

3.2 3D与4D剂量特征的差异
PTV区域ND绝对值最大，16.48%特征|ND|>0.4。GTV中一阶特征（如10Percentile、RootMeanSquared）和GLRLM-ShortRunEmphasis差异显著，而肺区域仅GLCM-Imc2受影响。

3.3 运动与特征变化的相关性
62.6%特征与GTV体积显著相关，34.4%与GTV中心位移相关。值得注意的是，仅2.4%特征与GTV形状变化（Dice系数）相关，提示剂量特征变化主要受体积和位移影响。

该研究首次证实呼吸运动会导致特定剂量组学特征的不稳定，尤其影响GTV和PTV区域的纹理特征。这一发现对剂量组学研究具有双重意义：一方面提示在预测模型构建时需排除CV≥20%的不稳定特征（如GLSZM-SmallAreaLowGrayLevelEmphasis）；另一方面揭示了3D计划剂量与真实4D剂量间的显著差异，为改进放疗评估提供了量化依据。研究创新性地将4D剂量累积技术引入剂量组学验证体系，其提出的ND指标为特征稳定性评估建立了新标准。未来研究可进一步探索呼吸门控等技术对特征稳定性的改善效果，推动剂量组学在个体化放疗中的精准应用。