直肠癌MRI引导在线自适应放疗中基于肿瘤特征的个体化靶区边界优化研究

本研究针对直肠癌短程放疗(SCRT)中肿瘤位置对靶区运动的影响，通过1.5T MR-Linac平台对77例患者进行多时点MRI监测，首次系统量化了远端与近端直肠肿瘤在前后(AP)和头脚(CC)方向的位移差异。研究发现远端肿瘤需6.7mm AP边界而近端仅需3.5mm，为个体化靶区勾画提供了循证依据，对实现精准剂量提升具有重要意义。

　　

在直肠癌治疗领域，器官保留策略的兴起为患者带来了新的希望，但临床完全缓解(cCR)率低下仍是制约该策略广泛应用的主要瓶颈。现有研究表明，提高放疗剂量可显著提升病理完全缓解(pCR)率，然而传统外照射技术因直肠肿瘤显著的分次内运动而难以安全实施剂量提升。这一矛盾的核心在于：为覆盖运动不确定性而设置的统一计划靶区(PTV)边界，往往导致周围正常组织受到不必要的照射。荷兰癌症研究所(The Netherlands Cancer Institute)的研究团队在《Radiation Oncology》发表的最新研究，通过高场强磁共振直线加速器(1.5T MR-Linac)系统，首次揭示了肿瘤解剖位置与运动模式的定量关系，为个体化边界设定提供了重要依据。

研究采用多模态技术路线：首先建立包含77例接受5×5Gy短程放疗(SCRT)患者的观察队列，通过治疗前T2加权MRI确定基线特征；利用nnU-net架构开发肿瘤自动分割模型，经患者特异性微调后应用于治疗后MRI(MRI_post)分割；采用质心位移(COG)量化MRI_adapt与MRI_post间的分次内运动；基于Van Herk公式计算不同亚组的PTV边界；最后通过线性混合效应模型分析肿瘤体积、周径和位置对运动的影响。

肿瘤体积动态变化特征

研究观察到从第1至第5分次间肿瘤体积中位数减少23%（范围：-62%-32%），这一早期响应模式与长程放化疗研究报道相符，为动态调整治疗策略提供了影像学依据。

位移模式的空间异质性

关键发现显示：远端肿瘤（距肛缘≤5cm）在AP方向呈现显著后移趋势（中位数-1.4mm），而近端肿瘤（>5cm）则表现为前移（0.8mm）；头脚方向位移同样存在差异，远端肿瘤主要向尾侧移动（-2.0mm），近端肿瘤位移幅度较小（-1.0mm）。这种解剖依赖性运动模式通过膀胱充盈状态的影响得到合理解释：膀胱扩张推动远端肿瘤向后下方移位，而对近端肿瘤可能产生反向作用。

边界计算的革新方案

基于位移数据分析，研究提出个体化边界方案：远端肿瘤需6.7mm AP边界（近端3.5mm）；头脚方向采用非对称边界（远端：头侧2.0mm/尾侧6.0mm；近端：3.2mm对称边界）。值得注意的是，左右方向(LR)位移与肿瘤位置无显著相关性，统一采用2.8mm边界即可满足临床需求。

这项研究通过精确量化解剖位置对肿瘤运动的影响，首次建立了直肠癌自适应放疗的个体化边界计算体系。其临床意义体现在三方面：对远端肿瘤患者，6.7mm AP边界较传统5-6mm方案更精准覆盖实际运动范围；对近端肿瘤患者，AP边界可安全缩减40%以上；非对称边界的应用进一步优化了剂量分布。该成果为后续开展剂量提升试验提供了关键技术支撑，使直肠癌器官保留治疗向精准化迈出关键一步。研究采用的深度学习辅助分割策略（中位DSC>0.85）也展示了人工智能在放疗流程优化中的实用价值。未来研究可进一步细分近端肿瘤亚组，并探索联合腹腔压力调节等策略对运动控制的效果。