C型臂直线加速器与MR Linac肝SABR中屏气与腹部加压的比较：一项单中心回顾性计划研究

《Physica Medica》：Comparison of breath hold and abdominal compression for liver SABR on C-arm Linac and MR Linac: A single institution retrospective planning study

　　

背景：呼吸运动是肝脏精确立体定向消融放疗(stereotactic ablative radiotherapy, SABR)面临的挑战。本研究比较了常规C型臂直线加速器(C-arm linear accelerators, Linacs)与磁共振直线加速器(magnetic resonance Linacs, MR Linacs)上，腹部加压(abdominal compression, AC)、屏气(breath hold, BH)和自由呼吸(free-breathing, FB)策略对肝脏SABR的剂量学影响。方法：研究人员对5例接受肝脏SABR的患者使用T2加权turbo-spin echo和cine-MRI采集FB及AC图像，并使用mDixon采集BH图像。基于量化运动扩展大体肿瘤体积(gross tumour volume, GTV)生成FB和AC的内靶区(internal target volume, ITV)，并添加5 mm计划靶区(planning target volume, PTV)边界。研究人员为FB、AC和BH生成计划，处方剂量为4000 cGy分5次照射至PTV。评估了靶区覆盖率和危及器官(organs at risk, OARs)剂量。结果：BH计划在两种平台上均提供了更优的靶区覆盖率，并使大多数OARs剂量最小化。中位GTVexhale大小为17.77 cc，中位PTV大小为51.96 cc (BH)、89.99 cc (AC)和79.59 cc (FB)。在C型臂Linac上，BH实现了最高的平均Dmin (2969 cGy)和D95% (3888 cGy)。在MR Linac上，BH也显示出最高的平均Dmin (3056 cGy)和D95% (3916 cGy)。AC和FB计划导致较高的OAR剂量。结论：所有评估的运动管理策略均产生了可接受计划，但在两个平台上BH均提供了最佳的整体靶区覆盖并减少了OAR剂量，尽管策略间差异总体较小。因此，应根据患者可接受性和剂量学获益逐例选择运动管理策略。

该研究发表于《Physica Medica》。研究背景方面，原发性肝癌包括肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是癌症相关死亡的第三大原因，且发病率因肥胖和乙丙型肝炎感染呈上升趋势，肝脏也是结直肠癌和乳腺癌等其他部位转移的常见部位。立体定向消融放疗(SABR)常用于原发和转移性肝癌，以陡峭剂量梯度输送高剂量辐射，最大限度减少周围组织损伤，可在配备锥形束计算机断层扫描(cone beam computed tomography, CBCT)图像引导的C型臂直线加速器(Linac)或具有卓越软组织对比度的磁共振Linac(MR Linac)上实施。呼吸运动会损害放疗准确性并增加危及器官(organs at risk, OARs)辐射剂量，呼吸引起的腹部器官运动通常≤15 mm，亦有>20 mm的报道。历史上自由呼吸(free-breathing, FB)呼吸运动被量化并采用内靶区(internal target volume, ITV)法纳入治疗计划，导致大照射体积，对FB运动较大(通常>5 mm)的SABR患者不再视为最优，因其可能增加OAR剂量。其他肝脏SABR呼吸运动管理策略包括腹部加压(abdominal compression, AC)和屏气(breath hold, BH)。AC是被动策略，通过装置压迫腹部限制呼吸幅度，可将运动减至≤10 mm，但部分患者无改善甚至增加，受益因装置而异。BH前提是患者屏气治疗时理论上消除呼吸运动，可使FB靶区体积平均减少47%，相比FB降低OAR剂量，但其效果高度依赖多因素，如成像与治疗需多次BH穿插短暂正常呼吸，需可靠监测识别重现性差BH及单次BH内解剖漂移，变异具患者特异性，报道屏房间变异>5 mm甚至>10 mm，单次BH内尽管门控窗窄仍有高达10 mm内部漂移，此外BH位置如吸气vs呼气、生物反馈模式如听觉vs视觉进一步影响重现性与准确性。AC与BH均非适用于所有患者的通用方案，受患者耐受、合并症等限制，目前缺乏二者直接比较尤其是计划剂量学的报道，2024年系统评价强调此为关键证据缺口。此外虽未确定不同放疗平台理想策略，其表现与实用性不仅取决于患者因素，还取决于平台特性如图像引导模态、运动监测、照射延迟，MRI引导与CBCT引导直线加速器差异显著，缺乏直接比较FB、ITV计划和辅助BH跨两系统的实证证据，不确定策略与平台组合何者提供最稳健高效的运动管理，如MR Linac连续无额外辐射剂量运动监测可能影响临床实施，故需跨两平台系统计划比较表征不同临床场景剂量学表现。本研究为单中心回顾性计划研究，旨在基于计划靶区和OAR剂量评估AC与BH作为跨治疗平台运动管理策略的有效性，假设AC与BH较FB减少OAR剂量并改善靶区覆盖，且BH较AC在双平台更优。

研究人员开展了以下主要关键技术方法：研究设计为单机构观察性成像研究(QUANTUM, NCT04748094)，经研究伦理委员会批准，纳入5例在C型臂Linac接受腹部放疗且行肝脏SABR分5次的成人患者并签署知情同意。图像采集方面，常规治疗计划在专用放疗Big Bore CT扫描仪行4维计算机断层扫描(4-dimensional computed tomography, 4DCT)和自愿终呼气BH计划CT(pCT)并使用气动AC带，随后在治疗周期内至少一次在1.5 T Unity MR Linac成像，同次访视采集FB和同AC带的T2加权3D turbo-spin echo(TSE)图像及FB和AC的单层三平面balanced fast field echo(cine-MRI)，其间采集10次音频引导自愿终呼气BH的mDixon扫描各17.9 s，选单代表性扫描用于计划，用mDixon同相重建。靶区与OAR定义由单一观察者在RayStation(V11B)治疗计划系统(treatment planning system, TPS)进行，OAR依MRI勾画图谱勾画并对胃肠(gastrointestinal, GI) OAR加5 mm各向同性计划风险体积(planning at risk volume, PRV)，GTV在4DCT呼气相勾画后刚性配准传播至MRI并手动调整，FB和AC运动在cine-MRI用MATPEL软件测3D位移取各轴向最大范围各向异性扩展GTV生成ITV，按机构实践加各向同性5 mm临床靶区(clinical target volume, CTV)边界(HCC不加)，ITV加5 mm各向同性成原始PTV并在TPS内裁剪至肝脏边界及距GI OAR PRV 5 mm生成裁剪PTV。剂量处方依皇家放射医师学会(RCR)HCC指南选4000 cGy分5次至95%裁剪PTV，OAR约束依文献，部分转移瘤患者重复5000 cGy建模。计划方面所有计划仅用MRI并施整体电子密度覆盖为标准本地MR Linac实践，C型臂Linac用RayStation collapsed cone算法及VMAT，MR Linac用Monaco GPU Monte Carlo剂量算法及IMRT，均按预定义约束等级优化并归一至95%裁剪PTV受100%处方量。计划评估分平台评运动管理策略，用描述统计评靶区体积、GTV、PTV、裁剪PTV剂量指标及OAR剂量，记录监测单位(monitor units, MU)。

研究结果如下：

3.1. Patient and plan details：纳入5例肝脏SABR患者，靶区均位于中下叶，FB平均cine衍生运动头尾(craniocaudal, CC)14.26±4.18 mm、前后(anterior-posterior, AP)6.90±2.84 mm、左右(left–right, LR)3.73±2.33 mm，AC平均CC 10.45±5.03 mm、AP 8.01±4.10 mm、LR 5.69±3.51 mm，共生成30个计划每平台15个。除MR Linac上一例AC计划平均肝剂量(mean liver dose, MLD)超标外均成功生成4000 cGy且OAR达标计划，该例原临床剂量3421 cGy可能因此。FB原PTV裁剪量大于AC。C型臂Linac除一例AC计划需第三弧外均用至多2 VMAT弧。

3.2. Target volume：中位GTV大小17.77 cc(5.99–39.12 cc)，中位原始PTV大小FB 79.59 cc(68.51–192.79 cc)、AC 89.99 cc(54.87–161.74 cc)、BH 51.96 cc(27.80–147.94 cc)。中位原始PTV因GI OAR和肝边界裁剪体积为FB 11.53 cc(0–56.47 cc)、AC 9.95 cc(1.45–26.89 cc)、BH 2.53 cc(0.77–3.85 cc)。AC中位原始PTV大于FB但FB因范围宽需更多裁剪。

3.3. Target dose：双平台FB计划未裁剪PTV覆盖最低变异最大(D_min、D_99%、D_95%)，继之以AC和BH。热点(D_2%)双平台FB最高。3例5000 cGy亚组C型臂Linac未裁剪PTV平均D_95% BH 4916±75 cGy、AC 4401±924 cGy、FB 3922±900 cGy，MR Linac BH 4942±87 cGy、AC 4699±459 cGy、FB 4586±666 cGy。C型臂Linac未裁剪PTV平均D_min和D_95% BH为2969±689 cGy和3888±205 cGy，AC 2317±1019 cGy和3504±658 cGy，FB 2254±1001 cGy和3525±602 cGy。裁剪PTV C型臂最高平均D_min为AC 3668±404 cGy，FB 3186±486 cGy，BH 3168±601 cGy。裁剪PTV D_min平台间差异可能因计划技术不同及大标准差的患者间变异而非AC真实差异。

3.4. OAR dose：除前述MR Linac AC计划外所有计划满足OAR约束。C型臂Linac计划除胃(所有参数)、联合肾(D_200cc)、心脏(所有参数)外BH通常OAR剂量更低，上述分别为AC、AC、FB最低。C型臂BH十二指肠D_{0.1 cc}组均值较AC和FB分别低58.24%和61.21%，小肠分别低69.95%和74.70%。MR Linac计划除心脏、左肾、食管、脾、脊髓管外BH关键约束OAR剂量通常更低，MR Linac BH大肠D_{0.1 cc}较AC和FB低29.82%和35.21%，十二指肠低43.23%和54.79%，小肠低72.76%和76.38%。

3.5. Plan complexity：C型臂Linac BH和AC平均MU相似，FB略高，分别为1161±205 MU、1161±186 MU、1283±139 MU。MR Linac平均计划MU高于C型臂，AC平均MU最低1415±154 MU，FB 1532±191 MU，BH 1621±303 MU。

讨论部分总结：本研究首次比较C型臂Linac与MR Linac三种运动管理策略肝脏SABR计划，所有策略均达剂量学目标，假设成立即BH在双平台通常展现更有利靶区和关键OAR剂量学，假设优良BH重现性与稳定性，除一例MLD约束患者原处方低于4000 cGy。研究优势为单访视每患者多策略图像限制内外变异，局限包括样本小、计划者未盲可能需多观察者或自动计划验证、评估策略内非直接跨平台比较故表观差异可能反映算法磁场束模型不影响策略内相对比较、cine-MRI量化运动非标准流程且ITV可能大于4DCT但基于证据不致系统高估真运动、C型臂评估或有偏但同协议内比较仍有意义。两系统照射差异代表现实场景，MR Linac用IMRT离散段调制，C型臂用VMAT连续弧调制，差异微小与文献可比，VMAT MU少减治疗时间与提升依从性。MR Linac用简单体电子密度覆盖致剂量差异小(≤3%)但需临床考虑，统一覆盖减变异是优势，未来可用合成CT如深度学习。处方符合HCC与胆道瘤临床实践，转移瘤通常更高剂量但受多因素影响用等毒处方。PTV统一5 mm各向同性为流比较或保守，未正式边缘分析，相同边缘保可比，BH内残余运动≤5 mm但需7–12 mm边缘报，FB和AC基线漂移可用内IGRT校正，所有PTV裁剪一致或引入偏差但未来可探替代计划。BH双平台原PTV和裁剪PTV覆盖改善，AC和FB因裁剪致高剂量非真实代表，原未裁剪PTV覆盖更可取，与既往报道BH减PTV一致。BH通常OAR剂量较低除胃因呼气位致颅向近照射区，与既往BH减肝剂量一致，除一例MLD未达AC外均满足约束。计划交付与耐受性超出范围，AC不适证据少，BH需多次20–30 s及间歇影响效率重现性与耐受，吸气BH稍长于呼气BH但变异大需考量依从。全球策略可及性不同非皆可行，研究显示三策略大多达目标表明多途径有效依资源与患者特征，未来应评个体最适策略选则含体验设备解剖并积剂量患者报告结局(proportion-reported outcome measures, PROMs)与毒性澄清获益支持决策。

结论部分翻译：研究人员评估了C型臂Linac和MR Linac上三种运动管理策略对肝脏SABR的剂量学影响。三种策略均产生达到剂量学目标的计划，突显多种方法可依本地资源与患者特征生效。BH和AC通常较FB显示更好靶区覆盖和减少OAR剂量，BH通常优于AC，但这些发现假设优良BH重现性且应在策略间不同边缘法背景下解读。未来工作应聚焦于逐例患者个性化运动管理策略选择。

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