纳入避让结构的单弧与双弧容积调制弧形疗法在伴有模拟双侧髋关节假体的前列腺癌中的剂量学及鲁棒性比较

《Medical Dosimetry》：Dosimetric and robustness comparison of single- and double-arc volumetric-modulated arc therapy incorporating avoidance structures for prostate cancer with simulated bilateral hip prostheses

　　

摘要

本研究比较了单弧（SA）与双弧（DA）容积调制弧形治疗（VMAT）在针对模拟双侧髋关节假体患者的前列腺癌治疗中的剂量学性能及稳健性，两种方案均纳入了避让结构（AS）。共回顾性分析了15例无髋关节假体的前列腺癌病例。通过将双侧股骨头赋予钛等效的CT值来模拟双侧髋关节假体。在相同的剂量约束条件和全弧几何构型下，配置AS以抑制射线进入假体区域，分别生成SA和DA计划。比较了靶体积和风险器官的剂量学指标。通过模拟图像引导摆位校正中对临床靶体积（CTV）在前后方向（A-P）及上下方向（S-I）进行5毫米和10毫米偏移，评估计划的稳健性；CTV D_98%作为主要稳健性指标。在相同的计划条件下，DA在多个计划靶体积（PTV）和直肠剂量参数上表现出具有统计学意义的优越性；然而，绝对差异较小。SA计划在中等剂量区域表现出更大的不对称性。在后方和下方摆位校正条件下，DA表现出显著优于SA的稳健性，而上方摆位校正仅显示出边缘性显著差异。在后方和下方摆位校正条件下，SA与DA之间的CTV D_98%绝对差异≤0.6 Gy，表明其临床相关性有限。在前方摆位校正条件下，未观察到CTV D_98%的显著差异。在10毫米前方偏移条件下，两种方案的CTV覆盖均有所降低，SA平均降低1.7%，DA平均降低1.6%。DA VMAT在后方和下方摆位校正条件下表现出略微优越的稳健性，而SA在理论上具有更短的照射时间的情况下，实现了相当的整体计划质量。对于两种方案而言，仔细考虑前方内部误差、包括考虑髋关节假体的治疗计划优化策略以及严格的患者准备方案，仍然至关重要。

引言

前列腺癌是一种主要影响老年男性的恶性肿瘤，体外放疗（EBRT）被广泛采用为局限期至局部晚期患者的标准治疗选择之一。¹ 近年来，调强放射治疗和容积调制弧形治疗（VMAT）的广泛普及，使得靶体积的高适形剂量分布成为可能，同时显著降低了对邻近风险器官（OAR），包括直肠和膀胱的辐射剂量。² 这些技术进步有助于改善治疗效果和毒性反应。³

与此同时，随着前列腺癌患者群体的逐渐老龄化，接受放疗的髋关节置换术后患者数量正在增加。^4,5 髋关节假体通常由钛合金等高密度材料组成，这通常会导致计算机断层扫描（CT）图像上的金属伪影，降低剂量计算准确性，并由于金属-骨界面的背散射和扰动而引入剂量不确定性。因此，美国医学物理学家协会第63工作组建议尽可能避免射线路径穿过髋关节假体。⁶ 此类避让策略显著限制了束角选择，并可能导致直肠和膀胱剂量增加或靶体积内剂量均匀性受损。迄今为止，关于髋关节假体VMAT前列腺患者的可行性和有效性研究主要采用基于避让扇区或部分弧的技术。^7,8 特别是，巨大的角度避让需求降低了双侧髋关节假体患者的计划质量和稳健性，这构成了一个重大的临床挑战。

在这一背景下，避让结构（AS）功能作为Eclipse治疗计划系统（Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA）最近实施的一项供应商专属计划功能，因通过多叶准直器（MLC）调制来抑制射线进入髋关节假体，且无需显式的机架角度限制，作为一种新方法而引起了关注。Nadhum等人发现，纳入了AS的VMAT计划相比传统的避让扇区方法，在靶覆盖率和摆位不确定性的稳健性方面均表现更优。⁹ 尽管之前的研究比较了无髋关节假体患者中单弧（SA）和双弧（DA）VMAT技术在前列腺癌中的应用，¹⁰ 但由于高密度植入物显著改变了束排列约束，这些发现对髋关节假体患者的适用性仍不确定。相比之下，在涉及髋关节假体的研究中，主要调查的是DA方法，包括单侧髋关节假体病例的模拟，^11,12 后者施加的计划约束条件较为宽松。据我们所知，目前没有研究调查过在髋关节假体患者中使用SA策略。因此，作为识别AS-VMAT最佳弧配置的第一步，本研究旨在比较评估模拟双侧髋关节假体病例中SA和DA VMAT计划的剂量学特征。通过此分析，我们旨在确定每种方法的有效性，并为该临床上极具挑战性的场景中前列腺放疗制定最佳照射条件。

章节摘录

患者与勾画

本回顾性研究纳入了2023年8月至12月在我院接受VMAT治疗的15例连续前列腺癌患者。所有患者均取仰卧位接受治疗。临床靶体积（CTV）定义为前列腺及整个精囊腺，通过在CTV上施加5毫米各向同性边缘来生成计划靶体积（PTV）。勾画用于分析的风险器官包括膀胱和直肠。直肠勾画范围

结果

图3展示了代表性的剂量分布。SA计划中在中等剂量区域观察到明显的不对称性（如图3中红色箭头所示），而在两种计划方法之间的高剂量集中程度方面未发现显著差异。表2总结了剂量学指标。在某些PTV和直肠参数上观察到具有统计学意义的差异；然而，这些差异的绝对大小

讨论

当治疗计划条件（包括剂量约束）在两种计划方法之间尽可能一致时，SA计划在PTV D_2%、HI以及直肠D_2%、V_70Gy和V_50Gy方面表现出统计学意义上的较差性能。然而，这些差异的绝对大小较小，处于可通过剂量约束的微调或优化策略的改进来充分缓解的范围内。因此，至少

结论

本研究调查了在使用AS的模拟双侧髋关节假体前列腺癌病例中SA和DA VMAT的剂量学特征。在相同的剂量约束条件下，DA在多个与PTV和直肠相关的剂量指标上表现出统计学意义上优于SA的性能；然而，这些差异的绝对大小较小。SA方案在中等剂量区域表现出更明显的不对称性，并导致了显著更大的剂量

资助

本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何特定资助。

Takahiro Kato|Takaomi Harada|Yuki Moriya|Hisashi Sato