《Scientific Reports》：Evaluation of deformable image registration vs offline adaptive replanning in post-op oral cavity cancer treated with volumetric modulated Arc therapy
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在术后口腔鳞癌辅助放疗中，显著的解剖结构变化会影响调强放疗的剂量精准性，从而需要计划调整。为探究传统自适应放疗(cART)与基于形变图像配准(DIR)的自适应放疗(dART)的差异，研究人员开展了一项前瞻性队列研究。研究发现，与离线计划相比，基于DIR合成CT(sCT)的计划在危及器官(OAR)保护方面有一定优势，但部分靶区(特别是低危计划靶区PTVLR)的覆盖度(V95%, D98%)显著下降。研究结果表明，目前DIR技术的几何精度（尤其是脊髓）仍需改进，其现阶段主要用于累积剂量评估，以判断是否需进行自适应计划。
在现代放疗技术飞速发展的今天，容积旋转调强放疗等高度适形的放射治疗技术，为头颈部癌症患者带来了更高的治疗精准度和更低的副作用风险。然而，硬币总有另一面。在术后口腔鳞状细胞癌患者接受辅助放疗的过程中，一个棘手的挑战随之浮现：患者的解剖结构会随着时间的推移而发生改变，例如肿瘤床区域的退缩、周围软组织的肿胀或萎缩，以及最直观的皮肤轮廓的变化。这些改变，对于依赖精确靶区定位和剂量投射的调强放疗而言，无疑是一场“计划赶不上变化”的考验。最初的放疗计划是基于治疗前拍摄的模拟定位CT影像精心设计的“作战地图”，但当患者的“地形”在数周的疗程中悄然改变时，这张地图的准确性就会大打折扣。剂量可能无法准确覆盖肿瘤区域，或者过多地“泼洒”到本应保护的重要正常器官上，如唾液腺、脊髓、下颌骨等，从而影响疗效或增加并发症风险。那么，如何应对这些变化，确保放疗的“子弹”能够始终精准命中目标呢？这就是自适应放疗理念的核心。传统上，当医生通过日常治疗时的锥形束CT影像发现显著变化时，会安排患者重新进行一次模拟定位CT扫描，并基于新的解剖图像重新制定放疗计划，这个过程称为离线自适应放疗。但重新扫描和计划耗时耗力，能否利用已有的每日影像，通过先进的图像处理技术来“推算”出新的解剖信息，从而快速生成新计划呢？这正是基于形变图像配准技术的新型自适应放疗所探索的方向。本研究正是为了深入比较这两种策略在真实临床场景下的表现，其成果发表在《Scientific Reports》上。
为开展这项研究，研究人员主要应用了以下几个关键技术方法：首先，他们纳入了术后接受辅助VMAT治疗且锥形束CT显示皮肤轮廓变化≥5毫米的口腔鳞癌患者队列。核心方法是利用形变图像配准技术，将治疗前的计划CT与治疗中获取的扩展锥形束CT影像在Velocity?软件中进行配准，从而生成一幅合成CT影像。随后，研究人员分别在传统的重新扫描CT和基于DIR生成的合成CT上，为同一患者设计新的VMAT计划，并对两者进行系统的几何学（如体积、戴斯相似性系数DSC、平均一致距离MDA）和剂量学（如平均剂量、剂量-体积直方图DVH）对比分析。
研究结果
患者特征与DIR的几何精度
研究前瞻性纳入了25名患者。通过戴斯相似性系数和平均一致距离评估，形变图像配准对于除脊髓（DSC=0.75）以外的所有结构都显示出了可接受的几何准确性。
初始计划在变化后解剖结构上的剂量投影
将最初的治疗计划直接“映射”到反映解剖变化后的合成CT上进行分析发现，低危计划靶区的覆盖度出现了显著损失（V95%p= 0.001; D98%p= 0.01），高危计划靶区的覆盖损失则不显著。与此同时，大多数危及器官的受照剂量有非显著性的增加，但下颌骨的剂量增加达到了统计学显著水平（p= 0.007）。
重新扫描CT与合成CT上结构体积的比较
对比基于重新扫描CT和合成CT所勾画的结构体积，研究发现高危计划靶区的体积增加了3.7%（p= 0.009），低危计划靶区体积增加了5.7%（p= 0.049）。除喉部体积减小外，其他危及器官的体积有2.4%至6.3%的非显著性增加。
基于两种影像的计划间剂量-体积直方图参数比较
剂量学比较显示，与基于重新扫描CT的计划相比，基于合成CT的计划对腮腺、下颌骨和喉部的剂量有非显著性的降低（分别降低0.6%、0.5%和5.8%），但对脊髓及其计划风险体积的剂量有轻微增加（分别增加2.6%和3.7%）。更重要的是，基于合成CT的计划其靶区覆盖度显著偏低：高危计划靶区的V95%降低了3.2%，D98%降低了3.8%；低危计划靶区的V95%降低了4.1%，D98%降低了4.3%。
研究结论与讨论
本研究系统比较了传统自适应放疗与基于形变图像配准的自适应放疗在术后口腔癌辅助放疗中的表现。结论指出，基于形变图像配准的自适应放疗方法在保护危及器官方面展现出一定优势，能够在一定程度上实现更好的器官豁免。然而，这种优势的取得是以牺牲部分靶区（尤其是低危计划靶区）的剂量覆盖为代价的，其靶区覆盖参数出现了显著下降。这突显了当前形变图像配准技术，特别是对于像脊髓这样的小体积、结构复杂的危及器官，其几何配准精度仍有待进一步提高。研究发现，与原始计划CT相比，在合成CT上大多数正常器官的体积呈现缩小趋势，而靶区体积则有所增加，这可能是导致剂量差异的部分原因。这些发现具有重要的临床意义。它们表明，在目前的技術水平下，形变图像配准技术尚不能完全替代基于重新扫描CT的离线自适应计划流程，成为生成新治疗计划的“金标准”。其更现实且价值巨大的应用场景在于“剂量累积”评估——即通过形变配准技术，将每日治疗实际递送的剂量准确地叠加、映射回原始计划CT或某一参考影像上，从而计算出在整个疗程中，靶区和危及器官实际接受的总剂量。这种“剂量复盘”能力，可以帮助临床医生更科学、更客观地判断在治疗过程中，患者的解剖变化是否已经导致了剂量学上的显著偏差，从而精准触发真正需要进行离线重新计划的时机，实现从“定期巡检”到“精准预警”的决策模式转变。因此，该研究为形变图像配准技术在自适应放疗中的合理定位和临床应用提供了关键证据，指明了未来技术改进应着重于提升配准精度，尤其是在确保靶区剂量覆盖不受损的前提下优化器官保护效果。
