《Applied Radiation and Isotopes》：Spatial Collimation Sequencing Enhances Low-Dose Sparing and Geometric Robustness in Single-Isocenter SBRT for Multiple Liver Metastases
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针对多发性肝转移瘤立体定向放疗（SBRT）中的“岛效应”及旋转误差问题，提出空间阻挡序列策略的单等中心VMAT新方案，通过分区域治疗显著降低肝组织剂量（10.3 Gy vs. 10.7 Gy, p<0.001），并增强几何鲁棒性，减少辐射性肝病风险。
常飞公|云张|彭欧阳|侯金张|袁军|丁胜国|唐春波
江西省癌症医院暨研究所（南昌医学院第二附属医院）放射肿瘤科，中国江西省南昌市
摘要
目的
针对多发性肝转移（MLM）的有效立体定向体部放射治疗（SBRT）需要在消除肿瘤剂量的同时，将正常肝脏的照射量降到最低，以减轻放射诱导的肝病。传统的单中心容积调制弧形治疗（VMAT）由于“岛屿阻塞”效应和几何误差的敏感性，常常导致过量的低剂量暴露。为了解决这些问题，我们提出了一种新的策略，通过空间聚集肝脏病变来减少靶间泄漏并提高治疗的稳健性。
方法
这项回顾性研究包括了20名之前接受过SBRT治疗（5次分割，每次40 Gy）的患者。对于每位患者，生成了三种基于RapidPlan的自动化VMAT计划：传统单中心（rSiPlan）、多中心（rMiPlan）以及我们提出的基于空间准直序列的单中心VMAT计划（rSCSPlan）。在rSCSPlan中，根据病变的从头到尾的分布和束流的视角投影对病变进行分组，每组使用专用的弧形和固定的90°准直器角度进行照射，以减少不必要的颌部开合和MLC泄漏。同时也创建了手动对应的计划（mSiPlan、mMiPlan、mSCSPlan）。通过一致性指数（CI）、梯度指数（GI）和正常肝脏的平均剂量（mean Liver-GTVs）进行了剂量学比较。为了评估几何稳健性，对rSiPlan和rSCSPlan应用了6自由度（6DoF）的基线位移和旋转误差。通过广义估计方程（GEE）回归分析了靶区覆盖度下降（D95和V95），考虑了靶区和中心距离的影响。
结果
自动化计划（APs）在低剂量保护和治疗效率方面优于手动计划。虽然rSiPlan在一致性指数（CI）和梯度指数（GI）上略优于rSCSPlan，但其平均肝脏剂量（mean Liver-GTVs）较高，并且对旋转设置误差更敏感。与rSiPlan相比，rSCSPlan显著降低了正常肝脏的剂量（平均Dmean：10.3 Gy vs. 10.7 Gy，p<0.001），并且显示出最低的正常组织并发症概率（NTCP）。在模拟的6DoF误差下，rSCSPlan保持了更高的靶区覆盖稳定性：在1.5°的旋转下，V95的损失明显低于rSiPlan（差异为10.4%，p<0.05）。GEE建模证实，靶区和中心距离显著影响了治疗的稳健性，rSCSPlan在所有测试的扰动下都表现出较低的敏感性。
结论
rSCSPlan策略是一种临床可行且在剂量学上具有优势的方法，适用于多发性肝转移。通过减轻“岛屿阻塞”效应并提高空间稳健性，它实现了更好的肝脏保护并提高了对误差的抵抗力。这些优势支持其作为多发性肝转移患者个性化治疗方案的临床应用。
引言
目前针对多发性肝转移的局部治疗方法包括外科切除、消融、动脉内治疗和放射治疗（RT）[1]。传统的宽场、低剂量肝脏RT由于剂量不足而效果有限，而全肝照射的剂量增加显著增加了放射诱导的肝病（RILD）的风险[2]。立体定向体部放射治疗（SBRT）通过以毫米级精度向靶组织传递有效的消融剂量，同时保护正常肝实质并缩短治疗时间，解决了这些限制。临床证据强烈支持SBRT对肝脏恶性肿瘤的有效性，使其成为一种卓越的非侵入性替代方案[3]。然而，正常组织的毒性本质上依赖于风险器官（OARs）的剂量，RILD仍然是主要的剂量限制因素。因此，在多病变SBRT过程中最小化不必要的肝脏照射是一个重要的治疗目标[4]。
对于多发性肝转移的患者，传统的SBRT是通过多中心范式进行的，每个病变都使用独立的中心和不同的弧形或动态多叶准直器序列进行照射。这种方法在处理多个转移灶时不可避免地会将总治疗时间延长至数小时，增加了计划复杂性，并同时增加了治疗过程中运动不确定性的风险。容积调制弧形治疗（VMAT）在过去十年中代表了技术上的重大进步，通过生成高度适形的剂量分布显著缩短了治疗时间[5]。当代研究严格验证了单中心VMAT方法的剂量学完整性，使其成为肝脏和脑转移灶多靶点SBRT和立体定向放射外科（SRS）的基石策略[6]、[7]。我们机构的经验也证实，单中心VMAT在靶区适形性方面与多中心技术达到了剂量学上的等效性，而RapidPlan生成的自动化计划（APs）进一步显示出相对于手动优化计划的逐步但一致的质量提升[8]。
然而，单中心VMAT在多灶性肝脏SBRT中存在两个根本性限制：首先，由于“岛屿阻塞”现象，它会导致正常肝实质的不必要照射——这一剂量学挑战最初由Kang等人描述[9]——即共享的多叶准直器（MLC）叶片在其运动轨迹上的排列，加上较大的颌部开合，会加剧叶片间的剂量泄漏。这种效应在跨越多个靶区的剂量过渡区域最为明显。尽管已经提出了非共面束流排列来减轻岛屿阻塞[10]，但这些技术需要调整治疗床的位置，延长了治疗时间，并引入了额外的位置不准确性。其次，单中心多靶点VMAT固有的旋转不确定性在几何上放大了剂量覆盖度的下降；正如Roper等人在颅脑SRS中的实验所示，靶区剂量不足的风险随着病变体积的增加而增加，与旋转误差的大小成正比，与中心到靶点的距离成指数关系[11]——我们的初步肝脏SBRT分析也证实了这一空间敏感性特征[12]。
为了全面解决单中心VMAT中的“岛屿阻塞”和过大颌部开合这两个问题，从而降低RILD的风险，我们引入了基于病变从头到尾分布的空间准直序列方法。这项研究利用Varian公司的RapidPlan系统来实现这种序列方法，利用其可量化的低剂量减少能力，同时确保严格的剂量学基准测试。为了在资源不同的机构中保持临床适用性，分析中包括了手动和RapidPlan计划。此外，考虑到单中心多靶点对旋转不确定性的敏感性，我们通过六自由度（6DoF）误差模拟系统地量化了空间序列与传统方法之间的剂量覆盖度差异，从而在位置不准确的情况下提高了误差抵抗力。
部分片段
患者信息和靶区勾画
这项回顾性研究得到了机构审查委员会的批准，并免除了知情同意的要求，因为所有患者数据在分析前已完全匿名处理。研究共纳入了20名之前接受过SBRT治疗（2-4个肝转移灶）的患者。患者的平均年龄为48.7岁，范围从27岁到71岁。这些患者的详细临床特征总结在表1中。所有患者都接受了四维计算机断层扫描（4DCT）。
结果
所有治疗计划都成功实现了其目标，确保了PTV的一致性和可比的覆盖度。图2展示了使用rSiPlan、rMiPlan和rSCSPlan策略对一名多发性肝转移患者进行的轴向、矢状和冠状剂量分布示例。补充图S1展示了手动策略（mSiPlan、mMiPlan和mSCSPlan）的相应剂量分布。从图2所示的三维视角来看，
讨论
在这项研究中，我们为多发性肝转移患者引入了一种新的基于单中心VMAT的空间准直序列策略。相应的治疗计划是通过自动化计划（APs）和手动方法生成的。正如先前文献中所观察到的，APs在整体计划质量上表现出适度但一致的改进。我们提出的方法涉及将肝脏病变垂直分组，并为每个组分配一个独立的弧形，准直器角度为90°。
结论
对于多发性肝转移患者，基于空间准直序列的单中心VMAT策略（rSCSPlan）在临床上是可行的，并且在剂量学上具有优势。尽管rSCSPlan在一致性指数和剂量梯度方面略逊于rSiPlan，但它提供了更好的肝脏保护，减少了正常肝实质的低剂量照射，并提高了对治疗期间和设置相关位置误差的抵抗力
CRediT作者贡献声明
丁胜国：概念构思、资源提供。彭欧阳：研究实施。云张：数据管理、研究实施、资源提供。袁军：数据管理、正式分析。侯金张：数据管理、正式分析。常飞公：概念构思、数据管理、正式分析、研究实施、方法学设计、软件开发、可视化、初稿撰写。唐春波：概念构思、方法学设计、项目管理、资源协调、监督、审稿与编辑
伦理批准声明
该研究已获得江西省癌症医院机构审查委员会和伦理委员会的批准，批准编号为2023ky194。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
资助
作者感谢国家自然科学基金对青年科学家的支持（资助编号12505400）。
利益冲突声明
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