《Frontiers in Oncology》：Factors requiring adaptive re-planning in carbon ion radiotherapy for head and neck cancers
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本研究通过对头颈部癌症碳离子放疗过程中解剖结构变化的回顾性分析，揭示了肿瘤增大是导致剂量分布变形、进而需要自适应再计划的最主要原因。文章量化了再计划的必要性，为优化此类精准放疗策略、保障治疗效果提供了关键依据。
引言
针对头颈部癌症的放射治疗过程中，患者常发生体重减轻、肿瘤缩小等解剖结构变化，这可能引起靶区剂量降低和正常组织剂量增加等剂量分布变形。虽然调强放疗和质子治疗已有多种自适应治疗策略的报道，但碳离子放疗因其卓越的物理剂量分布和生物学效应，在获得优异局部控制率和安全性的同时，也对束流路径上电子密度的解剖结构变化更为敏感。群马大学重离子医学中心会在治疗期间每周获取计算机断层扫描图像进行评估，并在观察到非预期的剂量分布变化时进行离线再计划。然而，关于解剖结构变化的发生率、再计划原因及其对剂量学参数影响的详细信息仍不清楚。本研究旨在量化头颈部癌症碳离子放疗中特有的解剖结构变异，并回顾性评估治疗期间需要再计划的因素。
方法
本研究回顾性评估了2020年在GHMC接受头颈部癌症碳离子放疗的37名患者，共计146次CT扫描。治疗计划采用两步扩展束CIRT，前9次和剩余次数的照射使用不同的靶区设定。治疗计划软件为Xio-N，总剂量范围52.8至70.4 Gy(RBE)，分12或16次照射，每周4次。每周在首次照射前一天以及第5、9、13次照射前获取CT图像。
再计划评估：患者被分为（A）未再计划、（B）已再计划或（C）通过改变照射野分次数进行计划适应三类。对于（B）和（C）组，剂量分布在每周CT上重新计算，并分类为（a）未再计划、（b）已再计划、（c）通过改变照射野分次数进行计划适应和（d）未再计划但剂量分布恶化。由经验丰富的放射肿瘤学家评估计划适应的原因和剂量分布变形的成因。
剂量分布评估：针对因肿瘤大小和束流路径密度变化而进行再计划的两个病例，评估了三种剂量分布：（1）治疗计划剂量分布、（2）按原计划无适应照射时的剂量分布、（3）再计划后的实际剂量分布。评估了临床靶区CTV1和CTV2的最大剂量、最小剂量和接受95%处方剂量的体积百分比V95，以及脑干和视神经等危及器官的最大剂量。
结果
患者和再计划概况：肉瘤患者的再计划发生率为80%，高于非鳞状细胞癌的21%。总体上，30%的患者进行了再计划，5%的患者改变了照射野分次数。基于CT模拟次数的评估显示，约54%的周次CT扫描中剂量分布恶化。
计划适应原因与剂量变形成因：计划适应的主要原因是CTV剂量降低，占适应计划患者的88%。剂量分布变形的主要原因是肿瘤大小变化，占69%，其中64%为肿瘤增大。肿瘤宽度约增加2-4毫米。束流路径变化（如上颌窦和鼻腔填充物体积变化）占31%，可导致照射野部分区域数厘米水等效厚度的变化。时间分析显示，肿瘤增大主要在照射开始后约2周内观察到，而肿瘤缩小则在第3周后出现。束流路径变化则与治疗持续时间无关。
剂量学影响：对于肿瘤增大的患者，再计划后CTV2的最小剂量提升了约20 Gy(RBE)，靶区覆盖恢复至与治疗计划相当的水平。对于束流路径变化的患者，再计划（有时结合改变照射野分次数）降低了脑干的受照剂量。
讨论
本研究显示，头颈部癌症碳离子放疗中，40%的患者需要计划适应。对于需要再计划的患者，约一半的周次CT显示剂量分布恶化。主要原因是肿瘤大小变化，且以增大为主。肿瘤增大可导致靶区剂量不足，可能影响肿瘤的局部控制。鼻腔内肿瘤增大（最大增量2-4毫米）被认为适用于“计划库”方法应对，即根据预测的肿瘤大小变化预先制定多个计划，在治疗日根据实际解剖结构选择。
另一重要原因是束流路径变化，如上颌窦和鼻腔填充物的改变。这可能导致脑干等危及器官剂量增加，增加脑坏死和颅神经损伤风险。此类变化可引起照射野局部数厘米的水等效厚度变化，难以用预先预测的计划库方法应对。
本研究的发现与调强放疗研究中观察到的现象部分一致，即在治疗初期（1-2周内）部分患者可能出现肿瘤增长。与头颈部癌症质子束治疗的再计划率（49%）相比，本研究的再计划率为35%，二者具有可比性，但需注意本研究患者主要为无淋巴结转移的非鳞状细胞癌，靶区体积较小。
本研究也存在局限性，包括评估基于周次CT而非日次CT，以及患者样本量相对较小。然而，有研究指出对于头颈部IMPT，每周与每天适应的剂量分布差异较小，因此更高频率的成像评估可能不会显著改变本研究结论。
结论
在头颈部癌症碳离子放疗中，导致剂量分布变形、需要再计划的主要原因是治疗开始后不久出现的肿瘤体积增大。具体而言，69%的剂量分布变形由肿瘤大小变化引起，其中64%为肿瘤增大。鼻腔内的肿瘤生长被认为可通过计划库方法应对。本研究结果表明，为了按初始计划实施治疗，必须通过获取CT图像准确评估患者内部状况，并尽可能调整治疗计划以适应这种变化。
