通过RayStation MCO与标准优化方法重新定义头颈部VMAT治疗中的计划质量：对剂量学和照射精度的双重分析

《Medical Dosimetry》：Redefining plan quality in head-and-neck VMAT via RayStation MCO versus standard optimization: A dual analysis of dosimetry and delivery accuracy

　　

乌萨马·埃尔·穆登（Oussama El Mouden）、艾哈迈德·班南（Ahmed Bannan）、哈姆扎·塞卡特（Hamza Sekkat）、雷杜安·埃尔·巴伊达维（Redouane El Baydaoui）、穆斯塔法·布格特布（Mustapha Bougteb）、穆尼尔·姆基梅尔（Mounir Mkimel）、亚斯米娜·贝拉达（Yasmina Berrada）、马鲁安·塔希里（Maroine Tahiri）、奥马尔·埃尔·拉祖阿尼（Omar El Rhazouani）

摩洛哥塞塔特（Settat）哈桑第一大学（Hassan 1st University）健康科学高等研究院，生物医学、生物物理学与健康科学与工程实验室，邮编26000

摘要

本研究旨在探讨多标准优化（MCO）在头颈部癌症治疗中是否优于标准优化方法，从剂量学、治疗效率以及患者特定质量保证（QA）三个方面进行比较。共有10名接受过临床治疗的口咽癌患者参与了实验，每位患者分别接受了2个基于RayStation v8A软件的双弧线6-MV VMAT治疗计划：一个标准优化计划和一个MCO计划。剂量-体积评估指标包括D_98%、D_50%、D_2%、均匀性指数和符合性指数，以及23个风险器官的平均或最大剂量。治疗效率通过总监测单元数和输送时间来评估。治疗前的质量保证使用OCTAVIUS-4D系统进行，记录了全局和局部伽马通过率（3%/3毫米和3%/2毫米，阈值10%）。计算机断层扫描仅用于常规设置验证和重新定位。配对数据采用Wilcoxon符号秩检验进行分析（α = 0.05）。结果表明，MCO显著提高了靶区的覆盖率和均匀性（例如：靶区体积70%的剂量增加了1.3 Gy；均匀性指数从0.09 ± 0.02提高到0.04 ± 0.01；符合性指数从0.85 ± 0.04提高到0.98 ± 0.02；所有p值均≤0.005）。腮腺的平均剂量减少了2.5 Gy，脊髓D_0.01cc的剂量减少了1.4 Gy（p值≤0.005）。MCO使监测单元数减少了19%（从714 ± 170个减少到579个；p值=0.017），同时缩短了输送时间。所有计划的伽马通过率均超过95%，且在全局和局部标准化评估下，MCO的一致性略高（p值<0.01）。RayStation中的MCO能够生成更加均匀和适形的VMAT计划，更好地保护关键结构，并提高输送效率，同时保持出色的质量保证指标。这些优势支持其在复杂头颈部放疗病例中的常规应用。

引言

头颈部癌症是放疗中解剖结构和剂量学要求最复杂的疾病类型之一。靶区与脊髓、腮腺、脑干和下颌骨等关键器官距离较近，因此精确的剂量输送对于实现肿瘤控制同时最小化毒性至关重要。体积调制弧线疗法（VMAT）作为一种强度调制放射治疗（IMRT）技术，由于其能够在连续的机架旋转过程中对复杂靶区施加高剂量、动态调节剂量率以及实时多叶准直器（MLC）调整的能力，已成为头颈部治疗的首选方法。^{1, 2}尽管取得了这些进展，治疗计划仍是一个多目标问题。需要在覆盖靶区（PTVs）与保护风险器官（OARs）之间找到平衡，这需要谨慎管理。标准优化（SO）方法通常涉及迭代的手动调整目标和权重，这种试错过程依赖于具体的计划师，可能导致不同机构甚至同一部门内的计划质量不一致。^{3, 4, 5}

多标准优化（MCO）旨在通过提供一种更直观透明的方法来克服这些限制，帮助探索相互冲突的目标之间的权衡。MCO不是生成单一计划，而是生成一个由预优化锚定计划组成的帕累托表面，使计划师能够交互式地选择最佳方案。RayStation是一款商用治疗计划系统，将MCO作为逆向规划的核心功能。²多项研究表明，MCO可以减少计划时间、提高计划质量，并在解剖结构复杂的区域（如头颈部）增强计划一致性。^{2, 6, 7, 8}

尽管临床兴趣日益增加，但现有的MCO研究大多仅关注单一剂量指标，或缺乏综合的质量保证（QA）验证。此外，很少有研究在相同条件下比较MCO和SO，同时使用剂量学指标和独立的输送验证指标（如伽马指数）。鉴于MCO在现代规划环境中的广泛应用，这种直接比较对于指导临床决策和政策制定至关重要。^{2, 6, 7, 8}

本研究的新颖之处不在于研究方法本身，而在于使用RayStation v8A进行头颈部VMAT的多标准优化评估，采用了相同的规划条件以及结合剂量学指标与独立输送验证和治疗效率指标的双重评估框架。

本研究旨在使用RayStation对头颈部VMAT规划的MCO和SO技术进行全面的剂量学和质量保证评估。选取了10名口咽癌患者进行对比分析。计划评估指标包括靶区剂量、风险器官保护情况、监测单元效率以及使用OCTAVIUS 4D剂量学系统评估的伽马通过率，该系统能够根据同步的机架和探测器运动重建3D输送剂量。

章节摘录

患者选择

本研究纳入了10名在2024年7月至2025年3月期间在某放疗中心接受放疗计划的口咽癌患者。研究对象分为两组：4名已完成治疗的患者和6名正在接受治疗的患者。纳入标准包括确诊为口咽恶性肿瘤、适合接受VMAT根治性放疗以及符合东部合作肿瘤学组（Eastern Cooperative Oncology Group）的体能状态。

结果

本节展示了10名患者中SO和MCO计划的剂量学和输送性能对比结果。分析内容包括PTV覆盖情况、风险器官保护情况、监测单元效率以及伽马指数验证。

讨论

本研究强调了MCO在头颈部癌症VMAT规划中的技术和临床优势。在所有10名患者中，MCO在剂量学结果上优于SO，特别是在风险器官保护和靶区覆盖方面。观察到MCO下靶区剂量分布的均匀性和符合性有所改善。

结论

本研究证明，MCO在头颈部放疗的VMAT规划中明显优于SO。在所有10名患者中，MCO提供了更好的靶区覆盖、更高的均匀性和符合性指数，以及更有效的关键结构保护（如腮腺、脊髓和喉部）。除了剂量学优势外，MCO计划的全球伽马通过率超过95%，局部

资金支持

本研究未获得任何外部资金支持。

伦理批准

本研究已获得摩洛哥塞塔特国际诊所（Clinique Internationale de Settat）伦理委员会/机构审查委员会（批准/协议编号CIS-IRB-2025-01，2025年2月10日）的伦理批准。鉴于研究的回顾性质及使用了匿名数据，委员会免除了知情同意的要求。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者感谢医学物理学硕士埃利沙·伦巴马（Elisha Lumbama）在数据收集方面的贡献，同时感谢塞塔特国际诊所（Clinique Internationale de Settat）在整个研究过程中的临床支持和合作。