研究突破：VMAT技术首次在磁共振引导放射治疗中实现

研究突破：VMAT技术首次在磁共振引导放射治疗中实现

磁共振引导放射治疗（MR-linac）是近年来发展起来的一种新型放疗技术，它将磁共振成像（MRI）与放射治疗相结合，可以在治疗过程中实时监测肿瘤位置，从而提高放疗的精准度。然而，目前的MR-linac设备主要采用调强放射治疗（IMRT）技术，而容积调强弧形治疗（VMAT）技术在提高治疗效率和精度方面具有明显优势。近日，来自爱荷华大学和乌得勒支大学医学中心的研究团队在《国际放射肿瘤学、生物学、物理学杂志》上发表了一篇研究论文，首次报道了在MR-linac上实现VMAT技术的可行性研究。

图1：乌得勒支大学医学中心研究团队在实验装置旁。从左到右：Bas Raaymakers、Pim Borman、Martin Fast 和 Peter Woodhead。（图片来源：Martin Fast）

磁共振引导放射治疗（MR-linac）是近年来发展起来的一种新型放疗技术，它将磁共振成像（MRI）与放射治疗相结合，可以在治疗过程中实时监测肿瘤位置，从而提高放疗的精准度。然而，目前的MR-linac设备主要采用调强放射治疗（IMRT）技术，而容积调强弧形治疗（VMAT）技术在提高治疗效率和精度方面具有明显优势。近日，来自爱荷华大学和乌得勒支大学医学中心的研究团队在《国际放射肿瘤学、生物学、物理学杂志》上发表了一篇研究论文，首次报道了在MR-linac上实现VMAT技术的可行性研究。

“我们在爱荷华大学开展MRI引导放射治疗已有大约五年半了，”资深作者、爱荷华大学医学物理学家兼放射肿瘤学教授Daniel Hyer说道。“我们希望用MRI引导放射治疗治疗尽可能多的患者，并改善技术的应用，但我们也希望高效地进行治疗，这样我们就不会出现分次内运动。”

磁共振引导放射治疗将磁共振成像（MRI）与放射治疗相结合，用于治疗癌症。通过在治疗期间提供内脏器官的实时图像，临床医生可以更准确地将放射线对准肿瘤并保护健康组织。

目前诊所中的MR直线加速器支持IMRT，它以“步进式”方式提供辐射。对于许多治疗部位，VMAT通常比IMRT更受欢迎。VMAT通过围绕患者的一个或多个弧线连续提供辐射，在目标覆盖、保护危及器官以及计划和交付时间方面具有优势。然而，到目前为止，VMAT尚未在商用MR直线加速器上提供。

将VMAT传输功能整合到MR-linac中可以提高计划质量和效率，并减少患者的不适。目前的MR引导放射治疗工作流程要求患者在整个MR成像、轮廓配准、计划优化、剂量检查和计划传输前的验证扫描过程中躺在扫描仪孔上，这可能需要20多分钟。

“当谈到期望但目前缺失的MR-linac功能时，VMAT是医生最常问的问题之一。未来在MR-linac上配备VMAT将使更多患者能够接受高精度MRI引导治疗，”论文合著者、乌得勒支大学医学中心副教授Martin Fast表示。

2022年，Fast团队证明，VMAT可以在Elekta Unity（一台1.5T磁共振直线加速器）上进行；但是，他们缺乏具有通量调节功能的临床级VMAT计划。一次偶然的会面帮助两个团队克服了研究中的障碍。

图2：爱荷华大学MR-linac研究团队。从左到右：Blake Smith、Sam Rusu、Daniel Hyer 和 Joel St-Aubin。（图片来源：Jillian York）

“丹的团队和我们在乌得勒支的团队分别致力于MR-linac VMAT。丹负责规划，我们负责交付，”Fast解释道。“丹的局限性在于他无法证明他的计划是可交付的，而我们也没有可供交付的高质量临床级VMAT计划。此次合作始于2023年7月在休斯顿的一次偶然相遇，当时丹和我恰好在AAPM会前课程的同一场会议上发言。”

在目前的研究中，研究人员证明，VMAT传输可以在Unity上进行，无需更改临床硬件。回顾性研究表明，与标准步进式IMRT相比，综合优化和传输时间缩短了7.5分钟。

Fast表示：“与传统的步进式IMRT相比，VMAT的传输速度几乎提高了一倍，这意味着治疗速度更快（即患者更舒适）且准确度更高（因为出现意外运动的可能性更小）。”

研究人员与Elekta合作开发了一款经过修改的软件，使他们能够使用Unity提供类似VMAT的计划。对于之前接受过1.5T MR-linac治疗的10名前列腺癌患者，他们重新计划了治疗，以5次分剂量的形式提供36.25 Gy，使用三种技术：步进式IMRT和临床优化器；相同的优化器与VMAT技术；以及基于研究的优化器与VMAT。

使用两种优化策略将计划调整到MRI数据集，以评估适应位置的计划。团队通过评估危及器官的保护来评估计划质量，并通过测量优化时间、交付时间和总（优化加交付）时间来评估治疗效率。交付准确性通过伽马分析（2%/2毫米）进行评估。

结果表明，与临床优化器配合IMRT相比，VMAT优化和基于研究的优化器配合VMAT可节省高达7.5分钟的时间。适应位置计划也显示出类似的总时间减少。所有VMAT计划的伽马射线通过率均超过96%，VMAT计划的交付效率接近90%，而临床IMRT的交付效率为50%。

“我们已经证明[这项技术]是可行的。我们交付了它，我们进行了质量保证，我们制定了计划。我认为这是推动这项技术走向临床实施的一个重要里程碑。而且目前没有重大的物理或技术障碍需要清除——主要是工程……所以这是个好消息，”Hyer说。

研究人员的下一步工作包括提供物理指导和质量保证测试，以便当VMAT在MR-linacs上临床应用时，医学物理学家可以提出实施建议。他们还在研究VMAT的门控治疗、VMAT输送的运动管理策略和其他治疗部位。