Ethos智能优化引擎在宫颈癌自动计划生成中的性能评估

目的评估Ethos在线自适应放疗平台智能优化引擎(IOE)自动优化性能及其临床可行性。方法回顾性分析11例Halcyon加速器治疗的宫颈癌术后患者的资料,患者所用计划均为Eclipse中采用的4个全弧容积弧形调强放疗(VMAT)手工计划(Manual-4Arc),处方剂量为45 Gy分25次。将所有患者影像和结构导入Ethos模拟器,基于科室剂量限值要求添加合适的临床目标,靶区归一到95%覆盖,之后采用IOE进行自动计划生成,得到7、9、12野均分固定野调强放疗(IMRT)计划(IMRT-7F、IMRT-9F、IMRT-12F)和2、3弧的VMAT计划(VMAT-2Arc、VMAT-3Arc)。使用单因素方差分析对6种计划进行剂量学比较,并基于分析结果进行Turky事后多重比较进行优劣判断,评估IOE自动优化性能。结果高量方面,对于计划靶区(PTV),IMRT-12F计划的D 1%最低,且与Manual-4Arc计划存在显著性差异(P=0.004);靶区覆盖方面,所有方法制作出来的临床靶区均满足临床要求,Ethos在线自适应计划虽在计划制作时做了归一,但PTV靶区覆盖率略微不足。对于距离靶区较近的危及器官,比如膀胱,其V_(30 Gy)、V_(40 Gy)及D_(mean)在6种计划之间的差异有统计学意义。膀胱的受量排序基本为IMRT-12F<IMRT-9F<Manual-4Arc<IMRT-7F<VMAT-3Arc<VMAT-2Arc。直肠的V_(30 Gy)和D_(mean)在6种计划之间的差异有统计学意义,其受量排序基本与膀胱一致,除了IMRT-7F<Manual-4Arc计划。直肠V_(40 Gy)、小肠D_(max)及D_(mean)在6种计划之间的差异无统计学意义。对于离靶区较远的器官如左右股骨头、脊髓和骨髓受量排序基本为IMRT-12F<IMRT-9F<IMRT-7F<VMAT-2Arc<VMAT-3Arc<Manual-4Arc。结论Ethos IOE为宫颈癌术后放疗患者自动生成的计划可以达到与手工计划相当的质量,临床使用时优先选择自动生成的IMRT-12F和IMRT-9F计划。

Ethos宫颈癌在线自动生成自适应放疗计划鲁棒性研究

目的评估Ethos宫颈癌在线自适应放疗(ART)基于智能优化引擎(IOE)的完全自动化自适应计划的鲁棒性。方法回顾性分析2021年6月至2022年6月于北京协和医院就诊的ⅠB期11例宫颈癌术后患者,获取原始计划影像及每次放疗迭代锥形线束CT(iCBCT)影像,并将所有患者数据导入Ethos模拟器。使用Ethos对11例患者进行基于IOE的9野自动计划生成,生成的计划进行在线ART模拟,获取每次在线ART计划(共273个分次),并完成模拟治疗。基于在线ART计划所使用的影像及勾画结构进行手工计划设计,采用9野均分的布野方式,手工制作计划用于对照研究。采集剂量学参数、计划复杂性参数及Mobius质量保证(QA)通过率等,通过配对t检验或秩和检验对比评估在线自适应放疗计划的危及器官、靶区的剂量学参数及计划复杂度等的鲁棒性。结果与手工计划相比,在线ART计划的计划靶区(PTV)覆盖相当,而临床靶区(CTV)D99%更高[(45.93±0.36)∶(45.32±0.31)Gy,P<0.001]。在线ART计划的PTV Dmax显著高于手工计划[(49.89±1.25)∶(48.48±0.77)Gy,P<0.001],但是PTV D1%则小于手工计划[(47.22±0.29)∶(47.59±0.48)Gy,P<0.001]。在线ART计划与手工计划的PTV适形指数的差异无统计学意义(P=0.967)。均匀性指数方面,两者均值基本相同,在线ART计划的离散性更小(P<0.001)。危及器官(OAR)受量方面:在线ART计划的膀胱D_(mean)、直肠V40 Gy、小肠D_(mean)大于手工计划,而直肠D_(mean)、小肠D_(2cm^(3))小于手工计划;在线ART计划的左右股骨头、脊髓和骨髓的剂量学参数均优于手工计划。自适应计划的机器跳数大于手工计划,但是自适应计划的复杂度显著低于手工计划(0.135±0.012∶0.151±0.015,P<0.001)。自适应计划与手工计划的Mobiusγ通过率(5%/3 mm)均满足临床要求。结论基于IOE的Ethos在宫颈癌在线自适应计划中具有很好的鲁棒性,可以保证在线自适应各个治疗分次自动生成计划的质量。