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《British Jouranl of Radiology》杂志 2024 年10月4日在线发表英国伯明翰 University Hospitals Birmingham NHS Foundation Trust的Sagar Sabharwal , Geoff Heyes , George S J Tudor , 等撰写的《利用MRI确定视神经运动来计算立体定向放射外科中计划视神经危及器官体积的边缘外扩。Calculating Optic Nerve Planning Organ at Risk Volume Margins for Stereotactic Radiosurgery Using Optic Nerve Motion determined using MRI》（doi: 10.1093/bjr/tqae201. ）。
目的: 立体定向放射外科(SRS)的急剧剂量梯度与视神经的微小运动相结合，在治疗视神经周围病变时可显著增加视神经的受照剂量。本研究的目的是为射波刀SRS治疗计划计算计划视神经危及器官体积(PRV)的边缘外扩。 视神经随着患者的注视而移动，即使在注视一个固定点时也是如此。这对放射治疗提出了挑战，因为在治疗过程中视神经的位置可能与用于治疗计划的计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)扫描不同。在立体定向放射外科(SRS)中，高能量光子束在次数少的治疗过程中以高精度传递，每次分割的高剂量(通常为每个疗程分1-5次)。 在SRS技术中可以实现陡峭的剂量梯度，这意味着这种治疗技术可以用于治疗靠近视神经通路的病变。在治疗过程中控制视神经的潜在运动以防止意外暴露是很重要的。视神经暴露在高剂量的辐射下可导致放射诱发的视神经病变，这是放疗的晚期并发症，可导致进行性不可逆的视力丧失。放射敏感器官，如视神经，在计划的CT/MRI扫描上被勾画出来，以创建危及器官(OAR)体积，以便在治疗计划期间减少对这些器官的剂量。OAR体积可以扩大，以考虑器官运动和放疗治疗中的任何其他不确定性，形成计划危及器官体积(PRVs)。 研究放射治疗期间视神经运动的工作以前已经进行过，或通过轮廓勾画变形，或通过计算视神经PRV边缘外扩。研究表明，视神经运动可对视神经的辐射剂量产生不可忽视的影响，在SRS治疗中增加的视神经受照剂量可高达9%。本研究的目的是计算视神经PRV边缘外扩用于SRS，其中考虑到通过使用MRI对健康志愿者的视神经运动成像发现的视神经位置不确定性，并结合射波刀治疗中的几何不确定性。 方法: 对10名健康志愿者进行左、右、上、下和正前方的MRI扫描，测量视神经运动。利用测量的视神经运动和射波刀技术精度的不确定度计算视神经PRV边缘外扩。 使用3T Siemens Magnetom Skyra MRI扫描仪，配备32通道头部线圈(Siemens Healthineers AG, Erlangen, Germany)，对10名健康志愿者进行T1加权三维梯度回波容积插值屏气检查(VIBE)序列成像(表1)。对其中三名志愿者进行了重复扫描。
本项目使用的眼位协议采用图2所示的镜子和监视器设置，监视器上显示图3所示的图像。首先，使用图3中的正前方位置来设置镜子位置，使其直接位于MRI孔中志愿者的凝视正前上方。所有志愿者都被要求在扫描前看每个十字架，以确保它们是可见的。第一次扫描是在志愿者看正前方位置时进行的。然后按照图3所示的顺序进行其余的轴向扫描。扫描之间有30秒的休息时间，让志愿者的眼睛休息一下。目的是测量非剧烈的眼球运动来模拟治疗期间观察到的运动。没有志愿者报告有任何不适。
在成像过程中获得的所有MRI扫描都在Precision (Accuray Inc .， Sunnyvale, USA)严格注册到使用骨解剖获得的第一个正前方位置扫描。视神经的位置是通过在MRI图像沿视神经管轴位上放置三个标记物来测量的，使用Precision中的轮廓工具。标记位置放置的一致性通过接近解剖标志来实现。每个志愿者每次凝视扫描时，每个标记的坐标都被记录在两个视神经上。 结果: 计算了两个视神经PRV边缘外扩:非各向同性的mL/R边缘外扩，PRV=3mm, mSup/Inf,PRV=2mm和考虑最坏情况下测量的全范围运动的mAnt/Post,PRV=1mm;mPRV=1mm的各向同性边缘外扩，考虑到患者在成像和治疗过程中被要求保持看向正前方（ look neutrally）的情况。将这些PRV应用于8例既往蝶骨翼脑膜瘤的射波刀计划显示，由于视神经运动，可能超过耐受水平。 3.1. 视神经运动 观察到的视神经移位样图如图5所示。表2给出了A、B、C位置侧位和前后位测量的平均视神经位移幅度及其对应的1个样本标准差。视神经位移最大的位置是A，视神经的前端。我们还发现，在同一扫描时段的第一次和第二次中性扫描之间，a位置的平均位移为0.9±0.6 mm。
表3给出了进行重复扫描的志愿者在第一次和重复扫描时视神经前端(位置A)测量的平均外侧和前后视神经位移量。该数据显示，第一次和重复训练之间的幅度变化不大;测量结果的误差在1个标准差以内。视神经前端两侧视神经位移的平均差值(A位)从第1个正前方位到第1个正前方位的距离为1.3±0.7 mm。测量到的运动与之前讨论的同一时段(位置A)的第1次和第2次中性扫描之间的平均位移0.9±0.6 mm相差1个标准差。这表明视神经运动可能在分次间、分次内以及成像和治疗之间有相似程度的变化。
3.2计划危及体积 3.3将PRV边缘外扩应用于历史计划 视神经运动的剂量学影响通过将PRV边缘外扩应用于8个既往单次蝶骨翼脑膜瘤计划来评估(示例:图6)。这些计划使用1 mm3剂量网格计算。还评估了3毫米各向同性边缘外扩的剂量学影响。
表5给出了8种蝶翼脑膜瘤方案的原始视神经轮廓和视神经PRV边缘外扩的最大剂量范围和平均值至0.03 cm3, D0.03cc。最近对SRS和SABR耐受剂量的回顾建议视神经的最佳单次耐受剂量为D0.03cc < 8 Gy。这里使用的最佳剂量限制为8Gy。然而，在实践中，不良事件可能非常低，高达12 Gy。视神经PRVs的平均D0.03cc随着边缘增大而增加，但仍在耐受范围内。表5显示，D0.03cc对原始视神经轮廓的影响在8 Gy以内。对于1mm的各向同性PRV也是如此，这表明如果患者在大多数治疗中保持中性焦点，这些计划对某些视神经运动是稳健的。采用非各向同性全量程PRV和3mm各向同性PRV时，部分方案的D0.03cc大于8Gy。这表明，当患者的视线处于正前方位置之外时，视神经的耐受性可能会被超越，这可能会使视神经面临RION的风险。
讨论： 为了不损害对病变的剂量并保护治疗结果，患者指导与适当的边缘外扩相结合，在治疗意图和风险最小化之间取得了实用的平衡。正如预期的那样，最大的视神经运动是在最靠近球体的地方测量的，而靠近视神经管的位置变化是最小的。当患者在大多数治疗时间内处于中性位置时，1毫米各向同性边缘外扩解释了任何随机视神经运动。在计划扫描和治疗期间，除了使用1毫米各向同性视神经PRV边缘外扩外，指导患者向正前方看是最实用的解决方案，因为它适当地将光学风险降至最低，同时保持PTV覆盖范围。 K.Qing等在5名志愿者的视神经前端所测量到的平均视神经位移水平为10.8±2.2 mm，垂直为9.3±0.8 mm。正如所预期的那样，与之前的研究相比，本研究测量的运动较小，因为眼位协议限制了眼球运动，试图测量非剧烈的眼球运动。即使使用轴位1mm层厚，在轴位平面上确定视神经中点也存在不确定性，这与侧位测量相比增加了前后位位移的不确定性。 在我们中心的临床中，CT计划扫描是在平坦的治疗床上进行的，由于头部线圈的原因，不进行计划MRI扫描，导致头部的螺距差异很小。视神经运动路径的矢量可能随病人的姿势而改变。CT和MRI扫描融合，两者都可指导视神经的描绘。射波刀系统的治疗是在一个平坦的治疗床上进行的，系统会跟踪头骨的位置，以解释位置或旋转的任何变化。然而，像视神经这样的软组织可以独立于颅骨运动。Zappala等已经研究了头部朝向对大脑位置的影响，但在本研究中没有考虑到头部朝向对视神经运动的影响。 我们的研究受到健康志愿者人数的限制;为本项目计算的PRV边缘外扩的可靠性将通过增加样本量而得到改善。在PRV计算中的另一个不确定性来源是视神经运动的建模。这里假设视神经运动是正态分布，分布的峰值集中在看向正前方位置。不可能在治疗中验证这一点。视神经运动可能不是随机的，例如，如果患者在治疗期间用眼睛跟随射波刀机械臂，或者在治疗期间专注于另一个物体，例如治疗室天花板上的摄像头。这些影响可以通过对患者进行适当的指导和教育来减轻。我们的样本量不允许我们区分志愿者的人口统计数据:年轻患者和老年患者的视神经运动程度可能存在差异，或者戴眼镜的患者可能天生具有较窄的视野，他们认为这是舒适的，因为眼镜不覆盖周边视觉。 van Herk模型假设放射治疗中的随机误差模糊了大量分数上的剂量分布。这种由随机误差引起的平均剂量分布在SRS治疗中不会发生，因为分割次数很少。A. McKenzie等关于计算PRV边缘外扩的论文指出，当OAR耐受剂量约为治疗剂量的一半时，随机误差可以忽略不计，就像在这种情况下一样。然而，本文是为适形放疗而写的。将这一假设应用于现代高精度图像引导SRS治疗的有效性需要进一步研究。与常规放疗相比，已经开展了关于计算PTV边缘外扩的SRS和立体定向消融放疗(SABR)中的次数少的分次的工作)，但很少有关于计算PRV边缘外扩的工作。 在视神经鞘脑膜瘤(ONSM)的治疗中使用大分割SRS治疗 的兴趣越来越大。Koç等显示使用射波刀分割SRS可有效治疗ONSM。该组采用离临床靶体积2mm的PTV边缘外扩。未来的工作可能包括使用本研究收集的视神经运动数据，以计算更准确的视神经PTV边缘外扩。 结论: 在射波刀计划中，视神经PRV边缘外扩可能需要减少视神经的风险。使用mPRV=1mm 的PRV来解释器官运动，同时指导患者在成像和治疗过程中保持凝视正前方，可能是保护器官的合适策略（The use of a mPRV=1mm PRV to account for organ motion, along with instructing patients to hold their gaze neutrally during imaging and treatment, may be a suitable organ sparing strategy）。 使用高分辨率MRI测量视神经运动，该数据已用于计算运动，包括PRV边缘外扩，用于SRS计划。将这些边缘外扩应用于历史的SRS治疗计划显示视神经运动可能导致视神经受照的剂量超过最佳耐受剂量8 Gy。因此，在治疗靠近视神经通路远端(运动最大的地方)的病变时，除了在视神经周围设置1mm的PRV边缘外扩外，还应谨慎地对患者进行指导和教育。 |
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