图像引导放疗(image-guided radiation therapy, IGRT)解决了分次间体位误差问题，但无法解决由于患者体重变化、靶区形态与大小改变以及器官充盈程度和不自主运动等引起的照射误差^[1-2]。对于上述问题，既往需要重新定位并设计治疗计划，流程烦琐冗长且缺乏时效性^[3-5]。在线自适应放疗(online adaptive radiotherapy，oART)技术针对该问题提供了更好的解决方案。oART能够实现患者肿瘤靶区和正常组织的在线结构勾画以及治疗计划的在线设计，可以实时地针对分次内解剖变化调整治疗方案，降低治疗不确定性以提升治疗效果^[6-7]。目前，基于CT、锥形束CT(cone beam CT，CBCT)以及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等多种影像模态的oART技术均已在临床得到应用，其中MRI引导的在线自适应放疗(MRI guided adaptive radiotherapy，MRgART)由于可以获得较高软组织对比度图像，能够确保靶区和危及器官勾画的精度^[8]，从而保证了每个分次的精准照射，并且可在治疗中无辐射地实时监控肿瘤的变化以及进行功能成像等，在前列腺^[9]、脑^[10]、胰腺^[11]、食管^[12]等部位的肿瘤治疗中展现出了良好的优势。

医科达Unity加速器是目前应用较为广泛的高场强MR引导加速器，通过勾画轮廓映射进行体积电子密度赋值实现在线MR图像的剂量计算。由于磁场的存在，次级电子在洛伦兹力作用下发生偏转造成电子回旋效应(electron return effect, ERE)^[13-14]和电子流效应(electron streaming effect, ESE)^[15]。ERE会造成密度差异较大的组织边界区域高剂量的沉积，因此患者体内空腔边界勾画精度直接影响磁场条件下剂量计算的准确性。本研究通过模体模拟和实际病例实验，定量评估空腔边界勾画误差对于临床患者实际靶区接受剂量的影响程度，为临床应用提供参考。

1. 设备与系统：研究基于Unity磁共振引导加速器(荷兰Elekta公司)以及配套的5.40.04版本Monaco计划系统进行。Unity结合了1.5 T磁场和7 MV FFF直线加速器系统，治疗孔径70 cm，机器源轴距(SAD)为143.5 cm，等中心处最大射野为57.4 cm × 22 cm，80组多叶准直器(MLC)在头脚方向运动以调节子野，等中心叶片投影宽度为7.18 mm，机架最大转速为6 r/min。Monaco计划系统使用GPUMCD蒙特卡罗模型模拟剂量沉积过程，能快速准确地进行剂量计算。

2. 模体模拟实验

(1) 模体构建：在计划系统中建立相对电子密度为1的均匀立方模体，大小为30 cm × 30 cm × 24 cm。实验探究的是相对效应，主要对应患者模拟情况，即空腔较大(如肺)、肿瘤相对较小的纵隔肿瘤。在模体图像上勾画球形结构模拟空腔，体积为40.4 cm³，强制相对电子密度为0.1；紧邻空腔左侧勾画立方体形结构模拟靶区，体积为35 cm³，强制相对电子密度为1.0。然后将空腔毗邻靶区一侧分别外扩1、2、4、6、8 mm模拟在线MR图像上不同程度的勾画误差。

(2) 模拟计划设计：基于原始勾画以及引入误差后共计6组勾画图像，分别设计单野和多野照射计划。其中，单野计划照射角度分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°；多野计划采用角度均分模式(平均权重)，包括两野对穿、均分3~8野，按起始射野角度命名，如以0°为起始角度的均分8野命名为“ 0° 8野”。最终每组勾画图像单野计划为8个，多野计划为20个，共计28个计划，主要目的是尽可能多地涵盖临床布野情况以进行全面地探究。所有计划均采用三维适形照射方式，出束600 MU，计算网格3 mm，剂量计算不确定度设为1%。为了维持磁体线圈的低温超导状态，Unity设备在13.2°机架位置设置了连接两部分超导线圈的低温槽线缆，线缆中心距离等中心78 cm，线缆直径2.54 cm。因此在计划设计中要求射野设置避开低温槽线缆方向，个别在低温槽线缆方向附近的射野角度均设置为20°。

3. 患者模拟评估：选取在解放军总医院第一医学中心放射治疗科既往治疗的2例食管肿瘤患者[处方：计划大体肿瘤靶体积(pGTV)63 Gy，计划靶体积(PTV)54 Gy，30次；pGTV 52 Gy，PTV 46.8 Gy，26次]与1例心脏内膜肉瘤患者(处方：pGTV 30 Gy，5次)。靶区原始体积依次为pGTV 43.4 cm³、PTV 281 cm³；pGTV 63.5 cm³，PTV 227.5 cm³；pGTV 14.8 cm³。靶区受到处方剂量覆盖的百分体积为95%。共选择3例患者的15个分次在线计划。射野角度设计均为最大可能规避肺部照射的前后布野方式，10~11个射野。将原始在线MR图像的勾画作为基准，与靶区毗邻的右侧肺结构向左侧分别外扩1、2、4、6、8 mm模拟勾画误差，对结构修改后的计划在各条件不变的前提下重新进行剂量计算。

4. 结果评价：对于模体计划，比较分析每一种射野情况下不同勾画误差相比于原始勾画下靶区的剂量学影响，统计比较靶区的最大剂量(D_max)和平均剂量(D_mean)。对于患者计划，比较不同勾画误差相对于原始勾画的剂量学变化，关注临床标准的达标情况。统计以下参数：靶区的95%体积接受的最小剂量D₉₅与靶区D_max、D_mean。因处方不同，以相对剂量方式统计，单位为百分数。

5. 统计学处理：采用SPSS 27.0软件对勾画误差引入后与引入前剂量数据进行统计分析，数据符合正态分布，采用x ±s表示，两组间比较采用配对t检验。P < 0.05为差异具有统计学意义。

1. 模体模拟：模体计划中，空腔勾画误差导致靶区D_max和D_mean较明显地变化，如图 1所示，对于射野较少情况尤为突出。单野情况下因勾画误差导致了靶区剂量改变，其中65% 的剂量变化幅度≥ 3%(5.63%±0.67%)，且除270°与315°外，0°~ 225°6个射野条件下的靶区D_max均随勾画误差的增大而增大。2野对穿情况下，仅起始角度为0°、45°、135°时，靶区剂量变化幅度≥3%(0°，D_mean在8 mm时为-3.38%，D_max在6 mm为3.70%、8 mm为6.42%；45°，D_max在6 mm为3.28%，8 mm为3.68%；135°，D_mean在6 mm为-3.18%，8 mm为-3.91%)。而在2野对穿的情况下，随着勾画误差增大而导致的剂量变化均出现不同程度的减弱，并且随着射野数目的增加，靶区剂量的变化逐渐趋于稳定。单独评估D_mean，0°单野、0°2野、135°2野、225°单野、270°单野、270°5野、315°单野为递减趋势；90°单野、135°单野、180°单野为递增趋势；3野及以上均分计划则受影响较小，但误差在4 mm以上D_mean变化可达1.5%以上。

注：实线为最大剂量；虚线为平均剂量 图 1 模体空腔边界勾画误差导致的靶区最大剂量和平均剂量随误差程度变化趋势   A. 单野；B. 对穿野；C. 3野；D. 4野；E. 5野；F. 6~8野 Figure 1 Trend of maximum and mean target dose variation induced by structure cavity delineation errors    A. Single field; B. Opposed fields; C. 3 fields; D. 4 fields; E. 5 fields; F. 6-8 fields

2. 患者模拟评估：由表 1可知，患者模拟计划中，随着勾画误差的增大，靶区的D_max和D_mean呈现递增趋势，D₉₅呈现递减趋势。pGTV_D_max在各级别误差下均有显著升高，4 mm最大(t = -2.88, P < 0.05)；pGTV_D_mean在2 mm及以上误差情况下均有显著升高，8 mm最大(t = -6.11, P < 0.05)；pGTV_D₉₅在2 mm勾画误差下显著降低(t = 2.27, P < 0.05)。PTV_D_max在各级别误差下均有显著升高，6 mm时差异最大(t = -6.66, P < 0.05)；PTV_D_mean在各级别误差下均有显著升高，8 mm时差异最大(t = -3.98, P < 0.05)。此外，剂量分布图中还观察到最大剂量点位置变化，病例1的第2分次引入误差前后同一层面剂量分布对比图显示(图 2)，引入勾画误差进行剂量计算后，最大剂量点落在pGTV外，PTV边缘。

表 1(Table 1)

表 1 3例患者不同勾画误差值下计划靶区剂量学参数(%，x ±s) Table 1 Dosimetric parameters of the planning target volume under different contouring error magnitudes of 3 patients(%, x ±s) 参数 原勾画 1 mm 2 mm 4 mm 6 mm 8 mm pGTV_Dmax 113.76±5.33 114.74±4.52 114.91±4.31a 115.25±4.78a 114.95±3.99a 114.86±4.33 pGTV_Dmean 104.69±2.21 104.93±2.26a 104.92±2.20a 105.05±2.24a 105.07±2.15a 105.14±2.24a pGTV_D95 100.98±1.13 100.88±1.36 100.80±1.20a 100.98±1.33 100.96±1.22 101.01±1.32 PTV_Dmax 126.11±2.24 128.37±1.68a 128.68±2.10a 128.77±1.96a 128.91±2.43a 129.15±0.98a PTV_Dmean 110.72±0.29 110.94±0.34 110.99±0.37a 111.06±0.34a 111.08±0.28a 111.09±0.32a PTV_D95 101.30±1.19 101.30±1.21 101.25±1.21 101.25±1.11 101.18±1.18 101.16±1.12 注：a与原勾画相比，t=-7.42~-2.26，P＜0.05；pGTV.计划大体肿瘤靶体积；PTV.计划靶体积

表 1 3例患者不同勾画误差值下计划靶区剂量学参数(%，x ±s) Table 1 Dosimetric parameters of the planning target volume under different contouring error magnitudes of 3 patients(%, x ±s)

图 2 病例1第2分次引入8 mm误差前后靶区剂量分布变化  A. 引入误差前靶区剂量分布；B. 引入误差后靶区剂量分布(十字中心指示全局最大剂量点) Figure 2 Changes in target dose distribution before and after introducing an 8 mm delineation error in the second treatment fraction for Case 1   A. Target dose distribution before error introduction; B. Target dose distribution after error introduction (crosshair indicates global maximum dose point)

MRgART大大提高了oART软组织肿瘤和危及器官的勾画精度，但其成像原理导致了某些情况下对空腔边界的显示较弱^[16]，为在线精确勾画空腔器官带来一定的挑战。过去对于相关方面研究着重探讨了ERE^[17]、ESE^[18]、电子密度赋值不确定性^[19]等对于剂量的影响以及相关的解决办法，但关于组织交界面勾画误差带来的剂量影响却鲜有报道，本研究基于模体和人体图像探究MRgART中，空腔勾画误差所带来的靶区受照剂量影响，研究结果揭示空腔勾画误差会导致靶区D_mean和D_max的明显变化，对于射野较少计划需要特别关注。

在模体计划中，实验模拟了多种均匀布野情况，以在最大可能消除ERE影响的前提下^[20]尽可能全面地模拟射野分布情况。其中较少射野的计划靶区剂量受勾画误差的影响更明显。多数单个射野情况下靶区D_max随勾画误差的增大而增大，主要由于ERE与射野入射方向、磁场方向的关系：当射野方向先穿过靶区再到达空腔时，由于ERE，次级电子回旋反转后沉积在与空腔交界面一侧的靶区内，随着勾画误差的增大，以空腔电子密度赋值的区域半径变大，计划系统通过蒙卡模拟磁场条件下所发生ERE的电子数目越多，导致靶区的D_max越大。而270°与315°计划的靶区D_max随着勾画误差的增大有轻微的减小，到8 mm时分别减小2.89%、2.18%，同时观察到靶区D_mean随着勾画误差的增大有明显的减小，在1 ~ 8 mm误差增量中，分别减小2.35% ~ 14.08%和2.57% ~ 15.75%，主要由于该方向射野先穿过空腔再到达靶区，在磁场作用下，次级电子先穿过模体组织，再到达空腔并返回模体组织与空腔交界面，导致空腔后方的靶区电子沉积不足，出现低剂量区域，导致靶区平均剂量降低。评估靶区D_max，除90° 5野均分计划在2 mm误差以上变化超过1.5%(1.62%~1.97%)，其他3野以上均分射野计划均在1.5%以下；这与既往研究报道有一致性^[21]，表明较多的射野数目以及在对穿射野的情况下可以有效减小ERE，而5野均分计划考虑由于射野数目为奇数，缺少对穿射野对ERE的抵消作用。靶区D_mean随勾画误差的变化需要综合考虑ERE带来的靶区高剂量区域和靶区低剂量区域，以及由于电子密度赋值导致的MR剂量计算时误将靶区与误勾画的空腔交叠区域作为空腔计算导致的靶区剂量沉积的减少。故单野情况下既有随误差增大递减也有递增趋势，3野以上均分射野计划受影响较小，但误差在4 mm以上D_mean变化可达1.5%以上。

患者计划模拟发现随勾画误差的增大，靶区的D_max和D_mean均表现出递增趋势，而D₉₅则递减。整体上D_max的变化大于D₉₅与D_mean，且最大剂量点位置可能发生变化。虽然计划采用了多野照射的方式，但为了最大程度规避对肺的照射，布野多集中在前后方向，因此弱化了多野及对穿野的ERE抵消作用。提示临床类似解剖部位的MR-Linac治疗需要关注由于ERE作用所带来的靶区剂量热点的增加和位置变化。

MRgART中磁场作用使得剂量计算的情况变得复杂^[22]。本研究通过多种射野组合及勾画误差模拟，系统探究了空腔勾画误差在MRgART中的剂量学影响。结果表明，空腔勾画误差不仅会改变空腔-组织界面位置，还会影响空腔体积，进而导致两个关键剂量学问题：一是ERE引起的界面剂量变化；二是因电子密度误赋值方式造成的靶区-空腔重叠区域剂量沉积减少。需注意的是，临床实际情况更为复杂，空腔可能位于靶区内，且勾画误差形式多样。本研究结果尚不能完全反映真实治疗中勾画误差对靶区及危及器官剂量的综合影响。后续拟通过增加不同解剖部位和空间结构的模拟实验，进一步评估MRgRT中空腔勾画误差的临床影响。

MR引导治疗时，在线靶区相邻空腔勾画误差会对靶区剂量造成影响，其中靶区最大剂量所受影响最为明显。实际临床应用中，在尽可能保证空腔边界勾画精度的基础上，可通过适当增加射野数目的方式减弱由此带来的剂量计算不确定度。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明  王海洋负责研究设计、实验实施、收集分析数据与论文撰写；戴相昆指导实验实施与论文修改；牛保龙、饶乐、王宏驰、于法强协助实验；陈高翔协助实验数据收集；曲宝林提供实验指导；解传滨指导方法建立、研究过程和论文修改