在 MR-linac 上引入 VMAT UMC Utrecht 研究团队在研究中使用的实验装置旁边。从左到右：Bas Raaymakers、Pim Borman、Martin Fast 和 Peter Woodhead。(图片来源：Martin Fast)
爱荷华大学和乌得勒支大学医学中心的研究人员正在努力将容积调强弧形治疗 (VMAT) 传输功能整合到 MR-linac 中。他们在《国际放射肿瘤学、生物学、物理学杂志》上发表了第一份比较 VMAT 和 MR-linac 上的调强放射治疗 (IMRT) 的剂量评估报告。
“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 1.5 T 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。
爱荷华大学研究人员 爱荷华大学目前的 MR-linac 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)。”
计划分析 第一作者 Jeffrey Snyder 目前就职于耶鲁大学医学院，正在研究摩纳哥治疗计划。(图片来源：James Laird)
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 1.5 T 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，优化时间加上交付时间可使 VMAT 优化和基于研究的优化器配合 VMAT 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%。
闪烁体阵列验证 MRI 引导的多叶准直器跟踪
“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。
