大脑放射治疗功能关键脑区的剂量反应

研究问题：

我们的目标是在本研究中回答以下三个研究问题：

1. 涉及视觉、语言和工作记忆功能处理的大脑区域的剂量反应曲线（辐射并发症/放射学变化程度与辐射剂量）是什么？
2. 可应用于放射治疗计划以最大限度地减少（例如，小于 5%）辐射诱发损伤的可能性的这些功能关键脑区的限制剂量是多少？
3. 大脑功能磁共振成像能否用于指导放射治疗计划，以最大限度地减少功能关键大脑区域的剂量并评估这些区域的治疗反应？

研究方法：

放射治疗前的成像：对于每位患者，除了用于脑部放射治疗的标准解剖 MRI 之外，还将进行主动刺激和静息 fMRI 检查。 视觉、语言和工作记忆功能所涉及区域的激活图将从 fMRI 扫描中生成，患者对工作记忆任务（即 N-Back 任务）的反应将在 fMRI 研究期间被记录下来。 MRI 和 fMRI 结合起来大约需要 90 分钟——标准 MRI 需要 60 分钟，fMRI 需要 30 分钟。 激活图将叠加到 FLAIR MRI 图像上，导入放射治疗计划系统并与模拟 CT 扫描共同配准。

放射治疗和常规随访：fMRI 激活图中的功能关键区域将作为关键器官单独绘制轮廓，但不会考虑用于计划优化。 将计算和记录功能关键大脑区域的剂量体积直方图 (DVH)。 每位患者将根据治疗方案接受脑部分割放疗，放疗后每三个月进行一次随访。

随访评估： 3MS 检查将在治疗开始前进行，并在常规随访期间每三个月在治疗后进行一次，以筛查神经心理功能。 解剖 MRI（标准）和大脑功能磁共振成像（研究）将在放射治疗后 6 个月获得，以确定涉及视觉、语言和工作记忆功能处理的区域的放射学和功能变化。

最大限度地减少肿瘤复发或进展的干扰：将采取两项措施来最大限度地减少肿瘤复发或进展对辐射引起的性能改变评估的干扰。 首先，患者纳入将仅限于肿瘤生长缓慢的患者，例如脑膜瘤、低级别神经胶质瘤和间变性星形细胞瘤，因此肿瘤复发或进展的机会很小。 其次，在任何放疗后随访中出现疾病进展的患者将被排除在研究之外，因为无法区分疾病进展与放疗副作用对 fMRI 或 3MS 检查的影响，并且结果将无法解释。

剂量反应分析：Logistic 回归分析将用于评估作为辐射剂量函数的功能关键脑区并发症的可能性。 因变量将是识别患者因辐射暴露而出现的并发症（3MS 检查分数和 N-Back 测试下降，MRI 和 fMRI 上识别的放射学/功能变化）的二元指标。 逻辑回归模型将包括相关的受试者水平因素（例如，年龄、性别、基线 Karnofsky 表现状态、肿瘤位置、近期癫痫发作、抗癫痫药物）作为协变量。 拟合逻辑正常组织并发症概率 (NTCP) 模型将允许估计与该区域的任何辐​​射剂量相关的显着并发症的概率，允许将限制剂量计算为预期以可接受的概率诱发并发症的剂量（例如， 5%)。

结合放射治疗计划的限制剂量：考虑到功能关键的大脑区域，上述“剂量反应分析”中的限制剂量将用于 IMRT 重新计划。 优化目标是最大限度地减少对功能关键大脑区域的剂量，同时保持类似的 PTV（计划目标体积）覆盖并将对关键结构的剂量保持在可接受的公差范围内。 在考虑和不考虑功能关键大脑区域的情况下，将针对两种治疗计划比较功能关键大脑区域、PTV 和所有其他关键结构的 DVH。 将进行 Wilcoxon 配对符号秩检验，以根据关键器官的计算 NTCP 比较计划。 McNemar 测试将用于比较具有和不具有功能区域剂量限制的计划的收益率（即成功设计 IMRT 计划的患者比例）。

本研究的主要研究终点是正常组织并发症。 本研究的主要目的是确定剂量反应曲线和脑放疗中功能关键脑区的限制剂量。 本研究的第二个目标是研究主动刺激或静息态 fMRI 的准确性，以避免脑肿瘤放射治疗计划中功能关键的大脑区域，并评估这些关键区域的治疗反应。