从地形度量到放疗靶区：地理指标在表面引导放射治疗(SGRT)区域选择中的转化研究

　　本文创新性地将地理学中的地形计量指标（如坡度、坡向、地形起伏度等）引入表面引导放射治疗（SGRT）的感兴趣区域（ROI）选择中，通过合成表面与临床数据验证了地形指标对ROI表面质量的量化描述能力，为个体化放疗靶区规划提供了客观依据，对提升放疗精度和一致性具有重要意义。

　　

Abstract

目的

评估地理学衍生的地形计量指标（例如坡度、坡向、高程变化和崎岖度）能否为表面引导放射治疗（SGRT）的感兴趣区域（ROI）表面质量提供定量化、可重复的描述。我们预设了可行性标准：（一）在合成表面上随可控平滑处理呈现单调且方向一致的变化；（二）在临床差异显著的ROI（如不同乳房尺寸、全脸与局部脸）之间实现分布区分。

方法

研究确定了多项定量地形指标进行分析，包括坡度（Slope）、坡向（Aspect）、矢量崎岖度度量（VRM）、地形位置指数（TPI）和地形崎岖度指数（TRI）。首先，利用Perlin噪声在Python中生成合成乳房状和面部状表面，逐级平滑各表面并分析指标对表面复杂度的响应。其次，从AlignRT SGRT系统导出三个表面捕获数据：一小乳房、一大乳房、一面部（裁剪为局部脸和全脸表面）。通过直方图和三维映射可视化各ROI的指标分布。

结果

坡度、坡向、TPI和TRI在合成数据与患者数据中均有效捕捉表面变异，识别出对SGRT有价值的地形特征。VRM数值相对较低（与典型崎岖地质地形相比），表明其对平滑皮肤表面的价值有限。合成表面分析显示，增加平滑使坡度值趋近于零、坡向分布变窄，并降低TRI/TPI变异性。患者/志愿者表面中，小乳房ROI的坡度和坡向区域较少，大乳房ROI则具有更宽的坡度与坡向范围及更高的TRI/TPI，反映出更明显的局部褶皱。全脸ROI比局部脸ROI表现出更宽的坡度/TRI/TPI范围。

结论

地理学衍生的指标可量化ROI表面变异，满足预设可行性标准，并有望帮助个体化优化ROI选择以适配患者解剖特征。本研究为ROI设计与培训提供了量化基础，未来需开展前瞻性研究以将指标阈值与摆位和分次内性能相联系。