Monitoring Treatment Response in Radiation Therapy: A Scoping Review of Dosimetric, Imaging, and Artificial Intelligence-Based Approaches
本范围综述综合了监测放射治疗反应的当前方法学，强调了体内剂量学、功能成像以及新兴的人工智能驱动预测模型的互补作用，同时强调了进一步标准化和临床验证的必要性。
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癌症是一种细胞无节制增长的疾病，细胞在停止生长前会不断增殖并扩散到身体其他部位。为了阻止这一过程，医生经常使用放射治疗，这是一种向肿瘤发射高能粒子以破坏癌细胞内部 DNA 并导致其死亡的方法。这个过程是一个微妙的平衡过程：射线必须足够强以摧毁肿瘤，同时又要足够精准，以保护周围的健康组织。几十年来，医生一直依赖标准扫描来观察肿瘤是否正在缩小，就像在放掉一些空气后检查气球的大小一样。然而，肿瘤在物理尺寸发生变化之前，其内部化学性质或血流量可能会先发生变化，这意味着患者可能在医生察觉之前就已经在好转或恶化，而此时为时已晚。如何实时监测这一过程，即精确观察患者实际接收了多少辐射量以及肿瘤对辐射的反应，已成为现代医学面临的一个关键挑战。
由来自加纳的 Emmanuel Amponsah 及其在夸梅·恩克鲁玛科技大学（Kwame Nkrumah University of Science and Technology）的同事领导的研究团队，致力于绘制当前用于解决这一问题的工具图谱。他们对 2010 年至 2024 年间发表的科学文献进行了广泛的综述，寻找研究医生如何监测放射治疗的研究。他们重点关注了放射治疗交付的两种主要方式：来自体外的射线束，以及直接放置在肿瘤内部或附近的放射源。在筛选了数百份报告后，他们选择了 21 项符合严格标准的项研究，包括临床试验、计算机模拟和博士研究。他们的目标不是发明一种新机器，而是了解目前存在哪些工具、它们的效果如何，以及在追踪治疗成功率方面仍存在哪些差距。
研究人员发现，目前的手段依赖于三个协同工作的不同支柱。第一个支柱是称为“体内剂量学”（in vivo dosimetry）的方法。这涉及将小型探测器直接放置在患者身上或体内，以测量治疗期间照射到身体上的实际辐射量。体内剂量学不再仅仅信任计算机计划，而是通过这些探测器告诉医生实际输送了多少剂量。综述强调，虽然这种方法对于确保安全性非常有效，但尚未在每家医院普及。有些探测器可以实现即时测量，允许医生在剂量错误时停止治疗过程，而另一些则需要一段时间才能读取数据。研究表明，这些工具可以捕捉到微小的误差，有些测量值与计划的偏差不到 1%，但该技术仍在不断完善，以求在常规护理中顺畅运行。
第二个支柱是影像学，即观察肿瘤本身。综述区分了显示肿瘤形状和大小的标准扫描，以及揭示肿瘤运作方式的功能性扫描。标准扫描（如计算机断层扫描）很常见，且擅长观察肿块是否变小。然而，研究人员发现，功能性磁共振成像（fMRI）对早期变化的敏感度要高得多。这些先进的扫描可以检测水在肿瘤中移动的方式或血液流向肿瘤的方式，从而在肿瘤物理缩小之前提供生物学反应的洞察。例如，一项研究指出，这些扫描中的特定测量值可以区分哪些患者实现了完全代谢反应，哪些没有。另一项研究发现，结合不同类型的扫描（例如同时显示结构和代谢的扫描）可以更清晰地呈现治疗如何影响肿瘤环境。
第三个支柱是人工智能和影像组学（radiomics）的应用。影像组学是一种利用计算机从医学图像中提取成千上万个细微且肉眼不可见的细节的技术。随后，人工智能会对这些细节进行分析，以预测患者对治疗的反应。综述发现，这些计算机模型展现出了巨大的潜力。在涉及宫颈癌、前列腺癌和直肠癌的研究中，这些模型能够高精度地预测结果，有时甚至超过了传统方法的表现。例如，一项研究测试了 12 种不同的计算机算法，发现其中一种算法预测治疗成功的准确率达到了 93%。这些工具让医生能够查看数据并预见肿瘤是否可能缩小，或者是否需要调整治疗方案，从而有望节省时间并改善疗效。
尽管取得了这些进展，研究人员仍发现了这些工具在使用中的显著差距。他们创建了一份证据地图，发现虽然某些癌症（如宫颈癌和前列腺癌）得到了充分研究，但对于乳腺癌和肺癌等其他癌症，关于如何使用这些特定工具进行监测的研究却非常匮乏。更重要的是，他们发现没有任何一项研究成功地将这三个支柱——测量剂量、扫描肿瘤和使用人工智能——整合为一个统一的系统。目前，这些方法往往是孤立运行的。医生可能会先检查剂量，然后观察扫描结果，最后单独使用计算机模型，而不是拥有一个能够整合所有这些信息并实时指导治疗的系统。
作者总结道，虽然监测治疗反应的技术正在迅速发展，但尚未准备好在每家诊所进行广泛、标准化的应用。从测量辐射的小型探测器到分析图像的智能计算机，这些工具确实存在，但它们需要经过更彻底的测试，并实现无缝协作。综述建议，放射治疗的未来在于将这三个领域结合成一个闭环，使剂量、图像和预测能够不断相互告知。在此之前，医学界必须继续完善这些方法，确保“精确观察肿瘤如何对治疗做出反应”的承诺不仅能成为那些在专门研究中心患者的现实，也能成为每一位患者的现实。
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