边保留处方。最后的预测模型通过切换标准模型和依据单边保留准则得到的单边保 留模型考虑单边保留。该模型使用20例额外病例测试。通过组合模型结合标准模型提高 预测精确的意义是评估使用威尔科克森秩和检验（Wilcoxonrank-sum)测试。
[0113]使用ROC分析，最好的单边保留标准是（1) 一个腮腺的预测中值剂量高于24Gy; (2)其他的高于7Gy。该标准给出的正确阳性率和错误阳性分别为0.82和0.19。在两组保 留案例中，组合模型与标准模型执行地都很好，腮腺中值剂量为0. 34Gy的两个模型的预测 误差中值均为0. 81。在单边保留案例中，标准模型高估了中值剂量为7. 8Gy，而组合模型的 预测结果与实际值得区别仅仅只有2. 2Gy(P=O. 005)。同样，在模型与实际计划DVHs中剩 余量相同用于两组模型（P=O. 67)的双边保留案例，而在单边保留案例（P=O. 01)中标准模 型预测DVHs显著高于组合模型。
[0114]预测腮腺保留的组合模型需要考虑单边保留提高预测精确度通过先前的模型。在 头颈（HN)癌症放射治疗中，由于S维适形放射治疗提高了腮腺保留，因此IMRT对减少口腔 干燥发生率具有明显的优势。目前腮腺保留临床指南共识来源于基于毒性研究的人群，如 QUANTEC和RT0G。研究表面腺功能降低很少发生在均值剂量为IO-ISGy之间，发生率逐步 增加在均值剂量为20-40Gy的范围内，当均值剂量大于40Gy时腺功能降低严重。卵ANTEC 指导方针建议至少一个腮腺需要接收少于20Gy的均值剂量，或者两个腮腺都需要接收少 于25Gy的均值剂量。此外，每个腮腺的均值剂量应该保持尽可能低。腮腺剂量保留对象被 RTOG推荐：至少一个腮腺需要接收不少于26Gy的均值剂量，或者20CC的左右腮腺结合体 积需要接收不多于20Gy的剂量，或者至少50%的腮腺接收不多于30Gy的剂量。据我们所 知，指导方针包括备用单边腮腺和备用双边腮腺两个准则。利用其中一个准则就能避免口 腔干燥。使用哪个准则由治疗计划中的临床医生决定。
[0115]在临床实践中，医生通常目测检查特定患者的解剖学。在案例中原先肿瘤或淋己 结的位置会与计划目标体积（PTV)腮腺发生大量覆盖，因此不太可能保留两个腮腺，他们会 选择减少或移除某个腮腺的剂量约束作为保留相对侧可用腮腺的条件W得到一个更有利 的放射生物学结果。在此，术语"单边保留"是指保留单个特定腮腺的情况，术语"双边保 留"是指医生保留两个腮腺的情况。
[0116]通过患者的解剖特征和过去的计划经验，很多方法在HNIMRT治疗计划中都可W用来预测病危器官的保留剂量。本文公开的知识数学模型可W用来描述患者解剖特征和在 许多OARs中可实现的剂量保留之间的定量相关性。该相关性表示PTV剂量范围和在OARs 中剂量保留的临床可接受权衡。运里公开的方法和系统考虑到在HNIMRT计划中的单边腮 腺保留。单边腮腺保留在不断权衡左右腮腺的情况下反映了一个断点，它是不同OARs之间 剂量保留权衡的特例。运里公开的数据显示该类型是特殊的，在左右腮腺之间的间断性权 衡是在HNIMRT中的一个普遍操作。
[0117] 依据实施例，运里公开的系统和方法可W用于腮腺中的剂量保留预测。运里公开 的模型可W合并单边保留注意事项，运样就可W更接近地反映临床计划权衡和决定。模型 提供了一个用于合适的单边腮腺保留案例和在可救的腮腺案例中额外的剂量保留比例的 自动决定的定量标准。
[0118] 在一个实验中，在机构审查委员会（IRB)批准的协议下，68个HN患者被复查用于 训练OAR预测模型。处方是44-50Gy的主要PTV和66-70Gy的增加PTV。运些案例包括口 咽，口腔，喉咽和喉肿瘤。鼻咽肿瘤不包括在运项研究中，因此它通常会设及一组不同于其 他HN癌症类型的额外的关键器官，且腮腺保留和患者解剖特征的相关性也有些不同。在HN IMRT计划中剂量约束没有规定模板。相反，剂量约束通过医生在仔细地检查患者解剖学和 适应症后依据具体情况制定。在上述68例病例中的35件，医生规定了单边保留选择，剂量 约束对腮腺的不可救边表示为"尽可能小"或"没有约束"。对可救边的剂量保留制定更严谨 的约束，且强调在计划中找出在不损害PTV覆盖面情况下用于腮腺剂量保留的最高水平。
[0119] 用20个额外的病例对模型进行验证，其中10例具有医生制定的单边保留选择，其 余10例没有。运些病例具有用于模型训练的相同特征。
[0120] 在先前的研究中，我们使用一组解剖特征成功的建立了一个预测OARDVH保留的 非线性模型。该模型不能区分单边保留病例和双边保留病例；所有HN病例都一起训练建 立普通的OAR保留模型。如何实现模型在先前的文中已经详细介绍。除了体积特征，目标 距离直方图（DTH)特征被主成分分析提取。PTV剂量覆盖处方和剂量均匀性作为解释因素 解释PTV覆盖范围和OAR保留范围的权衡。步进式多元回归方法用于选择最重要的患者特 征，该特征对训练计划中的OAR剂量保留有影响。
[0121] 表1 :模型中患者解剖和剂量测定特征清单 一个治疗过程中的主要和提高计划是分开建模。然而，医生的剂量约束通常决定于总 计划，该计划在整个治疗计划中结合了主要计划和提高计划。在运个研究中，总计划中的两 个预测模型用来描述剂量保留对患者解剖特征的依赖性。在医生制定的单边保留案例中单 边保留模型使用备用腮腺数据训练，而标准模型使用计划目标为保留双边腮腺的剩余的病 例训练。最后的模型结合了上面两个模型。给出一个患者案例，结合模型使用标准模型预 测初始剂量保留。然后，预测腮腺剂量满足确定的单边保留标准，结合模型在考虑单边保留 的效果下可W运用单边保留模型提供腮腺剂量预测。
[0122] 在临床治疗计划中，单边腮腺保留病例趋向于在PTV和腮腺一边具有大量重叠部 分，导致该边腮腺具有过高的剂量。因此，在运个研究中我们通过标准模型作为单边保留准 则来使用中值剂量（D50)预测。运个研究中的单边保留准则由中值剂量代替均值剂量形成， 因为医生根据我们机制中的中值剂量规定腮腺剂量的保留约束。
分 别表示左右腮腺的中值剂量预测，和分别表示左右腮腺的中值预测，其中dl和d2是两个腮 腺的剂量阔值。单边保留案例应该满足W下条件：
上述两个特定条件可W通过应用于右腮腺的dl或者应用于左腮腺的d2触发。
[0123] 为了获得最佳阔值，接受者操作特征（ROC)分析被执行，即通过分析不同的阔值 W及比较在不同阔值下基于模型分类器相应的医生单边保留处方。决策准则由ROC曲线上 的点决定，该决策使得似然率最大，定义为：似然率=灵敏度/ (1-特异性)。似然率越大， 意味着在案例满足准则的条件下医生更有可能处理单边保留案例。
[0124] 另一项研究表明，在覆盖PTV的部分腮腺体积与腮腺均值剂量之间具有很大的相 关性。保留的腮腺与PTV具有大量重叠(大于21%的腮腺体积）将导致PTV覆盖范围不足。 因此，本文测试了另一种方法来识别单边保留病例通过直接使用腮腺-PTV重叠体积。病例 将会作为单边保留病例识别，如果腮腺体积与最初的PTV体积重叠的部分大于阔值。该方 法与基于预测腮腺中值剂量准则通过ROC分析相比较。
[0125] 腮腺剂量保留的结合模型可W通过结合单边保留准则，标准和单边保留模型构造 获得。当病例满足单边保留准则时，具有较低预测D50的腮腺被选择作为备用，它的值使用 单边保留模型预测。
[0126] 评估最终模型（结合模型）及其改进模型的有效性，验证测试使用验证数据执行。 验证数据不同于训练数据，其中10例具有医生规定的单边保留参数选择，另外10例没有。 标准模型和结合模型都应用于运些病例。模型预测值和实际计划值的不同在于计算评估预 测精度。
[0127] 计算两个定量测量来比较模型DVH和实际计划DVH的不同。第一个测量使用D50 作为剂量测量的预测精度指示。分别针对结合模型和标准模型，预测D50和实际临床值之 间的不同在于需要计算每个验证病例，分布的不同在于图形可视化。进一步，从两个模型计 算得到的两组集合的差别在于需要执行威尔科克森秩和检验测试来评估提高预测精度的 重要性。
[012引区别结合模型预测值与实际计划值的腮腺中值剂量的中值用来评估特定剂量测 定点的预测精确度，残留总和（SR)作为第二测量值使用来量化模型和实际计划的全部DVH 曲线的总体差异。SR可W定义为在每个剂量单位上两个DVH之间的差异总和(按1%处方剂 量区间计算）：
其中V'AcW气巧沁(.扮）分别为与实际和模型DVHs上的标准化剂量D相对应 的体积比例值，盞技为剂量单位宽度。正SR值表示实际临床DVH平均高于模型DVH，反之亦 然。威尔科克森秩和检验测试又一次执行W显示两个模型分离的重要性。
[0129] 标准模型与单边保留模型都描述了一系列患者因素腮腺DVHs的S个主成分分析 的依赖性。标准模型的确定系数使得两个PCS为：PCS1:0.81，PCS2:0.68。单边保留模型的 确定系数使得两个PCS为：PCSl:0. 72,PCS2:0. 45。图18显示了来自训练数据集的四个单 边保留病例和四个双边保留病例的实际计划DVHs和模型预测DVHs。非保留数据不用来训 练单边保留数据。图18显示了权衡效果。
[0130] 如图19所示中值剂量值由标准模型W及68个病例预测获得，图19为单边腮腺保 留剂量测定标准的说明图。每个标记都代表一个患者的计划。单边保留区域为两个L型单 边保留阔值线上方的浅灰色区域。Y轴表示左腮腺的中值剂量，X轴表示右腮腺的中值剂 量。单边保留阔值dl和d2具有多种情况，真阳性率（TPR)和假阳性率（FPR)由每对阔值计 算获得，该阔值通过比较模型分了器和医生处方(实际值)获得。ROC曲线为图20中的实线。ROC曲线下方面积（AUC)率为0. 87。在ROC曲线上，被选中的点的真阳性率为TPR=O. 82,被 选中的点的假阳性率为FPR=O. 19。对应dl=25Gy，d2=7Gy的阔值点的最大似然比为4. 3。 某患者病例将会视为单边保留病例，如果（1)腮腺一边的中值剂量大于24Gy; (2)另一边的 中值剂量大于7Gy。单边保留区域为图19所示L型阔值线上方的浅灰色区域。
[0131] 作为比较，通过腮腺体积与PTV重叠部分计算获得的标准ROC曲线为图20中的虚 线。图中数据的AUC为0.73。基于腮腺中值剂量预测获得的标准性的较低AUC值更符合医 生的临床单边保留决定。
[0132] 使用运些阔值，35件医生处理的单边保留病例中（在图19中用X的平方标记）中 的29件单边保留病例是正确的，33件医生处理的双边保留病例中（在图19中用菱形标记） 中的27件双边保留病例是正确的。大多数错误分类的病例接近图中的对角线表示左右腮 腺的PTV具有高对称性。当右腮腺的D50 (小于5Gy)，左腮腺的D50大约为25Gy时，单边 保留病例误分为双边保留病例的概率很低。
[0133] 使用10个医生规定的单边保留验证病例，7个病例被正确分类。在=个错误分类 的病例中，所有腮腺的预测D50都在20-24Gy的范围内。而且，左右腮腺的PTV几何关系都 非常相似。运表明即使医生可W通过个人评估来预测单边保留，临床计划可W保留两个腮 腺在小于标准阔值24Gy的情况下。
[0134] 在10个没有医生规定的单边保留验证病例中，8个病例正确分类。两个误诊病例 中，两个右腮腺预测的D50都大约为26Gy，左腮腺的中值剂量分布预测为21Gy和19Gy。运 两个病例在单边保留阔值24Gy之上，在临床上被医生确定为双边保留病例。
[0135] 两个正确分类的病例和两个错误分类的病例在图21A至图21D中分别被解释说 明。图（a)和图（C)分别显示了医生规定的双边保留病例。图21B和21D分别显示了医生 规定的单边保留病例。如图21A和21D的双边保留病例所示，标准模型和预测模型的预测 值都接近临床计划值（图21A和21C)。在单边保留病例中，当单边保留明显有利如图21B 的临床状况所示，结合模型的预测值更接近临床计划值。另一方面，当单边保留是必要的边 界线(腮腺D50接近24Gy)如图21D所示，标准模型和结合模型都接近临床D50的值。
[0136] 图22A和图22B描述显示了标准模型和结合模型预测的腮腺中值剂量（D50)的精 确度。预测误差是模型预测值与实际计划值的差值，单边保留病例，双边保留病例W及所有 病例的结合都显示在图中。图22A显示了腮腺中值剂量的差异。图22B显示了模型DVHs 与实际计划DVHs之间的残留总和。图22A比较了标准模型与结合模型之间的腮腺中值剂 量的预测精确度。预测误差是预测中值剂量值与实际计划值的差值，双边保留病例，单边保 留病例W及所有病例的结合都显示在图中。图中，盒形中的水平条表示分布中值的位置，盒 形表示分布的四分位范围（IQR) (25%四分位到75%四分位)。异常值用交叉表示，表示该 点离盒形边缘大于1. 5倍的IQR。上下极值用与盒形相连的水平条表示。
[0137] 在双边保留病例中，结合模型与标准模型都执行地很好，两个模型（P=O. 81)的预 测误差中值都是0. 34Gy。在单边保留病例中，与平均值7.SGy相比标准模型高估了D50的 值，结合模型的预测值不同于实际值（P=O. 005)只有2. 2Gy。当只考虑双边保留病例或者双 边保留病例与单边保留病例同时考虑（P=O. 81和0. 11)时，运两个模型的差异是不重要的。 当只考虑单边保留病例（P=O. 005)时，运两个模型的差异是重要的。
[013引图22B使用SR比较了模型DVH曲线和实际计划DVH曲线。由于SR计算了两个DVH曲线之间的差值，当计算值接近0时表示模型DVH曲线和实际计划DVH曲线非常匹配。正SR 值表示实际计划DVH的值平均高于模型DVH的值，反之亦然。对于双边保留病例结合模型与 标准模型的预测精确度是相同的：两个模型的SR中值分别为-0. 002和-0. 009 (P=O. 67)。 对于单边保留病例，中值分别为-0. 08和-0. 015,具有很大的不同（P=O. 01)，表示标准模型 DVHs大大高于实际计划DVHs。当所有病例一起考虑时，中值分别为-0. 018和-0. 007,差异 是不重要的（P=O. 09)。
[0139] IMRT可W包括很多不同的权衡情形。除了左右腮腺之间的剂量保留权衡外，还显 示了在一些病例中腮腺剂量保留受其他OARs影响的实验数据集。例如，缺少口腔或喉的约 束，腮腺剂量会降低。权衡的影响作为回归模型的标准偏差。并且还指出，在大多临床病例 中，优先保留器官可能不遵循惯例或模板；因此，依据OAR保留约束处方在大多病例中具有 高度一致性。
[0140] 单边腮腺保留可W规定对某个腮腺减小或消除剂量约束作为相对边可救腮腺更 低中值巧日均值）剂量的交换。在PTV主要位于颈部一侧的病例中，对侧边腮腺可能获得很 少的剂量，因此不必放弃同侧的腮腺保留。运些病例如图19中的两个L形长臂所示(其中， 剂量阔值为7Gy)。在运些病例中，医生或计划者通常不只保留单边腮腺。唯一的例外是某 个医生强调保留右腮腺的病例(在图19中的左边用X表示)，在实际计划中右腮腺的D50值 为5Gy，左腮腺的D50值大约为25Gy。虽然已经规定单边保留，实际计划仍尝试保留双边腮 腺，两个DVHs均符合标准预测模型。
[0141] 单边保留分类器不总是与医生的处方一致。在大多运些误诊病例中，PTV位于颈 部的中屯、，左右腮腺与PTV具有非常相似的几何关系。在运些病例中，D50接近图19中的 对角线，在20-30Gy的范围内。运种情况下，如图21的（C)和（d)所示，标准模型与结合模 型具有非常接近的预测结果。因此，医生参数选择或模型分类会导致临床计划中的剂量测 定差异减小，通过两个模型预测得到DVHs与临床DVHs相近。大多误诊病例落入了运种情 形，因此对最终的结合模型没有重大影响。误诊的另