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呼吸运动对4D锥形束CT图像质量影响分析
目的 研究四维锥形束CT(4D-CBCT)的成像质量与呼吸运动特征参数间的关系.方法 将Catphan500图像质量检测模体通过固定装置固定在Mapcheck XY运动平台之上,通过控制平台模拟静止以及19种呼吸运动状态,在各种运动状态下使用Synergy加速器对图像质量检测模块进行4D-CBCT扫描.通过分析重建图像的10个分时相下图像的几何精确性、空间分辨率、低对比可识别度、CT值均匀性以及运动位置准确性等指标,得到4D-CBCT的图像质量和运动方向、幅度和周期3个特征参数的关系.结果 当静止或只有左右方向时,重建图像不正常,图像质量显著差于有头脚方向运动的情况.对比度噪声比随运动周期增加而降低,当周期从2 s增加为6 s时,对比度噪声比从3.33降低到1.72(P<0.01),几何精确度、空间分辨率和矢状位受呼吸运动影响不显著.结论 4D-CBCT图像质量中对比度噪声比、水平和垂直方向的几何精确性以及运动位置精确性受呼吸运动影响显著,图像空间分辨率和矢状位几何精确性受呼吸运动影响不显著,4D-CBCT需要周期性的SI方向的运动介入,过于平缓或者无周期性规律的运动会影响图像质量甚至导致图像不能正确重建.4D-CBCT图像重建需要SI方向的周期性运动介入,图像质量同时受呼吸运动振幅和周期的影响,4D-CBCT扫描推荐患者呼吸周期<6 s,振幅>0.75 cm.
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用数字模体模拟利用4DCT计算累积剂量偏差
目的 用计算机仿真模拟评估由于患者呼吸不均匀导致的用4DCT图像与用扫描4DCT时的实时呼吸图像计算的累积剂量之间的差异.方法 用某个患者的4DCT图像生成数字模体,通过计算机模拟各种形式的不均匀呼吸曲线形成4DCT图像及扫描4DCT时的实时呼吸图像.在参考图像上制作一个6个野均分的IMRT计划,用4DCT和扫描4DCT时的实时呼吸图像分别计算累积剂量且记为D4D和Dall,并计算二者之间的差异,评价呼吸运动模式变化对该差异的影响.结果两种累积剂量之间的差异依赖于平均运动幅度和幅度标准差的变化.当平均运动幅度从5 mm增加到15 mm时,靶区ΔDmin(ΔD99)从2.39%(2.04%)增加到11.91%(5.24%),而当幅度的标准差从平均幅度的15%增加到平均幅度的45%时,靶区ΔDmin(ΔD99)从5.93%(2.15%)增加到14.65%(5.01%);当平均周期从3 s增加到5 s或者周期标准差从平均周期的10%增加到40%时,靶区ΔDmin(ΔD99)均>6.0%(2.0%)而<9.0%3.0%);当肿瘤直径为2 cm、3 cm以及4 cm时,靶区ΔDmin(ΔD99)分别为11.88%(5.50%)、6.91%(2.42%)以及7.53%(3.62%).结论 当呼吸运动不均匀时,用4DCT计算的累积剂量和用扫描4DCT时的实时呼吸图像计算的累积剂量之间存在较大差异,且该差异依赖于呼吸运动的平均幅度和幅度的标准差,而平均周期及周期标准差的变化对其影响不大,该差异随肿瘤体积变化的趋势不明显.
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3DCT和4DCT扫描下不同运动频率对运动中大体肿瘤体积的影响
目的 探讨不同运动频率下基于3DCT和4DCT扫描所构建的运动肿瘤体积和中心点坐标位置差异.方法 利用Modus公司呼吸运动平台和8个不同形态和体积模体模拟肺部肿瘤运动,在10、15、20次/min运动频率下分别行3DCT和4DCT扫描,依次勾画3种运动频率下GTV10、GTV15、GTV20和IGTV 10、IGTV15、IGTV20并得到中心点坐标位置,对GTV10、GTV15、GTV20 、IGTV10、IGTV-15、IGTV20、中心点坐标位置值行Friedman检验.结果 GTV10、GTV15、GTV20分别为(12.41±14.26)、(10.38±11.18)、(12.50±15.23) cm3(P=0.687),x轴位置值分别为(-8.2±96.2)、(-8.6±96.1)、(-8.6±95.7)mm (P=0.968),y轴为(108.2±25.0)、(110.4±22.5)、(109.0±24.2)mm (P=0.028),z轴为(65.2± 13.7)、(65.4±13.4)、(65.4±13.2) mm (P=0.902).3种运动频率下IGTV分别为(17.78±19.42)、(17.43±19.56)、(17.44±18.80) cm3(p=0.417),x轴位置值分别为(-7.7±95.9)、(-7.9±95.6)、(-7.9±95.1)mm (P=0.325),y轴为(109.4±24.5)、(109.6±24.1)、(109.2±24.3) mm(P=0.525),z轴为(65.5±13.3)、(65.6±13.4)、(65.5±13.3) mm (P=0.093).结论 胸部肿瘤模拟定位时,呼吸运动频率对4DCT扫描靶区构建无明显影响;不同呼吸频率下所构建的3D靶体积大小差别不明显,但对靶区中心点y轴位置影响明显.
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应用4DCT研究乳腺癌根治术后胸壁IMRT的放射物理学优势
目的 探讨根治术后乳腺癌胸壁IMRT时为克服呼吸运动影响应用4DCT确定靶区的临床价值.方法 对入组的17例乳腺癌根治术后患者序贯进行常规CT和4DCT扫描并采集图像,分别勾画靶区和正常组织.根据每位患者的3D、4D靶区分别制定3D计划和4D计划,并将3D计划按等中心坐标直接复制到4D靶区上比较差异及OAR剂量学变化,并行配对t检验或Wilcoxon符号秩检验.结果 自由呼吸状态下呼吸运动导致PTV4D较PTV3D.平均增大(10.35±4.80)％(P=0.000),V100、V95、V90、D95、D90、Dmin分别降低(0.78 ～ 18.0)％(P=0.000)、(0.01～3.90)％(P=0.000)、(0～2.12)％ (P =0.000)、(13～222) cGy (P=0.000)、(1～118) cGy (P=0.000)、(6～1 910) cGy (P=0.000).而呼吸运动对患侧肺V20、V10、V5、Dmean和心脏V30影响不明显(P =0.288、0.407、0.435、0.758、0.575).结论 呼吸运动可能降低3D靶区剂量及覆盖范围,4DCT个体化放疗计划在保证胸壁靶区照射精度的同时并不增加正常组织受量.
关键词： 乳腺肿瘤/术后放射疗法 呼吸运动 四维治疗计划 -
模拟呼吸运动对三维放疗剂量分布的影响
目的 通过模拟呼吸运动来观察对三维适形放疗(3DCRT)和调强放疗(IMRT)剂量分布的影响.方法 将德国PTW 2D-ARRAY seven29剂量矩阵平板放在呼吸模拟机上,比较模拟呼吸运动和静止状态下的质量保证计划和治疗计划系统输出的等中心处水平面剂量分布.两组间数据行配对t检验.结果 呼吸运动均能降低靶区剂量分布和靶区剂量的适形度；3DCRT的γ通过率(3％3mm)大于IMRT的[(53.58±0.74)％、(30.71±1.00)％,t=57.91,P＜0.01].呼吸运动对3DCRT的影响集中在靶区周边,对IMRT的影响分布与整个靶区.结论 对呼吸运动幅度较大处肿瘤采用3DCRT,若采用IMRT应根据情况对靶区及剂量均应适当修正.
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模拟呼吸运动对肿瘤三维技术放疗的剂量分布影响
目的 通过模拟呼吸运动研究呼吸运动对三维技术放疗剂量分布的影响.方法 对11例肺癌患者进行三维技术放疗计划设计,将二维半导体阵列Mapcheck放在呼吸模拟运动平板3cm等效水模上,使用近似呼吸运动周期为3.5s,运动幅度分别为±3、±5、±10、±15 mm,比较运动和静止状态下Mapcheck实测的剂量分布和治疗计划系统输出的相应平面剂量分布.两组数据行配对t检验.结果 呼吸运动均能降低靶区剂量分布的适形度,剂量分布产生模糊效应;11例患者呼吸运动状态下,3DCRT-QA的γ通过率平均值(3％/3 mm)均大于动态IMRT-QA的,且相互比较的P均＜0.05;通过Mapcheck系统分析出呼吸运动对3DCRT剂量分布的影响主要集中在靶区周边,可对动态IMRT的影响分布于整个靶区.结论 对呼吸运动幅度较大的肿瘤建议采用3DCRT技术,更能确保运动的肿瘤得到预期较准确的剂量分布,若采用IMRT技术应根据情况对运动肿瘤进行呼吸运动补偿等方法以确保肿瘤相对静止.
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呼吸运动对质子调强放疗的影响及研究进展
相比于光子调强放疗,质子调强放疗有明显的剂量优势.质子的布拉格峰比较陡峭,容易受射程偏差、摆位偏差、器官形变等因素的影响.呼吸运动造成的计划剂量和实际照射剂量之间的差异阻碍了质子调强放疗在胸部肿瘤中的广泛应用.本文综述了呼吸运动对质子调强放疗的影响及减小这种影响的研究进展,为临床和研究提供参考.
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呼吸运动对胸腹部肿瘤精确放射治疗的影响
精确放射治疗是基于高清晰度CT或MR图像的精确定位、三维数字重建、三维治疗计划等为一体化的三维治疗技术.它的应用减少了邻近靶区正常组织器官的放射损伤,提高了肿瘤区照射剂量.初步结果显示可增加肿瘤的局部控制率[1],对那些以局部复发为主要致死原因的恶性肿瘤,通过增加肿瘤剂量可提高生存率.精确放射治疗要求照射野较小以便于提高肿瘤内剂量,而胸腹部肿瘤的生理运动如呼吸运动、心脏搏动的影响或肿瘤相关的影响如肺不张、阻塞性炎症的变化及治疗前、中、后体重的增加或减少均严重影响靶区的精度,使计划靶区和实际靶区剂量的吻合程度误差较大.有报道这一差异可达10%以上[2],由此认为精确放射治疗用于胸腹部肿瘤应充分考虑这一因素.笔者就呼吸运动对靶区的影响及相应措施做一综述.一、呼吸运动对胸腹部肿瘤靶区边界的影响
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四维CT在肺癌放疗中的临床应用现状
近年来随着肺癌发病率的逐年增高,其死亡率已上升至首位.综合治疗已成为肺癌的主要治疗手段,其中放疗占有非常重要的地位[1].随着放射物理、放射生物、影像学以及计算机技术的发展,肺癌放疗进入了精确放疗的时代.但器官形状和位置变化对放疗的影响仍是肺癌放疗中亟待解决的一个重要问题.器官形状和位置的变化在肺癌放疗的分次内与分次间均存在,分次内的变化主要包括呼吸运动以及大血管的移动,分次间的变化包括肿瘤的退缩或增长、体重的变化等[2].这些与时间相关联的解剖与位置改变可造成图像采集、计划设计与实施不准确,其中以呼吸运动影响为明显.根据国际辐射单位与测量委员会50、62号报告,在外扩临床靶体积(clinical target volume,CTV)到计划靶体积(planning target volume,PTV)时,应包括摆位边界和内边界;其中内边界是考虑人体生理活动在CTV上外扩的一个边界,是用来补偿分次内CTV大小、形状和位置的变化.
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肺癌放疗中的呼吸运动问题及解决方法
呼吸运动是影响肺癌放疗效果的重要因素,同时它也是一个比较复杂和难于解决的问题.笔者将从呼吸运动过程中肺肿瘤的运动情况、呼吸运动对肺癌放疗的剂量学影响、肺癌放疗中呼吸运动问题的解决方法等方面来阐述肺癌放疗中的呼吸运动问题及解决方法.
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四维CT在肺癌个体化放疗中的应用
局部复发或未控是放疗失败常见的原因之一,导致局部治疗失败的主要原因是靶区剂量不足和(或)靶区的遗漏,精确放疗技术为解决这一问题提供了可能性.在肺部肿瘤的精确放疗中,呼吸运动、心脏和大血管搏动等生理运动可以造成靶区及其周围重要正常组织的实际受照剂量与计划给予剂量有明显差异,其中尤以呼吸运动引起的靶区移位为著[1].
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应用四维CT评价肺癌大体肿瘤体积随呼吸运动的位移及影响因素
目的 应用四维CT(4DCT)测量肺癌大体肿瘤体积(GTV)在三维方向上随呼吸运动的位移并分析其影响因素.方法 选择21例肺癌患者共22个肺部病灶行4DCT扫描,勾画10个呼吸时相中的GTV0%～GTV90%.测量GTV变化及GTV质心、边界在三维方向上随呼吸运动的位移,计算出三维空间位移向量→(II)v并分析其影响因素.结果 GTV变化的平均值为+14.3%或-8.4%,GTV 中心点和GTV各边界在左右、前后、头脚方向上随呼吸运动的位移分别为(0.20±0.16)、(0.18±0.12)、(0.53±0.59)cm和(0.42±0.23)、(0.41±0.22)、(0.57±0.70)cm,其中GTV中心点在头脚方向上的位移大于左右(Z=-2.12,P=0.034)、前后方向(Z=-2.10,P=0.035),GTV各边界在头脚方向上的位移与左右、前后方向差异无统计学意义(Z=-0.81,P=0.417;Z=-0.86,P=0.391).GTV中心点随呼吸的位移大小只与所在肺叶有关,GTV位于下叶者在头脚方向的位移大于位于上叶者[(0.87±O.64)和(0.35±0.49)em,(t=-2.12,P=0.047)],在前后、左右方向上的位移无差异[(0.23±0.10)和(0.19±0.18)cm(t=-0.49,P=0.629)、(0.21±0.13)和(0.17±0.11)cm(t=-0.76,P=0.460)].GTV体积大小与GTV中心点在头脚、前后、左右方向位移以及三维空间位移向量→(II)v间无明显相关性(r=0.306、-0.062、-0.279、-0.300,P=0.189、0.796、0.234、0.199).结论 肺癌患者GTV随呼吸运动的位移个体化差异明显,头脚方向位移尤为显著,应用4DCT可进行较好评价;下叶病灶位移大,GTV大小与位移间无明显相关性.
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基于四维和三维CT的肝癌靶区与正常组织位移分析
经导管动脉化疗栓塞术结合术后放疗已成为无法手术切除的原发性肝癌的主要治疗方式之一,然而,肝脏位置受呼吸运动影响较大,会影响到肝癌靶区确定.已有文献报道了肝癌放疗计划中呼吸运动造成的肿瘤及邻近正常组织剂量学误差[1-2].相对于四维CT(four-dimensional CT,4DCT)临床常用的3DCT模拟定位靶区位置确定以及与邻近正常组织位置关系有待探讨.
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保乳术后基于4DCT的0％时相及50％时相配准方式比较
目的 探讨基于4DCT的0%时相(CT0)及50%时相(CT50)刚性配准(RIR)与形变配准(DIR)所构建的保乳术后瘤床体积及位置的差异.方法 纳入44例保乳术后行4DCT定位扫描的乳腺癌患者,由同1名放疗科医师分别基于CT0及CT50图像勾画GTV及金属夹.CT0及CT50分别运行RIR与DIR,在CT0上勾画的GTV及金属夹分别通过DIR与RIR映射到CT50.以相似度指数(DSC)、三维空间方向上靶区中心点的位移等指标评估DIR在靶区位置和形态上是否能有效改善CT0及CT50的匹配度.结果RIR与DIR的平均DSC分别为0.86±0.04、0.87±0.04(P=0.000).RIR在三维空间靶区中心点的位移明显大于DIR(1.22 mm : 1.10 mm,P=0.000).在前后方向上GTV及金属夹位移通过RIR的范围明显大于DIR(P=0.000),但在左右及上下方向 RIR与 DIR的 GTV及金属夹位移范围相近(P 均>0.05).结论 DIR可以改善4DCT的CT0及CT50配准时靶区的重合度.基于DIR测量呼吸运动所致的GTV及金属夹在前后方向上的位移明显优于RIR.
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CT模拟定位对肺癌三维适形放疗的影响
肺部肿瘤在放疗中随呼吸运动和心脏搏动,其在三维空间的位置会随时间变化而改变.CT模拟定位的扫描方式是一种螺旋向前的断层扫描方式,它的影像只是反映肺部肿瘤在某一特定时间内所处的相对位置,不能反映肺部肿瘤全面的活动情况,因此在临床应用中受到质疑[1];而门控技术及呼吸控制技术目前还没有在临床广泛应用.笔者通过应用两次肺部CT扫描方法及数字重建图像(DRR)片与射野片比较来探讨CT模拟定位对肺癌三维精确定位的可行性.
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基于Matlab程序评估放疗中呼吸运动对剂量分布的影响
在放疗计划设计时,考虑到呼吸运动等,临床靶区需要扩至内靶区.笔者尝试通过计算机模拟来评估不同呼吸状况对剂量分布影响,从而为确定从临床靶区至内靶区的扩界大小提供依据.
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主动呼吸控制系统在肝癌三维适形放疗中的应用研究
近年随计算机技术、放射生物学的发展,三维适形及调强放疗,立体定向外科手术开始应用于肝癌的治疗,为不能切除的患者提供了较好治疗效果,甚至获得二次根治切除的机会[1].然而,肿瘤随呼吸运动是影响精确放疗的主要问题.主动呼吸控制系统(ABC)是在放疗时将呼吸临时暂停在呼吸周期的某一阶段,有效减少放疗过程中靶区运动.笔者旨在初步探索ABC应用于肝癌三维适形放疗临床可行性,分析主动呼吸控制和自由呼吸状态下横膈和肝内靶区的动度.
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时间和勾画者对保乳术后ABC辅助部分乳腺外照射靶区勾画的影响
研究结果显示无论术后是否放疗,保乳治疗后乳腺内复发的主要区域都是瘤床及其附近[1,2].这种复发模式是近几年开展的部分乳腺照射(PBI)的基础.通过直线加速器实施的外照射三维适形放疗是PBI的实现方式之一,而术中在术腔的各个边界所放置的银夹则是部分乳腺外照射靶区勾画的依据[3,4].呼吸运动是部分乳腺外照射靶区位移的原因之一,而自主呼吸控制(ABC)则是消除这一影响的有效措施[3].因并不清楚同一勾画者在不同时间及不同勾画者对保乳术后ABC辅助部分乳腺外照射靶区勾画有无影响,故用25例患者进行了探讨.
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呼吸运动对周围型肺癌位置的影响及其数学模型的建立
胸腹部肿瘤的生理运动如呼吸、心跳等严重影响计划靶区剂量和实际靶区剂量的吻合程度以及靶区邻近重要器官的受照剂量,而且在不同种族的人群中可能存在差异,为了了解中国人呼吸运动对周围型肺癌计划靶体积的影响,笔者对54例患者做了CT测量并建立了相关数学模型.
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正向调强技术结合ABC系统对乳腺癌放疗的使用方法
近年来随着乳腺癌患者对治疗后生活质量要求的不断提高,有学者[1]提出采用正向调强放疗技术代替传统的切线野技术照射全乳,其目的在于得到更好的靶区剂量分布和降低心肺等重要器官的放射损伤.目前影响乳腺癌及其他胸部肿瘤摆位误差有诸多因素,其中呼吸运动而引起体位的移动是客观存在的,表现为左侧乳腺癌保乳术后放疗中随着自由呼吸心脏部分体积会周期性的引入照射区.
