基于图像变形配准的肺癌自适应放疗剂量学研究
摘要： 目的:应用图像配准技术实现肺癌自适应放疗中剂量的累加,并评价放疗计划中靶区、正常组织和危及器官相应的剂量学改变.方法:选取9例接受自适应调强放射治疗的肺癌患者,这些患者在经过20次分次治疗后,重新采集CT图像,运用变形图像配准技术将2次CT图像进行剂量累加,得到累加剂量以及相关计量学参数,然后比较自适应放疗及常规的调强放射的剂量学差异.结果:经自适应放疗,大体肿瘤体积(GTv)体积相对于放疗前平均缩小53.2％,靶区肿瘤受照剂量相对于常规调强放疗计划平均提高0.41 Gy;肺组织V20、V30分别平均降低2.17％、3.32％;心脏V30平均降低1.14％,V40降低2.98％;脊髓大受照剂量降低1.21 Gy.结论:肺癌放疗过程中,自适应放疗相对于常规调强放疗能提高靶区受照剂量,有效减少周围正常组织剂量,降低放疗副作用的发生.
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食管癌调强计划中钨门锁定和钨门跟随技术剂量学比较
目的:比较研究食管癌调强计划中使用钨门锁定和钨门跟随技术对于计划设计质量尤其是肺受量的影响.方法:回顾性选取48例IV期食管癌患者,PTV体积为(542±192)cm3.基于Eclipse 10.0系统为每例患者设计7野调强计划,并通过归一使95％PTV剂量达到50.4 Gy.在保持布野、优化条件等其他参数不变的情况下,通过改变钨门设置分别生成钨门跟随(Tracking)组和钨门锁定(Fixed)组,并对Fixed组计划进行热点处理以确保其满足临床要求(Modified).分析3种不同设计方法48例患者计划的剂量-体积参数绘制平均DVH图进行比较.结果:Fixed组比Tracking组心脏V30 Gy、V40 Gy、Dmean分别平均降低了0.68％、1.89％、1.77％;肺V5 Gy、V20 Gy、Dmean分别平均降低了6.84％、1.50％、4.06％;但脊髓的Dmax和全局热点分别增加了0.58％和2.14％,在去除热点后得到了解决,Modified组脊髓Dmax和全局热点均显著低于Tracking组(P<0.001),降幅分别为1.92％和2.38％,且心脏V30 Gy、V40 Gy、Dmean和肺V5 Gy、V20 Gy、Dmean等降幅分别为7.69％、2.00％、2.42％和6.56％、1.33％、3.73％,差异均具有统计学意义(P<0.05).结论:钨门锁定技术在特殊情况下比钨门跟随技术更能够有效保护心脏、肺等重要器官,在设计食管癌固定野调强放疗计划时,应在临床实践中予以充分考虑.
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ArcCheck的剂量学特性测量及其对VMAT计划的验证
目的:对ArcCheck的剂量学特性进行测量,分析ArcCheck的剂量学特性曲线,探讨ArcCheck能否满足临床使用的要求.方法:分别测量ArcCheck的重复性、能量响应、角度响应和剂量率响应.结果:归一后ArcCheck的重复性为0.9906±0.0090.能量响应分析表明经过直线回归后的常数项为-0.2575,标准差为0.1215;回归系数为1.4643,标准差为5.3687E-4.角度响应的曲线符合探测器表面的模体材料厚度变化.剂量率的变化对探头的测量结果影响很小.结论:ArcCheck模体探测器的剂量学特性满足临床使用的要求,可以对容积弧形调强计划进行验证.
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基于螺旋断层放疗的立体定向放射治疗多参量数据分析
目的:探讨基于螺旋断层治疗技术的立体定向放射治疗(SBRT)计划设计和剂量验证的方法,并根据摆位误差确定靶区边界外扩值.方法:汇总近3年行螺旋断层放疗的SBRT病例,并遴选出45例;分析计划设计的过程,明确各项参数的设置规则;统计分析剂量验证中绝对剂量偏差及γ(3 mm/3％)通过率;根据285次摆位误差计算靶区边界外扩值(ITV-PTV).结果:(1)确定了螺距值的设置方法,给出了经验公式,并依据机架佳旋转周期制作了分次剂量与螺距的对照表格.(2)治疗计划剂量验证的绝对剂量偏差平均值为-0.71％±1.32％,γ通过率平均值为98.1％±1.1％.(3)热塑体模组在左右(X)、头脚(Y)、前后(Z)和横断面上的旋转(Roll)的平均摆位误差分别为(1.71±1.62)mm、(1.21±1.28)mm、(1.18±1.41)mm和0.55°±1.02°,对应的X、Y、Z方向的ITV-PTV外扩边界值分别为5.41、3.92、3.94 mm;真空垫组X、Y、Z和Roll的平均摆位误差分别为(1.68±1.71)mm、(1.23±1.57)mm、(1.22±1.31)mm和0.73°±1.21°,对应的X、Y、Z方向的ITV-PTV外扩边界值分别为5.40、4.13、3.97 mm.结论:SBRT计划设计的关键在于参数设置及计划执行时间.SBRT的剂量验证通过率较高,可适当提升评价标准,即绝对剂量<±3％,γ(3 mm/3％)<1通过率>95％.摆位误差与放疗设备、固定技术、配准方法、患者个人和放疗师的操作密切相关,有必要根据实际情况确定可靠的靶区边界外扩值,为临床提供技术支持.
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体位固定装置对鼻咽癌调强计划的剂量学影响
目的:研究头颈体位固定装置对鼻咽癌调强放射治疗计划的剂量影响.方法:随机选取9例鼻咽癌患者,对每例患者勾画两套外轮廓集合,一套仅勾画患者正常外轮廓(Planwithout),另一套勾画包含固定装置的外轮廓(Planwith).对每例患者的两套轮廓分别设计9野调强和单弧VMAT计划.通过比较计划间的DVH参数结果、两个计划结果相减来评估头颈固定装置引起的剂量学差异.结果:对9野调强计划,Planwith的靶区覆盖和平均剂量(Dmean)相对Planwithout计划均有所减小.鼻咽部肿瘤靶区(GTVnx)、颈部淋巴结肿瘤靶区(GTVnd)、临床靶区与高危淋巴引流区(CTV1)以及预防照射淋巴引流区(CTV2)外扩3 mm得到的PTVnx、PTVnd、PTV1和PTV2处方剂量覆盖分别降低2.14％、10.34％、0.88％、2.86％(P<0.01、P<0.01、P=0.15、P<0.01),Dmean减小0.96％、1.94％、1.07％、1.26％(P值均<0.01);除脑干外各危及器官Dmean均有减小(大偏差1.69％),且P值均≤0.01;后颈的皮肤剂量增加约10～15 Gy.对于VMAT,Planwith的靶区覆盖和Dmean均减小:PTVnx、PTVnd、PTV1和PTV2处方剂量覆盖分别降低2.56％、22.42％、0.66％、1.30％(P<0.01、P=0.57、P<0.01、P=0.02),平均剂量分别减小了0.86％、2.45％、0.93％、1.59％(P=0.01、P<0.01、P<0.01、P<0.01);各危及器官的Dmean均有减小(大1.60％),且P值均<0.01;同时,体位固定装置的存在使得入射固定装置的射线的散射和体表建成发生变化,后颈的皮肤剂量增加约6～14 Gy.结论:头颈固定装置会引起射线的衰减和建成效应变化,使得鼻咽癌计划靶区的覆盖和Dmean均有降低,在计划设计时需要将其包括到外轮廓内,以保证剂量计算的准确性.
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适形指数在宫颈癌放疗评价中的应用
目的:通过评价宫颈癌放疗计划中靶区的适形度指数,来评价放疗计划的优异性.方法:选择10例宫颈癌患者,每周治疗前做1次CT扫描,扫描的图像在TPS上和首次做放疗计划定位的图像进行融合.然后,在融合图像上勾画靶区、危及器官,将首次放疗计划移植到扫描图像上并对靶区及危及器官进行评价.结果:分别对每位患者开始治疗后CT图像上7野、5野调强,4野适形放疗计划评估与首次治疗计划评估相比较.靶区适形度指数呈正向高度相关(P<0.05),均匀性指数呈弱相关.膀胱、直肠的V50、V40的变化与靶区体积变化呈正相关且变化比较大,而股骨头相对变化较小.小肠高剂量虽有差异,但不在同一点因而不能准确评价.结论:通过对比发现膀胱、直肠体积变化较大的情况下,适形指数没有差异.因此适形指数可以作为宫颈癌整个放疗疗程评估的标准.
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自动勾画轮廓软件在头颈部锥形束CT中的应用
目的:评估应用自动勾画轮廓软件(MIM)进行头颈部锥形束CT(CBCT)靶区和危及器官自动勾画的可行性.方法:选择进行了两次放疗定位的10例鼻咽癌病例进行回顾性分析.在MIM软件系统中,通过形变配准分别将1程计划1CT和第一次治疗前扫描的1CBCT中的轮廓映射至2程治疗前扫描的2CBCT中.以2程2CT中医师勾画的结构为参考,比较两种方法勾画结果的精度,评价指标包括形状相似性指数(DSC)和豪斯多夫距离(HD).对采用两种方法得到的结构均复制至2CT,以计划2CT为参考计划,比较两种方法勾画的靶区和危及器官与参考计划之间的剂量偏差.结果:采用1CBCT-2CBCT方法勾画的结构轮廓优于1CT-2CBCT.在1CBCT-2CBCT中除PTVnd、脊髓、晶体、视神经、视交叉、眼球和垂体外,其余结构的DSC均大于0.7,HD均小于2 cm,与参考计划的剂量偏差小于±3％.结论:除体积小于10 cm3的结构(骨性结构除外)、脊髓及PTVnd,利用MIM软件,采用1CBCT-2CBCT方法勾画的靶区和危及器官能够得到较满意的结果,能够为自适应放疗提供临床指导.
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肺癌立体定向体部放疗以靶区为准进行锥形束CT在线配准的可行性研究
目的:在使用锥形束CT(CBCT)立体定向体部放疗(SBRT)前进行位置验证时,由于呼吸运动,容易导致以骨性标志或外轮廓配准时靶区与计划图像严重偏离;反之,以靶区配准,则骨性标志或外轮廓容易出现严重偏离.本文探讨出现上述情况时,以靶区为准进行CBCT在线配准的可行性.方法:选取9例肺癌患者,对患者行4DCT扫描,采用美国瓦里安公司Eclipse 13.5计划系统,分别为9例患者设计VMAT计划,处方剂量为60 Gy/10次,使用美国瓦里安公司iX加速器进行治疗.为了验证靶区与外轮廓发生偏移对剂量分布的影响,本文在原始CT图像中,将靶区分别朝患者右侧脚方向和背部移动0.5和1 cm,再将原计划治疗中心依据肿瘤移动方向分别移动0.5、1 cm至移动后的靶区中心,重新计算剂量分布,生成模拟计划,并与原计划的靶区及正常器官受量进行比较.结果:原计划中靶区的大剂量(Dmax)、小剂量(Dmin)、平均剂量(Dmean)、60 Gy剂量包绕的靶区体积(V60)分别为108.5％±1.6％、98.3％±0.2％、101.1％±0.9％、95.1％±0.3％(Dmax,Dmin,Dmean均以相对靶区处方剂量的百分量表示),脊髓Dmax为(9.7±1.9)Gy,双肺V20为5.2％±1.9％,Dmean为(3.9±1.4)Gy.靶区向患者右侧移动1 cm、背部移动0.5和1 cm后、脚方向移动0.5和1 cm后,Dmax较原计划差异均具有统计学意义,脚方向移动0.5 cm后Dmin和V60较原计划也具有统计学差异,但是结果仍然满足RTOG0915号报告的要求.当靶区向患者背部移动0.5和1 cm时,脊髓受量与原计划差异具有统计学意义,靶区向患者脚方向移动0.5和1 cm时,全肺V20和Dmean与原计划差异具有统计学意义,但这些结果均满足RTOG0915号报告的要求.结论:本研究建议对于肺癌SBRT患者在线CBCT配准时,可以直接利用可见肿瘤进行配准,若误差小于1 cm,无需重新定位,可以直接移动治疗床进行治疗.
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图像引导下宫颈癌容积旋转调强放疗中膀胱和直肠实际受照剂量评估
目的:研究宫颈癌容积旋转调强放疗过程中,利用图像引导技术评估膀胱与直肠因平移摆位误差因素对受照剂量的影响.方法:入组2017年2～4月的25例行容积旋转调强放疗的宫颈癌病人.在计划CT图像和首次摆位的锥形束CT(CBCT)图像中勾画出膀胱和直肠.然后根据首次摆位误差,对膀胱和直肠在前后、左右、头脚方向上进行相应的平移.分别比较计划设计与加入平移摆位误差下的膀胱和直肠剂量差异,并用配对t检验分析差异.结果:在计划CT与CBCT图像上勾画出的直肠体积为(33.0±16.0)和(21.8±16.5)cm3,膀胱体积为(387.1±222.3)和(227.8±107.3)cm3.在计划CT图像与考虑平移摆位误差的CBCT图像上,直肠的V50为(17.27±13.42)％和(23.9±26.58)％,膀胱的V50为(33.59±12.2)％和(44.27±22.61)％,直肠的大剂量为(5 324±383)和(5 370±441)cGy,膀胱的大剂量为(5 547±365)和(5 513±328) cGy.直肠和膀胱的V50均有统计学意义(t=-3.60,P＜0.01;t=-2.98,P＜0.01),直肠和膀胱的大剂量均无统计学意义(t=-1.18,P=0.20;t=0.66,P=.51).结论:宫颈癌放射治疗中,膀胱和直肠在计划CT和首次治疗时的体积与剂量均有较大差异,故应该多次采集图像来评估剂量分布,才能准确评价放射治疗的真正疗效.
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正常肺组织急性重离子照射后基因标志物分析
目的:探索急性重离子辐射后早期差异表达的基因,以期查找出可提示重离子辐射的潜在基因标志物.方法:采用8～10周龄C57BL6雌性小鼠,随机分为照射组(12.5 Gy)和空白对照组(0Gy),分组进行重离子全肺野照射或假照,于照射后2、24h提取肺组织,借助基因芯片进行全基因组转录水平分析;予以实验动物梯度剂量照射,观察重离子敏感基因在照后第7天的量效关系.结果:小鼠肺组织经重离子照射后2h,Trp53inp1、Phlda3、Ddit41、Gtse1、Sesn2、Bbc3、Mdm2、Ptp4a1、Pmaip1与Osgin1等基因mRNA表达水平出现与辐射相关的显著增加;而同一时间点,Wisp2、IL33、Dido1、Efcab4a、Myo1f等5个基因显著下调.在照射后24 h,Phlda3、Ddit41、Trp53inp1、Gtse1、Sesn2、Exoc4、Ephx1、Thyn1、Ei24等9个基因表达水平也出现了显著上升;而Gpihbp1、S1a、Hist1h3ah、Stc1、Cd2等5个基因则出现显著下调.急性期重离子辐射敏感基因在7d梯度剂量照射实验被证实呈显著剂量依赖性上升趋势.结论:研究发现Trp53inp1、Phlda3、Sesn2、Gtse1与Ddit41等5个可作为检测肺组织受到高线性能量传递射线辐射后发生应激反应的潜在基因标志物,这些应激反应辐射敏感基因仍有待在基因表达水平和蛋白水平的进一步验证.
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国产医用直线加速器开展立体定向放射治疗的可行性研究
目的:从剂量输出、机械性能和辐射性能方面比较两种进口医用电子直线加速器和3种国产医用电子直线加速器的各项参数指标,对比分析国产医用直线加速器的技术和性能是否达到开展立体定向放射治疗的基本标准.方法:选取两种开展过立体定向放射治疗的进口医用电子直线加速器和3种装机量较大的国产医用电子直线加速器.利用电离室和静电计在水模体上测量加速器的剂量输出性能;利用坐标纸、前指针、刻度尺等工具测量加速器机械精度;通过PIPSpro5.3.1和doselab图形分析软件测量加速器辐射性能和到位精度,从而分析固体水和EBT免冲洗胶片记录辐射野.结果:以AAPM TG-142和中华人民共和国医药行业标准YY0832.2-2015为参考,建立一套完整的针对国产电子医用直线加速器的评价标准.检测发现国产加速器输出剂量精度、重复性、线性较高,旋转机架、准直器和治疗床辐射野等中心精度大部分小于1mm,铅门和多叶准直器平均到位精度小于0.5 mm,两种国产加速器端对端偏差结果小于5％,说明国产加速器基本性能较好.结论:部分国产加速器从剂量输出和治疗精度方面已达到开展立体定向放射治疗的基本要求,但开展立体定向治疗需要相关放疗单位投入更多的人力和相应设备做好加速器的质量保证和质量控制工作.
