利用VMAT模型基于知识IMRT计划半自动优化

目的 利用RapidPlan系统评估VMAT模型用于基于知识优化固定野动态IMRT计划可行性及剂量学特点。方法 ①利用81例优质直肠癌术前同步推量VMAT计划训练DVH预测模型并进行统计学验证;②复制经临床确认的10例相同处方IMRT计划,保持布野及能量等参数不变,用上述模型自动生成新的优化参数及各野动态MLC序列;③利用相同剂量计算方法计算原计划及新计划的绝对剂量以排除版本间差异;④将计划归一至相近靶区剂量覆盖后对各剂量学参数行统计学分析。结果 在相似靶区剂量均匀性及覆盖率基础上,RapidPlan计划显著且大幅减低了膀胱受量[D_50%降低9.01 Gy (P=0.000),D_mean降低8.08 Gy (P=0.005)]和股骨头受量[D_50%降低4.20 Gy (P=0.000),D_mean降低3.84 Gy (P=0.005)],但平均总跳数也显著高于原计划[(1211±99) MU比(771±79) MU,P=0.000]且劈野数更多。基于知识的半自动优化导致高剂量热区明显增加,但D_2%相近(52.54 Gy∶52.71 Gy,P=0.239)。结论 VMAT模型可用于基于知识IMRT半自动优化以提高效率并改善OAR保护,但高剂量热区需进一步人工干预。     

直肠癌放射治疗中快速自动计划设计的可行性研究

背景与目的：传统调强适形放疗（intensity-modulated radiotherapy，IMRT）计划设计是一个反复优化且耗时的过程。该研究通过使用射野形变技术，研究在直肠癌的放射治疗中进行快速自动计划设计（quick auto-planning，QAP）的可行性（计划设计时间小于10 s），以提高直肠癌放射治疗过程的效率。方法：QAP方法通过分析源计划（模板计划）的计划靶区体积（planning target volume，PTV）轮廓和新患者待设计计划（即目标计划）的PTV轮廓，得到轮廓边界形变函数。通过此边界形变函数将模板计划中每个射野形状变成目标计划射野的形状。然后，重新计算目标计划的射野权重。用9例直肠癌患者（1例患者为模板计划，8例患者分别采用QAP设计目标计划和人工设计目标计划）对QAP方法进行可行性验证，评估QAP计划设计的时间和质量（PTV剂量指标和正常组织剂量指标）。结果：8例QAP设计的目标计划的用时均小于6 s。模板计划、QAP计划（x±s）和人工计划（x±s）的PTV平均剂量（D_mean）分别为51.70、（52.90±0.40）和（52.00±0.30）Gy；适形指数（conformity index，CI）分别为1.12、1.13±0.05和1.05±0.06；膀胱D_mean分别为35.00、（35.80±5.00）和（36.70±5.10）Gy，左股骨头D_mean分别为27.40、（29.40±3.70）和（24.70±2.70）Gy，右股骨头D_mean分别为29.20、（28.40±2.20）和（24.20±2.80）Gy。结论：QAP技术可以应用于直肠癌IMRT计划设计中。使用本技术设计的目标计划质量接近于模板计划和人工计划质量，计划效率相比传统的逆向优化技术有显著性提高，其可行性得到验证。     

RapidPlan模块在采用不同放疗设备时的剂量学评估

目的 分析评估同一RapidPlan计划自动优化模块在选用不同放疗设备时产生的剂量学差异。 方法 采用 30例宫颈癌患者以加速器A为治疗设备,对其计划进行再次优化,并建立一RapidPlan计划优化模型。用另外 12例宫颈癌患者作为测试样本,分别在以加速器A、加速器B、加速器C、加速器D建模治疗计划系统上行RapidPlan模块自动计划设计,分析评估模块产生的各治疗计划间剂量学差异并行配对样本t检验。 结果 B、C、D组与A组的PTV₅₀和PTV₄₅剂量指标 D_mean、HI、CI及直肠和膀胱 V₅₀、V₄₀、V₃₀均不同,尤其是与D组比较,P值均<0.05。 结论 基于解剖特性和先验知识的RapidPlan自动计划优化模块,在采用不同放疗设备进行剂量优化时会带来剂量学上的一些差异,在临床使用中需谨慎对待。     

Monaco放疗计划系统的金标准射束模型临床应用可行性分析

背景与目的：“快速验收流程”(accelerated go live,AGL)是医科达加速器从安装、调试、建模到放疗实施的整个管理流程。该流程是基于医科达上千台加速器大数据而建立的一套金标准射束模型，较传统繁琐耗时的加速器验收步骤而言，在数据采集和射束建模阶段得到很大程度优化。本研究旨在评估基于金标准射束数据(gold beam data,GBD)的Monaco放疗计划系统(treatment planning system,TPS)建模临床应用可行性。方法：基于复旦大学附属肿瘤医院放射治疗中心安装的两台Elekta Infinity^TM直线加速器，按照AGL与GBD进行调试和射束建模。然后，利用三维水箱对百分深度剂量(percentage depth dose,PDD)、离轴剂量分布曲线(profile)和开野(open filed,OF)点剂量进行客户验收测试(customer acceptance tests,CAT)和射束模型验证，并利用16例不同部位临床病例进行放疗计划设计、测量及剂量分析，进一步测试和验证射束模型精确度。结果：对于射束模型的误差分析发现...     

基于射束方向优化思想鼻咽癌调强放疗计划正向设计技术

目的 探讨使用多叶准直器（MLC）正向设计鼻咽癌调强治疗（IMRT）计划，丰富实现IMRT照射计划设计手段。方法 总结分析了自2000年9月-2003年7月间和2005年11月-2006年3月间，在哈尔滨医科大学附属肿瘤医院接受IMRT照射的78例鼻咽癌患者计划，研究鼻咽癌正向IMRT计划设计的技巧。全部病例都采用螺旋CT扫描定位，并在ACQSim工作站上完成勾画PTV、GTV及敏感器官，通过DICOM RT网络将患者定位影像及器官勾画数据资料由ACQsim工作站送入ELEKTA Precise PLAN 3D计划系统。笔者基于射束方向优化思想，根据危险器官和PTV形态预设射束方向，用传统3D计划和正向方式完成主野及补野（或子野）优化设计，获得IMRT计划。结果 78个病例计划中，预设鼻咽PTV的射束方向为六个，颈部PTV2射束方向为前后两个；全部射野数量（含补野、子野，及颈部照射野）为18～27个，平均为24个；以90％相对剂量作为靶剂量，靶区剂量均匀性约在10％左右；适形度以鼻咽部PTV的适形度为评价指标，78例的CI为0．58～0．71，平均为0．65；脑干、脊髓控制剂量均≤55％，平均总机器跳数（MU）为950MU左右；另外，在处理鼻咽部PTV与颈部PTV的射野衔接上，不存在剂量问题。从这78例IMRT计划的剂量分布、DVH数据评估结果、射野总数（含补野、子野）、总MU数等评价结果看，结果很好。结论 IMRT是一种目前先进的放疗技术，实现这种照射技术的照射计划从运算方式看分逆向和正向两种，方法技巧运用得当的正向计划可以得到与逆向计划相当的结果，且正向剂量调强计划方式表现出更多的灵活性。     

局部晚期胰腺癌75 Gy同步加量放射治疗的剂量可行性研究

背景与目的：近年来,胰腺癌的发病率逐年上升,调强放射治疗(intensity-modulated radiotherapy,IMRT)已被广泛应用于胰腺癌的治疗,但多数胰腺癌IMRT的剂量学研究的处方剂量都小于60 Gy。本研究旨在探究局部晚期胰腺癌(locally advanced pancreatic cancer,LAPC)患者75 Gy同步加量放射治疗的剂量可行性并比较共面IMRT(coplanar IMRT,CO-IMRT)与非共面IMRT(non-coplanar IMRT,NC-IMRT)技术的剂量学差异。方法：纳入复旦大学附属肿瘤医院2018年1月—2021年12月收治的符合入组标准的10例接受同步加量放射治疗的LAPC患者,处方剂量为50 Gy的计划靶区(planning target volume,PTV),记为PTV_{50 Gy},处方剂量为75 Gy同步加量的PTV,记为PTV_{75 Gy},靶区照射分次均为25次。为每例患者分别设计CO-IMRT和NC-IMRT计划。同1例患者两种计划的射野数、处方剂量和危及器官(organ...     

解剖结构对直肠癌IMRT计划膀胱受量影响

目的：建立基于解剖结构定量分析直肠癌静态IMRT计划膀胱受量的统计模型。方法选择2012—2013年100例直肠癌放疗患者,制定AP布野方式的7个野逆向IMRT计划。患者解剖结构信息用膀胱与PTV和PTV外扩0．5 cm重叠区域的大小来定量分析。利用DVH对膀胱受量分析,建立膀胱受量与解剖结构信息之间数学模型,并在20例新直肠癌计划上验证所建立的模型是否准确。结果膀胱V50与膀胱和PTV重叠区域占膀胱百分体积（ x％）呈线性关系（ V50＝0．89x－0．99）;V40与膀胱和PTV外扩0．5 cm重叠区域占膀胱的百分体积（ y％）也近似存在线性关系;平均剂量取决于x％和y％。模型预测20例直肠癌膀胱V50与V40偏差绝对值范围分别为（－3．13％～3．78％）和（－5．30％～5．66％）,平均剂量相对偏差范围（－3．94％～3．76％）。结论这个模型提供了一种定量预估直肠癌IMRT膀胱受量方法。     

宫颈癌术后限定骨盆骨髓剂量调强放疗剂量学研究

目的 比较非限定骨髓剂量的调强放疗（intensity modulated radiotherapy,IMRT）和限定骨髓剂量的调强放疗（bone marrow sparing intensity modulated radiotherapy,BMS-IMRT）在宫颈癌术后靶体积剂量覆盖及危及器官保护中的差异,探讨BMS-IMRT治疗计划的临床应用价值。方法 对13例宫颈癌术后患者进行CT模拟定位,在医师工作站勾画临床靶体积（clinical target volum,CTV）,CTV 均匀外扩1 cm 生成计划靶体积（planning target volum,PTV）,勾画小肠、直肠、膀胱、骨髓等危及器官（organ at risk,OAR）。利用Monaco 5.11计划系统设计IMRT和BMS-IMRT两种治疗计划,PTV 95％体积要求达到处方剂量50 Gy,比较靶区各项指标及OAR体积剂量参数。结果 BMS-IMRT计划的靶区剂量均匀性不如IMRT,靶区平均剂量提高0.36%,差异有统计学意义（P<0.05）。BMS-IMRT治疗计划的通过率下降,其中绝对剂量通过率差异有统计学意义［（99.466±0.150）% vs （99.750±0.175）%,t=3.576,P=0.016］。BMS-IMRT治疗计划中骨髓的V₁₀、V₂₀、V₃₀、V₄₀分别比IMRT下降1.99％、10.30％、13.79％、26.46％,差异有统计学意义（P<0.05）。两种治疗计划小肠V₄₅和V₃₀、膀胱V₄₀、直肠V₄₀和V₅₀等差异无统计学意义（P>0.05）。结论 宫颈癌术后BMS-IMRT和IMRT计划剂量差别不明显,BSM-IMRT可降低骨髓剂量受照体积,值得临床推广应用。     

Ⅱ、Ⅲ期直肠癌术后不同调强放疗计划的剂量学研究

摘 要：［目的］ 探讨直肠癌术后5野、7野和9野调强放疗(IMRT)计划靶区及其周围危及器官（OAR）受照剂量的差异。［方法］ 选择36例直肠癌术后患者,进行CT扫描、靶区（PTV）和OAR的勾画,处方剂量50Gy。分别进行5F-IMRT、7F-IMRT 和 9F-IMRT计划设计,计算并比较三种计划的PTV剂量均匀度指数（HI）、适形度指数（CI）、最大受照剂量（PTV Dmax）、最小受照剂量（PTV Dmin）、平均受照剂量（PTV Dmean）和OAR受照体积。［结果］ 三种计划的PTV Dmax、PTV Dmin、PTV Dmean、HI和CI差异均无统计学意义（P>0.05）。5F-IMRT计划的双侧股骨头V10均优于7F-IMRT和9F-IMRT,5F-IMRT和9F-IMRT的右股骨头V20均优于7F-IMRT。小肠、结肠和膀胱等受照射体积的关键评价指标（V10、V20、V30、V40、V50）在三种放疗计划中差异均无统计学意义（P>0.05）。［结论］ 三种计划靶区的剂量分布均较理想,对正常组织均有很好的保护作用,和7野、9野IMRT 比较,5野IMRT计划设计和治疗时间明显减少,值得临床广泛推广。     

基于经验计划的VMAT和IMRT模型预测前列腺IMRT剂量分布的对比研究

目的 比较基于知识计划(KBP)的容积调强弧形治疗(VMAT)模型和固定野调强放疗(IMRT)模型预测前列腺IMRT计划的剂量学差异,探讨利用VMAT模型预测IMRT计划的可行性。方法 选取已完成放疗的前列腺癌病例50例,每个病例分别设计VMAT和IMRT计划。随机选取40个病例的VMAT计划和IMRT计划作为训练样本,分别训练得到VMAT模型和IMRT模型。剩余10个病例作为预测病例进行IMRT计划预测,得到VMAT模型下的IMRT计划(V-IMRT)和IMRT模型下的IMRT计划(I-IMRT)。对预测组人工计划(mIMRT)、V-IMRT和I-IMRT的计划靶区、危及器官进行统计学分析。结果 与mIMRT计划相比,I-IMRT对计划靶区的Dmax控制较好(P=0.039),V-IMRT和I-IMRT对膀胱和左右股骨头保护更好(P<0.05)。比较两组自动计划,V-IMRT计划对左股骨头的Dmax和右侧股骨头的D15%保护好于I-IMRT (P<0.05),其他均相近(P>0.05)。结论 和人工计划比,KBP的IMRT计划对危及器官保护有明显优势;用KBP的VMAT模型预测IMRT计划和IMRT模型预测IMRT计划相近,在临床上可行。     

Importance of accurate dose calculations outside segment edges in intensity modulated radiotherapy treatment planning.

BACKGROUND AND PURPOSE: To assess the effect of differences in the calculation of the dose outside segment edges on the overall dose distribution and the optimisation process of intensity modulated radiation therapy (IMRT) treatment plans. PATIENTS AND METHODS: Accuracy of dose calculations of two treatment planning systems (TPS1 and TPS2) was assessed, to ensure that they are both suitable for IMRT treatment planning according to published guidelines. Successively, 10 treatment plans for patients with prostate and head and neck tumours were calculated in both systems. The calculations were compared in selected points as well as in combination with volumetric parameters concerning the planning target volume (PTV) and organs at risk. RESULTS: For both planning systems, the calculations agree within 2.0% or 3 mm with the measurements in the high-dose region for single and multiple segment dose distributions. The accuracy of the dose calculation is within the tolerances proposed by recent recommendations. Below 35% of the prescribed dose, TPS1 overestimates and TPS2 underestimates the measured dose values, TPS2 being closer to the experimental data. The differences between TPS1 and TPS2 in the calculation of the dose outside segments explain the differences (up to 50% of the local value) found in point dose comparisons. For the prostate plans, the discrepancies between the TPS do not translate into differences in PTV coverage, normal tissue complication probability (NTCP) values and results of the plan optimisation process. The dose-volume histograms (DVH) of the rectal wall differ below 60 Gy, thus affecting the plan optimisation if a cost function would operate in this dose region. For the head and neck cases, the two systems give different evaluations of the DVH points for the PTV (up to 22% differences in target coverage) and the parotid mean dose (1.0-3.0 Gy). Also the results of the optimisation are influenced by the choice of the dose calculation algorithm. CONCLUSIONS: In IMRT, the accuracy of the dose calculation outside segment edges is important for the determination of the dose to both organs at risks and target volumes and for a correct outcome of the optimisation process. This aspect should therefore be of major concern in the commissioning of a TPS intended for use in IMRT. Fulfilment of the accuracy criteria valid for conformal radiotherapy is not sufficient. Three-dimensional evaluation of the dose distribution is needed in order to assess the impact of dose calculation accuracy outside the segment edges on the total dose delivered to patients treated with IMRT.     

多处方剂量融合正向调强治疗计划在6例鼻咽癌放疗中的应用

[目的]研究多处方剂量融合正向调强治疗计划在鼻咽癌放疗中可行性和适用范围。[方法]6例接受调强放疗的鼻咽癌患者,利用Pinnacle6.2适形治疗计划系统,根据剂量分布,调整照射野的方向和处方剂量数,各计划融合后得到优化的正向调强计划。分别与各自在CORVUS6.3计划上优化的逆向治疗计划比较计划肿瘤区（PGTV）和计划临床靶区（PCTV）的剂量分布、危及器官剂量分布和计划临床靶区的适形度。[结果]根据RTOG0225要求,正向计划肿瘤区和危及器官剂量分布符合处方剂量要求,95%PGTV体积的剂量为69.8～70.8Gy,95%PCTV体积的剂量为54.0～55.6Gy,与逆向计划的58.0～60.4Gy比较有显著性差异（P〈0.05）。正向调强与逆向调强计划的中位Mu值分别为300和3000,有显著性差异（P〈0.05）;两者平均治疗时间分别为10min和25min,有显著性差异（P〈0.05）。[结论]多处方剂量融合正向调强治疗计划靶区和危及器官剂量分布符合要求,适用于早期鼻咽癌治疗,计划优化和治疗实施时间缩短。     

两套TPS之间VMAT计划优化质量评价研究

目的 探讨两套商用TPS实施VMAT优化的性能特点。方法 随机选取本院宫颈癌和前列腺癌患者各10例,分别利用瓦里安Eclipse和飞利浦Pinnacle TPS设计VMAT计划(宫颈癌2Arc、3Arc,前列腺癌1Arc、2Arc),采用瓦里安Clinac iX加速器配备RapidArc技术实施照射。从剂量分布、实施效率、治疗照射参数等方面评价治疗计划质量的差异。对组间比较行配对t检验。     

利用多目标优化技术的KBP模型精炼方法研究

目的 研究利用多目标优化（MCO）技术提高基于先验知识自动计划（KBP）模型的计划设计质量的可行性。方法 选择55例已完成放疗的鼻咽癌患者,每个病例都采用固定野调强放疗技术。随机选择40个病例的调强放疗计划作为训练集1,通过多目标优化技术对训练集1中的放疗计划进行预处理,构建新的训练集2。将初始训练集1和处理后的训练集2作为样本,分别训练得到传统的KBP模型和多目标优化技术精炼后的MCO‐KBP模型。在剩余15个病例中随机选择5例作为验证集,其余10例作为测试集。验证通过后用测试集对初始的人工计划以及传统KBP模型和MCO‐KBP模型生成自动计划的计划质量进行统计学分析。结果 传统KBP模型和MCO‐KBP模型生成自动计划的靶区剂量（D_95%）均能满足临床要求,适形性指数与均匀性指数基本一致（P>0.05）,且MCO‐KBP模型生成的自动计划中重要危及器官的剂量比传统KBP模型更低（脑干D_max平均偏低2.13 Gy,左、右腮腺D_mean分别平均偏低1.39、1.59 Gy,左、右视神经及垂体的D_max分别平均偏低1.42、1.16、1.88 Gy,差异均有统计学意义）。结论 与传统的KBP模型相比,精修后的MCO‐KBP模型设计的调强放疗计划对危及器官的保护具有明显优势,利用MCO技术提高KBP模型的计划设计质量是可行的。     

利用多目标优化技术的KBP模型精炼方法研究

目的 研究利用多目标优化（MCO）技术提高基于先验知识自动计划（KBP）模型的计划设计质量的可行性。方法 选择55例已完成放疗的鼻咽癌患者,每个病例都采用固定野调强放疗技术。随机选择40个病例的调强放疗计划作为训练集1,通过多目标优化技术对训练集1中的放疗计划进行预处理,构建新的训练集2。将初始训练集1和处理后的训练集2作为样本,分别训练得到传统的KBP模型和多目标优化技术精炼后的MCO‐KBP模型。在剩余15个病例中随机选择5例作为验证集,其余10例作为测试集。验证通过后用测试集对初始的人工计划以及传统KBP模型和MCO‐KBP模型生成自动计划的计划质量进行统计学分析。结果 传统KBP模型和MCO‐KBP模型生成自动计划的靶区剂量（D_95%）均能满足临床要求,适形性指数与均匀性指数基本一致（P>0.05）,且MCO‐KBP模型生成的自动计划中重要危及器官的剂量比传统KBP模型更低（脑干D_max平均偏低2.13 Gy,左、右腮腺D_mean分别平均偏低1.39、1.59 Gy,左、右视神经及垂体的D_max分别平均偏低1.42、1.16、1.88 Gy,差异均有统计学意义）。结论 与传统的KBP模型相比,精修后的MCO‐KBP模型设计的调强放疗计划对危及器官的保护具有明显优势,利用MCO技术提高KBP模型的计划设计质量是可行的。     

基于核密度估计的自动计划研究

目的 研究利用患者解剖结构信息预测DVH并实施自动计划的方法,并应用于临床实践。方法 本研究采用了统计学中的核密度估计方法,利用治疗计划数据库中的相关信息可在计划设计之前根据患者解剖结构预测OAR的DVH。将DVH预测结果转化为计划设计时的目标函数,结合Pinnacle TPS的Auto-plan技术高效制定出临床上可接受的治疗计划。Auto-plan和手动计划、预测值与实际值比较行配对t检验。结果 直肠癌、乳腺癌和鼻咽癌各10例患者危及器官DVH的预测结果显示,重要临床剂量点预测值与实际值的平均值的偏差<5%(P>0.05)。对10例乳腺癌患者运用Auto-plan进行计划的重新设计,结果显示心脏剂量降低明显,靶区覆盖率有所提高,与预测结果是一致的。结论 DVH预测方法可以实现患者DVH的准确预测,与Auto-plan技术结合可制定出临床可接受的治疗计划。