新型3D打印组织补偿物的放疗应用研究

目的 研制一种能适用于不规则体表的3D打印组织补偿物。方法 对无组织补偿物、市售等效组织补偿膜及3D打印组织补偿物通过假人模体进行临床前评估。采集上述3套假人模体会阴部的CT图像,相同靶区给予同样处方剂量(D_95%=100 cGy)。采用同一TPS设计IMRT计划,比较三者PTV剂量学参数。评估该3D打印组织补偿物应用于10例患者后的剂量学参数指标。结果 选定材料的电子密度为1.00~1.01。无组织补偿物、市售等效组织补偿膜、3D打印组织补偿物的靶区D_max分别为182.9、118.9、114.8 cGy,D_mean分别为146.2、107.7、104.1 cGy,HI分别为0.565、0.15、0.11。10例患者的3D打印组织补偿物个体化程度高、剂量均匀性好(HI为0.03~0.15,中位数0.06)。共5例阴茎阴囊佩吉特氏病患者受益于3D打印组织补偿物的支撑固定作用。结论 该3D打印组织补偿物个体化程度高,可起到摆位支撑作用,能有效提高皮肤剂量。     

加速器日志文件结合胶片验证分析非均匀介质中AAA与AXB算法剂量计算的差异

目的 提取胸部模体执行模拟计划产生的加速器日志文件,解析多叶准直器(MLC)、Gap运动误差数据反馈回治疗计划系统分别进行AAA和AXB算法的剂量重建,结合胶片实测值分析2种算法的计算精度。方法 在胸部模体上模拟勾画纵隔、肺癌2种靶区和危及器官,设计调强放疗计划,分别以AAA和AXB算法进行剂量计算。利用加速器模拟治疗,同时将胶片置于模体中进行测量。通过Varian Argus软件提取日志文件,将MLC、Gap运动偏差信息导入计划系统,再次以2种算法进行剂量重建,比较模拟靶区(分析指标包括D2、D98、Dmax、V处方)和危及器官(分析指标包括双肺V5、V10、V20、Dmean;心脏V30、Dmean;脊髓Dmax)的剂量学差异。将胶片实测剂量与2种算法等中心层面剂量进行比较,采用3 mm/3%标准,以不同大小的矩阵分析高剂量区域(靶区内)和低剂量区域(靶区外上、下、左、右四个方向)的γ通过率。结果 纵隔、肺癌2种模拟靶区在AAA算法与AXB算法中存在剂量学差异,2种靶区不同算法的剂量学最大差异分别为D98(2.47%)、V处方(4.21%)。左肺受量分析最大差异指标分别为Dmean(3.58%)、V10(-2.76%),右肺受量分析最大差异指标分别为V5(-1.96%)、Dmean(0.18%),心脏受量分析最大差异指标分别为Dmean(-1.15%)、Dmean(0.18%),脊髓受量分析指标差异分别为(-3.34%、1.79%)。与胶片实测剂量相比,纵隔、肺癌模拟靶区高剂量区域2种算法不同大小分析矩阵的平均γ通过率分别为94.07%±1.32%(AAA)、93.81%±1.43%(AXB);93.73%±1.31%(AAA)、94.39%±1.32%(AXB)。对于2种靶区的低剂量区域不同方向及不同大小分析矩阵的γ通过率,AXB算法均高于AAA算法。结论 AAA和AXB算法在胸部模拟纵隔和肺部2种靶区剂量计算时存在差异。AXB算法与胶片实测值的平均γ通过率优于AAA算法,在空腔更接近于胶片实测值。     

BOLD-fMRI在脑胶质瘤术后IMRT中视觉功能区保护价值

目的 评价血氧水平依赖功能MRI (BOLD-fMRI)在枕叶脑胶质瘤术后放疗视觉功能区保护中的临床应用价值。方法 选取2014—2016年间枕叶区脑胶质瘤术后拟行放疗病例28例。所有患者放疗前行定位CT、常规MRI及BOLD-fMRI检查,获得在3DT1解剖图像上显示的视皮质激活图,并以此为指导在定位CT图像上标记视皮质区,采用IMRT技术分别制定视觉功能区保护性放疗计划和未考虑视觉功能区的常规放疗计划。通过比较PTV的CI、HI、Dmax、Dmean以及视皮质区所受Dmax、Dmean,评价视觉功能区保护性方案的可行性。结果 常规放疗计划及视觉功能区保护性放疗计划在确保靶区有效治疗剂量及常规OAR剂量限制在安全可接受范围前提下,PTV的CI及HI差异无统计学意义(P=0.874、0.602)。视觉功能区保护性放疗计划患侧视皮质Dmax、Dmean分别降低8.40%、9.25%,健侧13.26%、14.77%。结论 利用BOLD-fMRI指导制定视觉功能区保护性放疗计划,在保证靶区处方剂量前提下,相比常规放疗计划,降低了视觉功能区受量,进而可以实现相应的功能区保护。     

国产加速器IMRT和VMAT的剂量学测试

目的 应用TG119报告中的测试例对联影公司URT-Linac 506C加速器和URT计划系统FF模型进行全面的评估。方法 主要研究调强放疗(IMRT)和容积调强弧形治疗(VMAT)计划剂量目标、点剂量和剂量分布计算准确性。测试模体采用AAPM TG119号报告测试例模体,主要包括模拟多靶区、模拟前列腺肿瘤、模拟头颈肿瘤和模拟C形靶区(简单)等。使用指形电离室和胶片,在URT计划系统(临床实验版本)和URT-Linac 506C加速器上分别优化计算和测量剂量,并分析计划剂量和测量值之间的偏差。结果 URT计划系统中的4个测试案例的计划剂量目标均满足TG119标准要求。对于不同案例点剂量验证,IMRT计划最大误差为2.62%,VMAT计划最大误差为 3.90%,均满足TG119 报告中点剂量误差小于4.5%的要求。复合剂量分布胶片测量结果的γ通过率IMRT计划均>97.50%,VMAT计划均>93.27%。结论 URT-Linac 506C加速器和URTT放疗计划系统FF计算模型性能试验结果均达到TG119报告验证标准。     

基于螺旋断层治疗的全身皮肤照射体位固定新技术初步观察

目的 初步观察不同体位固定技术在螺旋断层治疗技术下进行全身皮肤照射(TSI)的可行性。方法 对中山大学肿瘤防治中心接受TSI治疗的 3例蕈样霉菌病患者分别采用低温热塑高分子材料俯卧位固定、潜水衣结合负压真空袋仰卧位固定、低温热塑高分子材料结合真空袋仰卧位固定方法,观察固定效果并计算平均摆位误差、靶区适形指数(CI)、靶区均匀性指数(HI)和靶区 Dmean。结果 3种体位固定方式均起到良好固定效果,设计的放疗计划各参数均能达到临床要求。3例患者平均摆位误差在左右、头脚、腹背方向分别为(0.26±3.40)、(-2.63±4.63)、(6.13±4.86)mm,靶区CI为 0.56±0.09、HI为 1.186±0.059、Dmean为(2586.56±63.28)cGy。结论 低温热塑高分子材料或潜水衣都可以联合真空袋进行TSI治疗的体位固定。通过补偿膜剂量建成效应提高表皮剂量达临床要求,为螺旋断层治疗技术进行TSI提供了安全可靠的体位固定方法。     

基于三维影像解剖结构的调强剂量验证的初步研究

目的 对调强治疗计划进行点、平面和三维剂量验证,在γ通过率基础上具体分析三维解剖结构的剂量误差。方法 分别用指形电离室、Matrixx和ArcCheck测量鼻咽癌和肺癌调强治疗计划各 6例,分别比较IMRT和VMAT治疗计划中心点测量剂量偏差,并行成组t检验。比较IMRT和VMAT治疗计划在3%/3 mm、2%/2 mm标准下剂量验证的γ通过率,并行单因素方差分析。使用3DVH来分析患者靶区和OAR的测量剂量偏差。结果 IMRT和VMAT治疗计划中心点剂量平均偏差分别为(0.59±1.31)%和(－1.00±1.03)%,最大偏差均<3%。在3%/3 mm标准下,IMRT计划Matrixx、ArcCheck和3DVH的γ通过率分别为96.28%、97.55%和99.02%,VMAT计划的分别为97.24%、99.67%和98.48%。3DVH系统比较结果表明γ通过率较高情况下(3%/3 mm标准>95%),有 2例治疗计划(占总计划16.7%)测量结果中的靶区和OAR的DVH存在明显偏差,包括GTV、脊髓和脑干等在临床指标下的差异。结论 通过γ分析基于三维影像解剖结构来分析测量结果能更有效评估剂量误差对临床计划执行的影响和对临床治疗的损害。     

基于4D剂量分布下适形放疗和滑窗调强放疗模体研究

目的 基于4D剂量分布,探究呼吸运动对三维适形放疗(3DCRT)和滑窗调强放疗(SW-IMRT)的计划剂量分布的影响,评估在4D剂量模式下呼吸运动引起剂量误差的大小。方法 使用动态胸部模体(CIRS-008A),设定振幅分别为5、10 mm的cos⁴(x)和sin (x)波形的运动曲线。分别进行4DCT扫描,将最大密度投影(MIP)、平均密度投影(AIP)和10个相位图像发送到计划系统,用于设计3DCRT和滑窗IMRT计划及剂量计算。将AIP计划复制到10个时相,把所有相位的剂量配准并叠加到参考相位,创建得到4D累积剂量分布。利用免冲洗胶片(EBT2)、光释光检测器(OSLD)对计划的平面剂量、点绝对剂量进行分析。结果 3DCRT和滑窗IMRT的预期4D累积剂量与EBT2测量剂量在3%/3mm误差标准下,对于不同呼吸模式的平均γ通过率分别为(98.8±0.78)%和(96.4±1.89)%,两者4D累积剂量分布与OSLD点绝对剂量在靶区内外区域显示出良好的一致性。结论 基于4DCT定位、4D累积剂量分布评估呼吸运动对放疗计划的影响是有必要的。在不同的呼吸模式下,3DCRT 和滑窗IMRT计划实际测得的剂量和预期4D累积剂量显示结果相似。     

鼻咽癌IMRT自动计划与人工计划比较

目的 将鼻咽癌调强放疗的自动计划与人工计划进行对比,探讨自动计划在鼻咽癌放疗中是否有优势。方法 回顾性纳入97例鼻咽癌患者,所有患者均在Eclipse治疗计划系统上完成调强放疗人工计划的制作。使用Pinnacle³治疗计划系统的自动计划软件包重新进行调强放疗自动计划制作。统计对比两种计划方式得到的靶区剂量95%靶区体积所对应的剂量、靶区均匀指数和靶区适形指数,正常器官剂量。结果 人工计划和自动计划PTV覆盖率和均匀性相近(P=0.30)。与人工计划相比,自动计划在正常器官保护方面更为出色,平均剂量降低了270~1870 cGy (P=0.16)。结论 自动计划在保证靶区处方剂量的同时能让正常器官的剂量进一步降低,放疗计划的质量有明显提高。     

3D打印胸壁硅胶bolus制作及临床前研究

目的 探讨利用3D打印技术用于制作胸壁个性化硅胶组织补偿物与常规bolus及直接3D打印的PLA材料(3D-PLA材料) bolus的优势并验证其临床特性。方法 基于定位CT图像获取2例乳腺癌改良根治术后放疗患者的胸壁数据,使用3D打印硅胶倒模的设计方法,建立制作胸壁3D打印硅胶bolus (3D-SRB)。分别验证3D-SRB、常规bolus和3D-PLA与胸壁的贴合性,通过Eclipse计划系统比较虚拟计划和使用3种组织补偿物后的剂量学参数。结果 本研究成功设计并制作了一套硬度与常规bolus类似的3D-SRB。3D打印的组织补偿物(3D-SRB和3D-PLA)无论是在胸壁贴合性方面还是实际计划剂量分布方面均优于常规bolus;且3D-SRB在重复性、患者舒适性及胸壁贴合性方面优于3D-PLA。在剂量学方面,3D-SRB组与虚拟计划重复性最好,其次是3D-PLA,最后是常规bolus。结论 应用间接法3D打印的胸壁硅胶bolus在实际操作中是可行,具有较高的临床应用价值。     

三种照射技术在髓母细胞瘤放射治疗中的剂量学分析

目的 探讨调强放射治疗(Intensity modulated radiation therapy,IMRT)、容积调强弧形放疗(Volumetric modulated arc therapy,VMAT)和螺旋断层放射治疗(Helical tomotherapy,TOMO)在髓母细胞瘤放射治疗中的剂量学差异。方法 选取10例髓母细胞瘤儿童患者,设计出IMRT(等分5野)、VMAT(双弧)、TOMO三组放疗计划。分析三种计划靶区的适形指数(CI)、均匀指数(HI)、1.07倍处方剂量线所包含的靶区体积(V₁₀₇)、靶区内最大剂量点剂量值(D_max)、危及器官(OAR)受量情况、机器跳数和治疗时间。结果 对于全脑全脊髓放疗,TOMO组计划靶区PTV的CI、HI、V₁₀₇、D_max和OAR受量都优于VMAT组和IMRT(5野)组计划(P＜0.05);TOMO组计划机器跳数最多(P＜0.05),且其治疗时间最长(P＜0.05);TOMO组可以一次完成全脑全脊髓照射,避免了VMAT和IMRT(5野)治疗时人为移床误差。结论 在髓母细胞瘤放射治疗中,TOMO组在剂量分布上优于VMAT组和IMRT(5野)组,但其治疗时机器跳数和治疗时间明显增加,它对临床上的影响有待于进一步观察与研究。     

CT引导辅助3D打印个体化非共面模板指导125I粒子治疗盆腔复发肿瘤剂量学研究

目的 对比CT引导辅助3D打印模板指导¹²⁵I粒子植入治疗盆腔复发肿瘤的术前计划与术后验证的剂量学结果,在计划层面探讨该技术的治疗精确性。方法 2015-2016年于我院接受3D打印模板辅助CT引导¹²⁵I粒子植入的盆腔复发肿瘤患者共12例,植入病灶15个,处方剂量110~150 Gy。设计并制作3D打印模板12块,共15个治疗区。术后验证的剂量学参数与术前计划的比较行配对t检验。结果 术后验证靶区的D₉₀、mPD、V₁₀₀、V₁₅₀、V₂₀₀、CI、EI平均值分别为137.4 Gy、74.4 Gy、90.1%、58.7%、34.4%、0.68、34.2%,术前则分别为140.2 Gy、61.1 Gy、91.8%、64.3%、36.7%、0.69、30.5%(P=0.153、0.024、0.028、0.003、0.302、0.437、0.530)。结论 针对盆腔复发肿瘤,3D打印模板定位、定向准确,术后验证实际剂量分布主要指标均较好达到了术前预计划的设计要求,有良好的治疗精确性。     

宫颈癌放疗计划中小肠3种勾画方法比较

目的 基于3种方法勾画小肠并分别制定放疗计划,评估小肠肠管受照剂量体积差异及3种勾画方法的可行性。方法 选择宫颈癌初期患者12例,处方剂量45 Gy分25次,分别以勾画小肠肠管法(BL)、肠袋法(BB)和勾画整个腹膜腔法(PS)为目标函数制定放疗计划,评估PTV的D_max、D_mean、CI、HI和小肠肠管D_max、D_mean、V₅—V₄₅差异并配对t检验。结果 BL与BB计划相比,PTV在D_max、CI、HI上相近(P=0.171、0.076、0.192),D_mean不同(P=0.017);小肠肠管D_max不同(P=0.038),V₅—V₄₅相近(P=0.315~0.855)。BL与PS计划下相比,PTV的D_max、D_mean、CI、HI均不同(P=0.033、0.044、0.046、0.041),小肠肠管D_max不同(P=0.013),V₅—V₄₅相近(P=0.416~0.977)。从计划结果看要想使小肠肠管V₄₀≤15%,肠袋和腹膜腔V₄₀应≤20%。结论 采用3种勾画方法制定的放疗计划都能使小肠肠管达到相似剂量体积,从PTV的CI、HI及小肠肠管D_max控制方面,勾画肠袋较腹膜腔似乎更好一些。     

铜补偿器IMRT技术的初步临床研究——中国学者SCI收录期刊论文二次中文发表的意义

目的 初步评价铜补偿器IMRT技术的可行性和临床价值。方法 选取IMRT计划系统中10例肿瘤患者,其中鼻咽癌3例、食管癌4例、直肠癌3例。首先通过电离室测量6 MV射线在一组不同厚度铜板的衰减系数,拟合出厚度计算公式;然后将计划系统导出的计划文件转换为补偿器厚度矩阵,将其导入数控机床完成补偿器切割制作,最后在均匀体模上实施基于补偿器的IMRT计划。采用胶片测量平面剂量,与计划系统计算的平面剂量做3%/3 mm标准下的γ分析。配对t检验MLC计划和铜补偿器计划的机器跳数差异。结果 根据实际测量拟合出的公式准确计算出切割深度,利用计划的RTPLAN文件成功转换出数控机床所需切割文件。计划验证结果显示10例患者γ通过率最低为90.2%,最高为98.2%,均满足临床计划要求。铜补偿器IMRT计划的机器跳数低于MLC的IMRT计划(873.9∶975.1,P=0.005)。结论 基于铜补偿器的IMRT技术可以满足临床治疗的要求。     

Quality control of the stereotactic radiosurgery procedure with the polymer-gel dosimetry.

PURPOSE: To assess the entire geometric and dosimetric (relative) uncertainties of the radiosurgery procedure with the Leksell gamma knife. MATERIALS AND METHODS: The entire Leksell gamma knife stereotactic radiosurgery treatment procedure was simulated with the use of a special water filled head phantom and polymer-gel dosimeter evaluated by nuclear magnetic resonance (NMR). A test vessel filled with the polymer-gel dosimeter was fixed in the head phantom. The phantom underwent stereotactic NMR imaging, treatment planning and then irradiation according to the treatment plan prepared exactly the same way as in the ordinary treatment procedure for a patient. The treatment plan was represented by one isocenter positioned approximately centrally in the head phantom. This procedure was subsequently repeated for all four collimators (4, 8, 14, 18mm) used on the Leksell gamma knife. Evaluation of dosimeters was performed on a Siemens EXPERT 1T NMR scanner. Dose profiles in X, Y and Z axes through the ellipsoidal shaped dose distribution were obtained to compare experimental results from the irradiated phantom with the treatment planning system calculations. RESULTS: Reasonable agreement was observed between the treatment planning system calculations of relative dose distribution and the measured data. The maximum observed deviation in the spatial position between the center of the measured and calculated dose profiles was 0.6mm. The maximum observed difference in full width of half maximum between calculated and measured profiles was 1.2mm. CONCLUSIONS: The use of polymer-gel dosimetry for a verification of stereotactic procedures has some unique advantages that can be summarized as follows: the dosimeter itself is tissue equivalent, three-dimensional dose distributions can be measured and the dosimeter allows simulation of the patient's procedures without any limitations.     

A multi-institutional initiative on patient-related quality assurance: Independent computational dose verification of fluence-modulated treatment techniques

PurposeThis multi-institutional study investigates whether computational verification of fluence-modulated treatment plans using independent software with its own Strahlerkopfmodel is an appropriate method for patient-related quality assurance (PRQA) in the context of various combinations of linear accelerators (linacs), treatment techniques and treatment planning systems (TPS).Materials and methodsThe PRQA-software's (Mobius3D) recalculations of 9 institutions’ treatment plans were analyzed for a horseshoe-shaped planning target volume (PTV) inside a phantom. The recomputed dose distributions were compared to a) the dose distributions as calculated by all TPS's and b) the measured dose distributions, which were acquired using the same independent measuring system for all institutions. Furthermore, dose volume histograms were examined. The penumbra deviations and mean gamma values were quantified using Verisoft (PTW). Additionally, workflow requirements for computational verification were discussed.ResultsMobius3D is compatible with all examined TPSs, treatment techniques and linacs. The mean PTV dose differences (Mobius3D-TPS, <3.0%) and 3D gamma passing rates (>95.0%) led to a positive plan acceptance result in all cases. These results are similar to the outcome of the dosimetric measurements with one exception. The mean gamma values (<0.5) show a good agreement between Mobius3D and the TPS dose distributions.ConclusionUsing Mobius3D was proven to be an appropriate computational PRQA method for the tested combinations of linacs, treatment techniques and TPS's. The clinical use of Mobius3D has to be complemented with regular dosimetric measurements and thorough linac and TPS QA. Mobius3D's computational verification reduced measurement effort and personnel needs in comparison to dosimetric verifications.     

Delta4模体通过率与其角度依赖性研究

目的 研究瑞典ScandiDos公司的Delta4模体在VMAT计划验证时摆位不确定性偏转对γ通过率的影响。方法 从接受VMAT患者中随机抽取2个头颈部、2个肺部和1个盆腔部位共5个病例。在Eclipse8.6 TPS中分别对5个病例的放疗计划制作验证计划,采用Delta4在瓦里安Clinac IX直线加速器下做剂量验证测量。在Delta4模体精确摆位后,分别将模体以直线加速器等中心为中心在水平方向偏转一定角度,完成11次剂量验证测量。分析Delta4模体发生偏转后对γ通过率的影响。结果 Delta4模体依次偏转0.0°、0.2°、0.4°、0.6°、0.8°、1.0°、1.2°、1.4°、1.6°、1.8°、2.0°时测量所得γ通过率略有下降,但均>90%(剂量偏差为3%,吻合距离为3 mm)。结论 Delta4在VMAT计划验证中,在模体摆位不确定性偏转≤2°范围内,其γ通过率对模体摆位的不确定性偏转无依赖性,而在模体不确定性偏转后剂量偏差、吻合距离的通过率均发生明显变化。     

宫颈癌术后快速旋转调强放疗和三维适形放疗计划的对比研究

目的 探讨宫颈癌术后快速旋转调强放疗（RapidArc）和三维适形放疗（3D-CRT）计划靶区及其周围危及器官（OAR）受照剂量的差异。方法 随机选择10 例宫颈癌术后患者,进行CT 扫描、靶区（PTV）和OAR的勾画,处方剂量50Gy。分别进行RapidArc和3D-CRT计划设计,计算并比较两种计划的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 RapidArc计划的CI及PTV Dmean均优于3D-CRT计划;RapidArc计划对OAR（膀胱V50,直肠V40、V50,左、右股骨头V20）的保护优于3D-CRT计划（P＜0.05）。两种计划的PTV Dmax、PTV Dmin、HI和OAR受照体积（小肠V10、V20、V30、V40、V50,直肠V10、V20、V30, 膀胱V10、V20、V30、V40,左、右股骨头V10、V30、V40、V50）的差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论 宫颈癌术后辅助放疗中,RapidArc计划在靶区CI和PTV Dmean方面均优于3D-CRT,同时RapidArc计划在正常组织保护上也有一定的优势。