放疗计划自动独立核对软件的实现及应用

目的 设计并实现放疗计划自动独立核对软件(AutoReview),提高独立核对的工作效能。方法 通过SQL语言连接记录验证系统数据库,读取并解析该系统中患者电子治疗计划单。根据计划单提供的治疗计划信息,AutoReview分别从计划系统和记录验证系统获取与该治疗计划相关的所有参数,并以结构化的数据存入本地数据库。针对不同的核对内容,制定相应的核对逻辑,编写程序实现各检查项的自动化独立核对。选取1个月实际临床治疗计划(664例)作为样本,评估临床应用效果。结果 与人工核对相比,AutoReview将核对工作效率提高了近60倍,问题检出率提高19.2%。在2年的临床应用中,软件运行稳定,完成了14509例治疗计划的自动独立核对,其中发现问题计划588例,占比4.05%。结论 AutoReview可有效地提高独立核对的效率和准确率。     

基于日志文件的三维独立剂量验证系统在IMRT质控中的可行性研究

目的 评估一种基于日志文件的三维独立剂量验证系统用于临床放疗质控的可行性。方法 以三维水箱测量数据为基准,比较分析Mobius三维独立剂量验证系统计算的百分深度剂量、离轴曲线和输出因子与测量数据的一致性;并对17例鼻咽癌患者进行临床放疗计划的三维独立剂量验证和治疗过程中基于加速器日志文件的三维剂量验证,检测Mobius的剂量计算精度和剂量重建精度,同时也对每个病人分次间治疗的γ通过率(3%/3 mm)进行了统计分析,用以检测分次间治疗的稳定性。结果 Mobius重新计算的百分深度剂量、离轴曲线、输出因子与三维水箱测量的数据具有较好的一致性;17例鼻咽癌患者临床放疗计划的靶区以及危及器官的DVH参数对比结果如下:治疗计划的三维独立剂量验证结果中最大偏差为-2.16%,治疗过程中基于加速器日志文件的三维剂量验证结果中最大偏差为0.18 Gy。17例鼻咽癌整体平均通过率为99.26%,分次间治疗的最大偏差为0.5%。结论 Mobius的独立计算功能和剂量重建功能具有类似计划系统的精度,可快速进行临床放疗计划的三维独立剂量验证和治疗过程中基于加速器日志文件的三维剂量验证。从而为临床治疗提供安全、可靠的技术保障。     

基于危及器官DVH预测模型的前列腺癌自动计划研究

目的 评估利用危及器官DVH预测模型来实现前列腺癌自动计划的可行性。方法 从42例前列腺癌放疗计划数据库随机选择30例作为训练集,根据膀胱、直肠与靶区边界的空间距离将其依次分割成层厚为3 mm的亚体积元(Ai),采用偏正态高斯函数拟合各Ai的微分DVH,优化得微分DVH的精确数学模型;利用嵌入在Pinnacle脚本中的C⁺⁺子程序获取另外12例验证集患者OARs的各Ai体积,基于建立的数学模型预测各OARs的DVH参数,将其作为目标函数生成个性化Pinnacle脚本实现自动计划。配对t检验比较原临床计划、预测值和自动计划的剂量差异。结果 DVH预测结果显示其膀胱、直肠60 Gy以上剂量的体积分数均低于原临床计划;自动计划的膀胱V70、V60、V50以及直肠V70、V60值均比原临床计划明显降低(P<0.05),但靶区的覆盖率和适形度基本不变,均匀性略降低(P>0.05)。结论 基于危及器官DVH预测模型的前列腺癌自动计划降低了OARs照射剂量,提高治疗计划设计效率。     

人工智能技术在鼻咽癌放疗危及器官自动勾画中的应用研究

目的 评估基于人工智能技术的放疗危及器官自动勾画软件在临床应用中的价值。方法 选取2019年4月—2020年4月在自贡市第一人民医院肿瘤科治疗的30例鼻咽癌患者进行研究。首先,使用AccuContour软件勾画30例鼻咽癌患者的危及器官;然后使用瓦里安Eclipse v13.6计划系统人为手工勾画危及器官;最后将自动勾画的危及器官和手工勾画的危及器官在Eclipse系统上进行对比,通过比较体积差异、位置差异、重合性差异、相似性差异等参数,评估自动勾画软件的几何精度,验证其应用于临床的可行性。结果 以医师手工勾画为基准,AccuContour软件勾画的危及器官与手工勾画相比,小体积的危及器官体积差异较大,达到0.8,但位置差异较小,大体积的危及器官重合性和相似性较大,基本在0.7以上。自动勾画的危及器官某些CT层面与人工勾画相比会有较大差距。结论 基于人工智能技术的放疗危及器官自动勾画软件在鼻咽癌危及器官勾画精度较高,经略微修改可以用于临床工作,能提高临床工作效率。     

基于Raystation计划系统实现多病种多类型自动计划技术的研究

目的 使用Raystation计划系统脚本,开发一种适用于多病种多计划类型的自动计划平台,以此提高计划设计效率。方法 采用IronPython计算机语言和WPF用户界面框架编写应用程序,针对不同病种不同类型计划在设计中的差异问题,分别从处方识别、可视化计划参数输入和目标优化函数的设置方面进行程序设计。将该自动计划程序应用于全脑照射、鼻咽癌、宫颈癌、食管癌、乳腺癌病种的测试,包括IMRT和VMAT,对比人工计划评估计划设计效率,并选择全脑照射评估计划剂量学参数。结果 程序应用中物理师只需输入并选择必需的计划参数,即可实现放疗计划自动设计。对比5个病种自动计划程序设计效率最大可以提高至2.4倍,全脑照射剂量学参数评估中,人工计划和自动计划均满足临床需求,靶区D2%、CI、HI相近(P>0.05),人工计划靶区D98%和晶体Dmax的平均值高于自动计划0.4%和7.1%(P<0.05)。结论 本程序具备了自动计划系统的功能,能够实现多病种多类型放疗计划的自动设计,大幅提高计划设计效率,具有重要的临床应用价值。     

基于算法的自动计划模块应用于鼻咽癌VMAT计划设计的效果评估

目的 评估基于渐进式自动优化算法的Auto-Planning模块应用于鼻咽癌VMAT计划自动设计的效果。方法 选取13例已完成的鼻咽癌VMAT计划,使用Auto-Planning模块重新自动设计全部计划。采用统一的自动计划模板仅完成一轮自动计划优化,不进行人工干预。将自动生成的治疗计划与临床应用的手工计划进行剂量学比较,配对t检验差异。统计应用Auto-Planning模块完成自动计划设计所需的时间。结果 应用Auto-Planning模块自动生成的计划均达到了临床应用要求,且自动计划在靶区的剂量均匀性方面优于手工计划(P=0.000);同时自动计划对部分OAR的保护也明显优于手工计划,左、右腮腺的平均剂量分别降低了7.75 Gy (P=0.000)和5.79 Gy (P=0.000),下颌骨的V60(0.58%∶3.12%,P=0.000)和Dmean(34.11 Gy∶40.78 Gy,P=0.000)均显著降低。结论 Auto-Planning模块的应用可以提高治疗计划的整体质量和一致性,同时显著降低计划设计的工作量和工作时长,大幅提升计划设计的效率。     

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。     

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。     

记录验证系统中床位容差表的设定方法

目的 探讨记录验证系统中不同部位的床位容差表对摆位准确性的影响。方法 从记录验证系统数据库中提取715例已完成治疗肿瘤患者的数据,共15743个治疗分次。根据不同部位和不同摆位辅助装置将其分为胸腹部、头颈部、乳腺、直肠4类。以首次治疗床位(FstD)和累计治疗床位(CumA)为参考分析各治疗分次的床位摆放,并创建不同部位的床位容差表。以患者的实际临床治疗记录评估2种方法的敏感性和特异性。结果 以FstD为参考时,乳腺患者的容差明显高于与其他部位。以CumA为参考时,床位容差在一定的治疗分次后趋于稳定,所有部位的容差均小于FstD容差。2种方法容差表比不同(P=0.000),均具有高度特异性,且CumA的敏感性高于FstD。结论 在记录验证系统中设定合理的床位容差表可有效提高摆位的准确性。     

宫颈癌后装治疗中基于U-net的自动施源器分割

目的 在CT引导的宫颈癌三维后装治疗计划制定中,应用U-net模型完成施源器的自动分割。方法 基于U-net网络创建深度学习模型,将2019年12月—2020年10月的27例宫颈癌患者数据经过预处理后写入数据集,按照15∶2∶10的比例将数据集划分为训练集、验证集和测试集。将训练集和验证集数据放入模型中训练并验证,并将测试集数据应用到训练好的神经网络中分割出施源器,采用戴斯相似性系数(DSC)、95百分位豪斯多夫距离(HD95)、相关体积差异(RVD)、精确率和召回率对模型进行评价。结果 10例测试集患者平均的DSC为0.90,HD95为1.26 mm,RVD为-0.06,精确率为0.94,召回率为0.88,分割时间为5 s。结论 本研究利用U-net网络实现了宫颈癌三维后装治疗计划制定施源器的自动分割,可将其应用于施源器的重建,于实现临床计划制定的自动化具有较大意义。     

基于危及器官剂量预测和射野角度优化的食管癌调强放疗自动计划研究

目的 在Raystation计划系统上实现基于危及器官剂量预测和射野角度优化的食管癌调强放疗(IMRT)计划自动设计。方法 选取50例食管癌IMRT计划数据作为训练集,训练危及器官剂量预测模型。另外选取20例病例应用RuiPlan自动计划脚本和人工方法分别进行计划设计,其中在自动计划中使用射野角度优化和危及器官剂量预测模型。配对t检验比较两组计划的剂量差异和工作效率。结果 人工计划和自动计划计划靶体积的适形指数、均匀性指数,全肺V5Gy与脊髓Dmax均相近(均P>0.05)。自动计划的左肺和右肺V20Gy、Dmean较人工计划下降1.1%、0.37Gy和1.2%、0.38Gy (均P<0.05),心脏V30Gy、V40Gy、Dmean较人工计划下降5.1%、3.0%、1.41Gy (均P<0.05)。自动计划的人工操作时间、计算机处理时间、机器跳数较人工计划分别减少了65.8%、14.1%、17.2%(均P<0.05)。结论 RuiPlan自动计划脚本能够通过危及器官剂量预测和射野角度优化的方法提高食管癌计划设计效率,为食管癌放疗计划设计提供了另一种可选途径。     

乳腺癌改良根治术后三种放疗技术的剂量学对比研究

目的 分析比较容积调强弧形治疗(VMAT)与固定野调强放疗(F_IMRT)、电子束联合VMAT (E&VMAT)技术在乳腺癌改良根治术后放疗中的剂量学差异,为临床选择治疗方案提供参考。方法 随机选择乳腺癌改良根治术后放疗的左乳腺癌患者 10例,靶区包括患侧胸壁和锁骨上淋巴引流区,处方剂量43.5Gy (2.9 Gy/次)。基于Pinnacle³计划系统为每位患者分别设计VMAT、F_IMRT、E&VMAT (胸壁靶区部分电子束照射、锁骨上区部分VMAT照射)计划。对比评价靶区剂量分布适形度与均匀性、危及器官受量以及治疗实施时间。结果 VMAT计划能改善靶区剂量分布,靶区剂量适形指数和均匀性指数均优于F_IMRT和E&VMAT计划(均 P<0.05)。VMAT计划患侧肺平均剂量 、V30Gy、V20Gy、V10Gy均优于F_IMRT和E&VMAT计划(均 P<0.05)。VMAT计划患侧 肺V5Gy优于F_IMRT计划(P<0.05),与E&VMAT计划 的V5Gy相近(P>0.05)。VMAT计划的心脏、健侧乳腺、健侧肺均能满足临床剂量限制要求。VMAT、F_IMRT、E&VMAT计划的治疗时间分别为(326±27)、(1082±169)、(562±48) s。结论 与F_IMRT和E&VMAT计划相比,VMAT计划质量更优,治疗时间更短,具有较高的临床应用价值。     

自动计划在非小细胞肺癌调强放疗中应用的可行性及优越性

目的:比较非小细胞肺癌（NSCLC）调强放疗（IMRT）自动计划和人工计划的剂量学差异，评估自动计划在NSCLC放疗的可行性及优越性。方法:选择本院确诊的NSCLC患者28例做回顾性分析，通过Pinnacle3 v9.10治疗计划系统进行人工IMRT计划和自动计划设计。利用SPSS v22.0统计学软件分析两种计划的靶区D2、D98、Dmean、适形度指数（conformity index，CI）、均匀性指数（homogeneity index，HI）和危及器官全肺、心脏、脊髓的剂量学结果以及机器跳数（monitor units，MU）、计划优化时间。结果:自动计划和手动计划靶区均能满足临床要求，自动计划CI优于人工计划，结果有统计学意义（P＜0.05）；D2、D98和HI均无显著差异（P＞0.05）。危及器官方面，自动计划全肺的V5、V10、V15、V20、V30、Dmean均小于人工计划，结果有显著差异（P＜0.05），而V40结果无显著差异（P=0.139）。心脏V30、V40结果为自动计划小于人工计划，结果有显著差异（P＜0.05），而Dmean结果无显著差异（P=0.326）。此外，自动计划较人工计划MU减少约29.8%，计划优化时间减少约39.91%。结论:NSCLC自动IMRT计划在达到与人工计划相同靶区剂量的同时，能进一步降低肺、心脏、脊髓等危及器官的剂量，也可缩短计划设计时间，降低机器跳数，提高计划质量，值得临床推广。     

放疗科信息化管理平台建设及应用研究

目的 开发放疗科信息化管理平台,优化放疗流程,实现放疗流程管理信息化,提高医疗效率。方法 采用多元化数字化模板实现肿瘤治疗信息整合,以服务器配多终端模式组建放疗流程信息化管理平台,按照不同岗位设置工作权限,同时系统与放疗计划系统、医院信息系统以及医学影像的存储和传输系统等连接,实现放疗科信息采集、记录收费、信息传递以及计划评估与审核等操作信息化。结果 放疗科信息化管理平台能够优化放疗流程,解决放疗科内不同系统间缺乏联系、信息散乱的现状,同时实现了放疗科与医院多种信息信息平台的互联互通,规范了放疗流程,提高临床工作效率。结论 放疗科信息化管理平台的应用提高了放疗流程信息化管理水平,建立统一的肿瘤治疗流程规范,为临床医疗提供完善的流程及质控管理方案,在治疗流程管理、信息采集的系统化、质控等方面处于业内领先地位,具有独创性和前瞻性。     

放疗计划自动分析系统的开发研究

目的开发一款放疗计划自动分析系统,通过智能解析Pinnacle3治疗计划系统(TPS)的治疗计划底层数据,实现放疗计划剂量参数的自动化分析。方法将12例接受放射治疗的食管癌患者的治疗计划纳入研究。自动分析系统自动检索Pinnacle3 TPS数据库,获取12例治疗计划原始数据,并自动解析底层原始数据,重建轮廓、射野和剂量参数,并重新计算剂量分布和"剂量-体积"直方图。通过与在线TPS中原始计划输出体积和剂量数据进行对比,来评估新系统重新计算体积和剂量数据的准确性。结果自动分析系统成功解析治疗计划的底层数据,并重建治疗计划参数。新系统计算轮廓的体积与原计划的体积偏差≤0.1%;重新计算GTV、PGTV、CTV和PTV的Dmax、Dmean、D95和D50等参数,与原计划的剂量偏差≤1.0%;重新计算ROIs的Dmax和Dmean,与原计划的剂量偏差<5%。结论自动分析系统可直接分析Pinnacle3 TPS治疗计划的底层数据,重建治疗计划,计算轮廓体积和剂量参数,与原计划的剂量偏差满足临床要求。