MR加速器在肺癌放疗中的应用及基本应用流程北大核心CSCD

放疗是肿瘤治疗的重要手段之一。图像引导放疗是目前实现肿瘤精准放疗的主流技术。MR加速器能在放疗过程中对肿瘤进行MRI, 实现肿瘤的实时追踪与监控, 完成MR引导的自适应放疗。本文将综述MR加速器在肺癌中的相关研究与应用。     

肺癌和食管癌两种不同放疗体位锁骨上区摆位误差比较

目的 探讨应用胸腹平架固定装置的体侧与上举两种体位方式放疗时,肺癌、食管癌锁骨上区摆位误差的差异。方法 回顾性分析2020—2021年在本中心行三维放疗的Ⅰ-Ⅳ期肺癌和食管癌患者资料,比较两种体位方式(双臂置于身体两侧即体侧组和双臂交叉抱肘置于额前即上举组)的摆位误差。结果 共纳入 56例患者,其中体侧组 31例(55%),上举组 25例(45%)。全组共进行了424次CBCT验证,两组整体摆位误差在X、Y、Z方向上相近(均 P>0.05)。体侧组胸锁关节摆位误差在X和RZ方向上显著小于上举组[(0.163±0.120) cm∶(0.209±0.152) cm,P=0.033和0.715°±0.628°∶0.910°±0.753°,P=0.011]。体侧组肩锁关节摆位误差在Y和Z及RZ方向上显著小于上举组[(0.233±0.135) cm∶(0.284±0.193) cm,P=0.033和(0.202±0.140) cm∶(0.252±0.173) cm,P=0.005及0.671°±0.639°∶0.885°±0.822°,P=0.023]。体侧组在胸锁关节的X (0.45cm∶0.54cm)、Y (0.54cm∶0.65cm)方向以及肩锁关节的Y (0.59cm∶0.78cm)、Z (0.53cm∶0.72cm)方向需要的靶区外放范围更小。结论 对于需要行锁骨上区照射的肺癌和食管癌患者,体侧组较上举组的摆位误差和靶区外放范围更小。临床上需要综合考虑放疗精确性和肢体额外照射,选择合适的体位。     

1.5T 磁共振加速器X线束剂量学特性测试

目的 由于磁场会改变次级电子运动轨迹,继而影响剂量场分布,磁共振加速器(MR-Linac) X线束剂量学特性与常规加速器有差别。本项目旨在测量和分析1.5T MR-Linac的X线束剂量学特性。方法 中国医学科学院肿瘤医院于2019年5月安装1台瑞典医科达公司Unity型1.5T MR-Linac,使用磁场兼容工具对其进行测量,测量项目包括表面剂量、最大剂量点深度、射线质、离轴比曲线(OAR)中心位置、对称性、半影宽度、不同机架角度的输出量变化。结果 不同射野面积的平均表面剂量为40.48%,平均最大剂量点深度为1.25cm。10cm×10cm射野面积下,x轴方向的OAR中心位置往x₂侧偏移1.47mm,对称性为101.33%,两侧半影宽度分别为6.86mm和7.14mm;y轴方向的OAR中心位置偏移0.3mm,对称性为100.85%,两侧半影宽度分别为5.92mm和5.95mm。不同机架角度下输出量最大偏差达1.50%。结论 与常规加速器不同,MR-Linac不同射野面积表面剂量数值趋于一致,最大剂量点深度上升。x轴方向的OAR中心位置往x₂侧偏移,造成对称性变差和半影不对称。不同机架角度下的输出量变化明显,需要修正。     

基于预测可行性DVH的肝癌VMAT自动计划方法研究

目的 建立基于预测可行性剂量体积直方图(DVH)的肝癌容积调强弧形治疗(VMAT)自动计划方法,并评价其性能。方法 回顾性随机选取10例放疗肝癌病例。采用Pinnacle Auto-Planning设计VMAT自动计划,通过PlanIQ剂量预测得到可行性DVH曲线,并根据其显示的可行性目标区间设置自动计划的初始优化目标。评价计划靶体积、正常肝和其他危及器官的剂量参数以及机器跳数,并与临床手工计划行配对t检验。结果 自动计划和手工计划的计划靶体积D2%、D98%、Dmean和均匀度指数相近[(58.55±2.81) Gy∶(57.98±4.17) Gy、(47.15±1.58) Gy∶(47.82±1.38) Gy、(53.14±0.95) Gy∶(53.44±1.67) Gy和1.15±0.05∶1.14±0.07,P均>0.05],手工计划的计划靶体积适形指数略高于自动计划(0.77±0.08∶0.69±0.06,P<0.05)。自动计划的肝V30Gy、V20Gy、V10Gy、V5Gy和V<5Gy显著优于手工计划[(26.68±11.13)%∶(28.00±10.95)%、(29.96±11.50)%∶(31.89±11.51)%、(34.88±11.51)%∶(38.66±11.67)%、(45.38±12.40)%∶(50.74±13.56)%和(628.52±191.80) cm³∶(563.15±188.39) cm³,P均<0.05],自动计划的小肠、十二指肠、心脏Dmean以及全肺V10Gy低于手工计划[(1.83±2.17) Gy∶(2.37±2.81) Gy、(9.15±9.36) Gy:(11.18±10.49) Gy、(5.44±3.10) Gy∶(6.25±3.26) Gy以及(12.70±7.08)%∶(14.47±8.11)%,P均<0.05]。两种计划的机器跳数相近[(710.67±163.72) MU∶(707.53±155.89) MU,P>0.05]。结论 基于预测可行性DVH的肝癌VMAT自动计划方法能提高计划质量,更好保护正常肝,对小肠、十二指肠、全肺和心脏的保护也有优势。     

螺旋断层调强放疗进行全中枢神经系统照射时不同部位靶区外放的临床研究

目的:分析使用螺旋断层加速器TOMO进行全中枢神经系统放疗的患者的MVCT图像，以颅骨、颈椎、胸椎、腰椎和整体靶区（PTVROI）为感兴趣区分别进行图像配准和摆位误差统计，计算各感兴趣区的靶区外放。方法:回顾性分析中国医学科学院肿瘤医院2016年~2020年使用TOMO行全中枢神经系统放疗的16例患者的154套MVCT图像，分别以颅骨、颈椎、胸椎、腰椎和PTVROI进行配准，统计不同部位靶区的摆位误差数据，得到5组包含左右（X）方向、头脚（Y）方向、腹背（Z）方向的摆位误差数据，比较颅骨、颈椎、胸椎、腰椎和PTVROI是否有差异，并应用公式M=2.5Σ+0.7σ分别计算不同部位的临床靶区到计划靶区的外放边界。结果:在X方向上的两两比较中，颅骨vs颈椎，差异有统计学意义（P=0.023），其余各组比较均无显著性差异；Y方向上的两两比较均未显示有显著性差异；而在Z方向上，PTVROI vs颅骨、PTVROI vs胸椎，无显著性差异，其他组两两比较，PTVROI vs颈椎（P<0.001）、PTVROI vs腰椎（P<0.001）、颅骨vs颈椎（P=0.007）、颅骨vs胸椎（P=0.017）、颅骨vs腰椎（P<0.001）、颈椎vs胸椎（P<0.001）、颈椎vs腰椎（P<0.001）、胸椎vs腰椎（P<0.001），差异有统计学意义。结论:使用TOMO行全中枢神经系统放疗，Y方向的靶区外放差异较小，X和Z方向的靶区外放边界从头到腰椎呈递增趋势，建议在中枢的不同位置采取不同的PTV外放策略。     

利用正交千伏级X线透视图像修正肝癌放疗摆位误差的可行性研究

目的 评价正交千伏级X线透视图像(OKVFI)对肝癌术后植入银环放疗患者修正摆位误差的可行性.方法 在带千伏级X线容积成像(XVI)系统加速器上每次对患者摆位后分别在planar View模式下获取多帧合成的平均化OKVFI和在volume View模式下获取锥形束CT(CBCT)图像.共得到10例患者OKVFI和CBCT图像各90套.将OKVFI与基于四维CT得到的数字重建射野影像配准得到的摆位数据以及CBCT图像与四维CT图像配准后得到的摆位数据进行比较.用Pearson法相关分析两种配准方法 相关性及一致性的可信区间(CI).结果 两种配准方法 在左右、前后、头脚方向上的相关系数分别为0.821、0.771、0.909,95%CI分别为-2.30～1.53、-2.06～3.01、-2.69～1.53,3mm内摆位误差占总摆位误差的百分比分别为97.78%、95.56%、96.67%.结论 OKVFI在确定肝癌患者摆位误差方面与CBCT图像有高度相关性和一致性,利用它修正肝癌患者摆位误差是可行的.

Abstract：

Objective The aim of this study is to evaluate the feasibility of using orthogonal kilo voltage fluoroscopic imaging(OKVFI)for setup correction in image guided radiotherapy of the liver.Methods After positioned the patients with liver cancer implanted with silver rings on the accelerator equipped with kilo voltage X-ray volume imaging(XVI),averaged OKVFI and cone beam CT(CBCT) volumetric images were acquired.A total of 90 datasets of averaged OKVFI and 90 datasets of volumetric images for 10 patients were obtained.The couch shifts obtained by the matching between OKVFI and digitally reconstructed radiograph were compared tu those achieved by the registration between CBCT and 4D reference average CT.On the comparison of the two different matching metheds.the Pearson coefficient was used to analyzed the correlation and Bland-Altman analysis to discern the consistence.Results The Pearson coefficient of correlation for the patient position shifts were R2=0.821.0.771 and 0.909 in the left-right (LR),anterior-posterior(AP)and superior-inferior(SI)directions respectively.95% CI were-2.30 -1.53(LR),-2.06-3.01(AP)and-2.69-1.53(SI)respectively.Within a±3 mm tolerance were 97.78%.95.56%and 96.67%respectively.Conclusions OKVFI has hish correlation and consistence with CBCT image on the setup correction.It is feasible to implement position correction with OKVFI in clinic practice.     

放射治疗计划自动化分级建议北大核心CSCD

在大数据和人工智能的助力下,放射治疗计划自动化的研究及临床应用发展迅速。放疗计划自动化系统的使用和监管等工作,需要仔细考虑自动化的程度及其适用环境。对于自动驾驶车辆,国内外定义了其自动化水平,但对于放疗计划自动化没有类似的定义。为了促进和规范放疗计划自动化发展,并激发行业讨论,我们参考汽车驾驶自动化分级制定了此分级建议,将放疗计划自动化分成6个等级(1级至6级)。     

利用噪声等价图像和深度学习方法对低剂量CT降噪

目的:研究在常规剂量扫描情况下模拟低剂量CT图像的方法,以此生成训练数据集中与常规剂量CT具有对应关系的低剂量CT图像,并建立深度学习模型,用于低剂量CT图像的降噪。方法:使用Philip Brilliance CT Big Bore模拟定位机,其不同算法重建的CT图像具有不同的噪声水平,其中iDose4算法噪声较大,...     

基于深度学习自动分割模型乳腺癌放疗临床应用与评价

目的 将深度学习算法与商用计划系统整合,建立乳腺癌靶区和危及器官(OARs)自动分割平台并加以验证。方法 入组在中国医学科学院肿瘤医院行保乳术后放疗的左、右乳腺癌患者各400例。基于深度残差卷积神经网络进行训练临床靶区(CTV)和OARs分割模型,建立端到端的基于深度学习的自动分割平台(DLAS)。使用42例左乳腺癌和40例右乳腺癌验证DLAS平台勾画的准确性。分别计算总体戴斯相似性系数(DSC)和平均豪斯多夫距离(AHD)。并计算相对层位置与每层DSC值(DSC_s)的关系,进行逐层分析。结果 左/右乳腺癌全乳CTV平均总体DSC和AHD分别为0.87/0.88和9.38/8.71mm,左/右乳腺癌OARs平均总体DSC和AHD范围为0.86~0.97和0.89~9.38mm。对CTV和OARs进行逐层分析,达到0.90以上表示医生只需要较少修改甚至不用修改的层面,左右乳腺癌的CTV勾画占比约44.7%的层面,OARs自动勾画占比范围为50.9%~89.6%。对于DSC_s<0.7,在两侧边界区域(层位置0~0.2和0.8~1.0) CTV和除脊髓以外的感兴趣区域DSC_s值明显下降,且越靠近边缘降低程度越明显。脊髓采用全层勾画,未发现有特殊区域出现DSC_s明显下降。结论 建立端到端的DLAS平台整合乳腺癌分割模型取得较好的自动分割效果。在头脚方向的两侧边界区域,勾画的一致性下降较明显,有待进一步提高。     

基于VMAT的乳腺癌保乳术后全乳混合调强技术的建立与评价

目的 建立基于VMAT的乳腺癌保乳术后全乳混合调强技术并评价其临床应用价值。方法 选取10例乳腺癌保乳术后患者,分别基于固定角度IMRT的混合调强技术和基于VMAT的混合调强技术设计两组放疗计划。第1组仅以全乳作为放疗靶区,处方剂量50 Gy分25次完成;第2组以全乳及瘤床同步加量区为放疗靶区,处方剂量全乳50 Gy、瘤床同步加量区60 Gy,分25次同步完成。分别比较两组计划的剂量学参数及计划执行效率。配对t检验差异。结果 与基于固定角度IMRT的混合调强技术相比,基于VMAT的混合调强技术未能提高单纯全乳照射者靶区CI、HI值(P=0.866、0.056),反而全面增加了OAR受量和调强野机器跳数(P=0.000~0.050和P=0.002);但对全乳加瘤床同步加量照射患者,能减少肺受量、脊髓受量、调强野机器跳数、计划执行时间(P=0.004、0.001、0.000、0.000)。结论 对全乳加瘤床同步加量照射患者,基于VMAT的混合调强技术能更好保护OAR,提高计划执行效率,具有较高的临床应用潜力。