不同剂量算法在宫颈癌术后IMRT计划设计中的剂量学分析

目的:分析和比较宫颈癌术后调强放射治疗(IMRT)中笔形束卷积算法(PBC)和各向异性分析算法(AAA)的剂量学差异。方法:随机选取30例宫颈癌术后患者,分别在Eclipse治疗计划系统上采用PBC算法和AAA算法设计IMRT计划,并生成相应的验证计划,比较靶区及危及器官的剂量学参数。结果:两种算法计算所得靶区的D_(5%)、D_(50%)、D_(95%)、D_(98%)、D_(mean)均有显著统计学差异(P0.05),PTV的均匀性指数和CTV的适形度指数均有显著统计学差异(P0.05);直肠和膀胱的V_(30)、V_(40)、D_(mean),小肠的V_(10)、V_(20)、V_(30)、D_(mean),盆骨髓V_(10)、V_(20)、V_(30)、V_(40)、V_(50)、D_(mean),右股骨头的V_(20)、V_(30)、V_(40)、V_(50)、D_(mean),左股骨头的V_(20)、V_(30)、V_(50)、D_(mean)均有显著统计学差异(P0.05);并且除左右股骨头V_(40)和直肠V_(50)外,其余参考指标PBC算法结果均低于AAA算法;两种算法的验证计划无统计学差异。结论:PBC算法与AAA算法在宫颈癌IMRT中虽然均符合临床要求,但存在一定的剂量学差异。与AAA算法比较,PBC算法高估了偏高剂量区域即靶区剂量,低估了偏低剂量区域即危及器官剂量。     

摆位误差对立体定向放射治疗计划剂量学验证的影响

目的:分析立体定向放射治疗(SBRT)患者中摆位误差对剂量学验证结果的影响。方法:分别对14例肺癌患者进行SBRT计划设计,并将计划移植到Delta4剂量验证模体中进行剂量计算,在Varian Trilogy加速器上进行照射,通过移动治疗床模拟患者左(+X)、右(-X)、头(+Y)、脚(-Y)、腹(+Z)、背(-Z)方向上1、3、5 mm的摆位误差,对这6个方向γ通过率的相关性进行分析,从而在γ(3%/3 mm,2%/2 mm)两个标准情况下验证摆位误差对剂量验证通过率的影响。结果:γ(2%/2 mm)参数下仅摆位误差为1 mm时的右方向和脚方向与原计划相比差异无统计学意义(P0.05);γ(3%/3 mm)参数下摆位误差为1 mm时所有方向与原计划相比差异均无统计学意义(P0.05)。当摆位误差为1 mm时各方向的两个标准的γ通过率均90%;当摆位误差为3 mm时,γ(3%/3 mm)的右、脚、腹和背方向的γ通过率90%,其它方向以及γ(2%/2mm)标准下的γ通过率均90%;当摆位误差为5 mm时,各方向的两个标准的γ通过率均90%,头方向γ(2%/2 mm)通过率降为(35.29±8.40)%。结论:摆位误差对于SBRT计划的剂量学验证有较大的影响,标准越严格,摆位误差对验证通过率的影响越明显。     

食管癌放疗中左心室肌剂量体积指标评估误差研究

目的 评估食管癌放疗中左心室肌剂量体积指标随心跳的动态变化范围。方法 选取22例患者的屏气下心电门控4DCT,在其20个时相(0%~95%)上分别勾画左心室肌。在模拟定位CT上进行计划设计,将剂量分布导入MIM Maestro系统,重建4D剂量体积直方图。分析不同时相左心室肌的位置、体积及相似性指数(DSC)变化;研究不同时相下左心室肌D_mean、V₁₀、V₂₀、V₃₀及V₄₀的变化范围。结果 (1)左心室肌在y轴方向位移最大;不同时相间体积及DSC最大变化率分别为(24.23±11.35)%和(184.33±128.61)%(P<0.05)。(2)左心室肌不同时时相D_mean最大变化率为(87.05±38.34)%,最高可达163.52%(P<0.05)。(3)左心室肌V₁₀、V₂₀、V₃₀及V₄₀的最大差值分别为(13.64±4.33)%、(12.84±4.55)%、(11.62±4.85)%及(3.63±2.56)%(P<0.05)。结论 食管癌放疗中,心跳对左心室肌剂量体积指标的影响不容忽视,传统基于静态3DCT对左心室肌进行剂量体积评估时存在较大误差,可能是导致剂量体积指标对放射性心脏损伤预测效能较低的主要原因。     

非共面IMRT在宫颈癌放疗计划中保护卵巢的可行性探讨

目的:探讨非共面IMRT在宫颈癌放疗计划中保护卵巢的可行性。方法:选取17例保卵巢宫颈癌放疗病例,按统一标准分别设计两组IMRT计划:共面IMRT保卵巢组(A组)和非共面IMRT保卵巢组（B组）;收集两组计划评估参数,并验证两组计划γ通过率,并进行统计学分析。结果:两组计划均满足临床要求。B组的卵巢最大受量小于A组（P＜0.05）。对于计划靶区,B组计划的适形指数、均匀指数优于A组计划（P＜0.05）,A组D5高于B组（P＜0.05）,B组D95高于A组（P＜0.05）。对于危及器官,A组在膀胱的V40、直肠的Dmean、小肠的Dmax、左侧股骨头的V20大于B组（P＜0.05）。A组和B组在膀胱的V20、V30、Dmean,直肠的V30、V40,小肠的V40,右侧股骨头的V10、V20、V30,左侧股骨头的V10、V30和骨髓的Dmax上均无明显差异（P＞0.05）。A组的总跳数小于B组（P＜0.05）;在3%/2 mm,低剂量阈值10%的标准下,A组γ通过率高于B组（P＜0.05）。结论:两种计划均能实现对卵巢的保护,非共面IMRT计划表现更佳,靶区剂量分布更优,对危及器官影响更小。     

基于深度学习的宫颈癌放疗靶区及危及器官自动勾画研究

目的:构建基于深度学习（deep learning，DL）的卷积神经网络模型，实现宫颈癌患者放射治疗计划的临床靶区体积（clinical target volume，CTV）和危及器官（organ at risks，OARs）自动勾画。方法:回顾性分析在福建省肿瘤医院行放射治疗的宫颈癌患者99例。对患者CT图像进行预处理，作为模型输入。设计一种基于DL的自动勾画模型，使用组合损失函数训练该模型。以医师手动勾画为度量标准，计算DL自动勾画模型下CTV靶区和膀胱、直肠、乙状结肠、左右骨髓、左右股骨头的准确率，并与基于图谱的自动勾画方法（atlas-based auto segmentation，ABAS）相比较。结果:DL模型在CTV靶区和7种危及器官（膀胱、直肠、乙状结肠、左右骨髓、左右股骨头）的戴斯系数分别为（0.85±0.02、0.94±0.04、0.87±0.03、0.67±0.14、0.85±0.03、0.87±0.03、0.87±0.06和0.87±0.06），95%豪斯多夫距离(mm)分别为（3.22±0.56、1.37±0.37、1.41±0.34、27.39±35.63、1.40±0.17、1.36±0.22、6.78±7.89和6.45±7.44），平均表面距离(mm)分别为（0.25±0.05、0.12±0.06、0.19±0.05、2.29±2.71、0.16±0.04、0.15±0.03、0.36±0.33和0.38±0.37）。DL勾画模型的戴斯系数均高于ABAS勾画模型。除乙状结肠外，DL勾画模型的95%豪斯多夫距离和平均表面距离均小于ABAS勾画模型。结论:提出的DL模型能较好地实现宫颈癌放疗临床靶区和危及器官的自动勾画，可为临床医师勾画提供初步参考，节省临床靶区和危及器官勾画的时间。     

基于循环生成对抗网络的鼻咽癌CBCT图像修正

目的:利用循环生成对抗网络模型（CycleGAN）进行锥形束CT （CBCT）图像迁移,生成伪CT（sCT）图像,从而实现CBCT图像的HU值矫正。方法:回顾性分析在福建省肿瘤医院行放射治疗的鼻咽癌患者39例,所有患者均接受临床CT与CBCT扫描。以CBCT图像为基准,采用刚性配准算法对临床CT和CBCT进行配准,获得重采样计划CT（pCT）。经阈值分割及形态学处理获取配对影像的外轮廓内部区域作为掩膜,对配对影像进行掩膜操作及归一化预处理。建立CycleGAN神经网络,训练sCT生成模型。基于体素点计算平均绝对误差（MAE）和平均误差（ME）,用于比较测试集sCT与pCT之间的差异。结果:测试集的sCT图像与pCT图像相比较,在体外轮廓内的MAE和ME分别为（99.00±15.37） HU和（-24.00±12.64） HU;软组织区域的MAE和ME分别为（48.00±7.45） HU和（-7.00±8.96） HU。结论:CycleGAN能修正CBCT图像的HU值,迁移生成的sCT图像具有与pCT图像近似的HU值及平滑性,可用于放射治疗剂量计算。     

调强验证中MapCheck对加速器机架与准直器角度敏感性研究

目的研究MapCheck静态调强放射治疗中加速器机架与准直器角度的改变对不同阈值下验证通过率的影响,并分析其对角度变化的敏感性。方法选择2018年12月于福建省肿瘤医院行静态调强放射治疗的10例恶性肿瘤患者,其中男性7例,女性3例;年龄30~74岁,中位年龄52岁。使用MapCheck2作为验证工具。设定机架角度为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°和准直器角度为0°、2°、3°、4°、5°、10°时,进行调强计划验证,分别记录在1%/1 mm和10%、2%/2 mm和10%、3%/3 mm和10%阈值下等剂量距离偏差(DTA)和γ通过率,并使用配对t检验分析数据。结果机架角度组:在1%/1 mm标准下,角度变化为0°~10°,验证通过率出现上下波动,波动范围为80.68%±4.42%;角度变化为10°~30°,角度平均每增加5°,平均验证通过率降幅为11.24%±1.30%。在2%/2 mm、3%/3 mm标准下,当角度变化为0°~15°,验证通过率降幅分别为1.98%±0.31%、1.23%±0.39%;当角度变化为15°~30°,角度平均每增加5°,验证通过率降幅分别为12.66%±0.27%、9.25%±0.33%。准直器角度组:在1%/1 mm标准下,准直器角度变化为0°~10°,角度平均每增加1°,验证通过率降幅为4.83%±0.47%。在2%/2 mm、3%/3 mm标准下,角度变化为0°~2°,验证通过率降幅分别为2.85%±0.29%、0.60%±0.19%;当角度变化为2°~10°,角度平均每增加1°,验证通过率降幅分别为4.21%±0.17%、2.86%±0.13%。结论当阈值设置为2%/2 mm和10%、3%/3 mm和10%时,MapCheck弱化了可能存在的机架与准直器角度误差和计划自身的缺陷对通过率所造成的影响,因此建议在调强验证中将阈值设置为1%/1 mm和10%并确保机架尤其是准直器到位精度,以保证调强验证的精确性。     

AXB算法与AAA算法在直肠癌VMAT放射治疗中的剂量学差异

摘 要：［目的］ 比较AXB算法与AAA算法在直肠癌VMAT放射治疗中的剂量学差异,并进行剂量验证。［方法］ 随机选取40例直肠癌患者定位CT影像资料,采用VMAT双弧方式设计放射治疗计划。比较两种算法的剂量体积直方图、靶区、危及器官和正常组织的剂量、机器跳数、验证通过率和计算时间。［结果］ 靶区：95％靶体积受到的剂量（D95%）和最大剂量（Dmax）两种算法间差异无统计学意义 (P>0.05),平均剂量（Dmean）AXB算法高于AAA算法(P<0.05),最小剂量（Dmin）AAA算法高于AXB算法（P<0.05）;小肠：Dmean与D50%差异无统计学意义(P>0.05),Dmin：AAA算法高于AXB算法（P<0.05）,Dmax：AXB算法高于AAA算法(P<0.05);膀胱：Dmin、Dmean与D50%差异无统计学意义(P>0.05),Dmax：AXB算法高于AAA算法(P<0.05);双侧股骨头：Dmin和Dmax差异无统计学意义(P>0.05),Dmean：AAA算法高于AXB算法(P<0.05),D5%：AAA算法高于AXB算法（P<0.05）;通过率：两种算法差异无统计意义（P>0.05）。［结论］ 在直肠癌VMAT计划中两种算法剂量学上存在一定差异,但都满足剂量学和临床要求,且在验证通过率方面差异无统计学意义,两种算法都可以应用于临床治疗。     

形变配准技术在心脏剂量评估中的应用

目的:研究基于形变配准技术评估心脏及左心室肌剂量-体积指标的可行性。方法:回顾性分析21例患者屏气下心电门控四维CT(4DCT),在4DCT的20个时相(0%、5%......95%)上分别勾画心脏、左心室肌。使用商用软件MIM Maestro(MIM)中的基于密度的自由形变算法,将最小体积和以0%时相为参照的最小相似性指数(DSC)时相的心脏、左心室肌分别形变到最大体积和DSC时相上,并参照其形变场对剂量进行相应的形变。分析形变前后心脏及左心室肌相对于最大体积/DSC时相的体积、平均剂量(D_(mean))、V_(20)、V_(30)及V_(40)等参数的变化。结果:将最小体积时相的心脏形变到最大体积时相,形变前后的体积与最大体积的差由(13.87±2.84)%减小到(1.72±1.45)%。将最小DSC时相的心脏形变到最大DSC时相,形变前后的心脏与最大DSC时相相比,其DSC由0.899±0.014增加到0.950±0.009。形变后心脏的D_(mean)、V_(20)、V_(30)及V_(40)与最大体积/最大DSC时相相比差异均具有统计学意义(P0.05)。将最小体积时相的左心室肌形变到最大体积时相,形变前后的体积与最大体积时相的差由(18.77±6.64)%仅减小到(17.38±7.89)%,且形变前后的体积与最大体积间的差异均具有统计学意义(P0.05)。将最小DSC时相的左心室肌形变到最大DSC时相,形变后的左心室肌与最大DSC时相相比,其DSC仅达到0.773±0.052,而形变前后的D_(mean)、V_(20)、V_(30)及V_(40)等参数与最大DSC时相相比差异均具有统计学意义(P0.05)。结论:心脏的剂量-体积指标变化与其体积及形态变化之间没有线性关系,且由于过度形变的存在,有必要对心脏进行局部个体化的形变配准。而左心室肌体积和形态变化的不一致性可能是导致其剂量-体积评估不确定性的主要因素,因此应考虑引入多维参数的形变配准算法。     

肺癌立体定向放射治疗中两种固定技术摆位误差的比较研究

  目的  比较分析在立体定向放射治疗中使用热塑体模和负压真空垫两种体位固定方式治疗肺癌患者分次间的摆位误差,并比较两种摆位的时间。  方法  回顾性分析2015年1月至2016年11月间浙江省肿瘤医院121例体部立体定向放射治疗的肺癌患者,分为热塑体模组（A组）43例,真空负压垫组（B组）78例。在每次治疗之前使用锥形束CT（cone-beam CT,CBCT）进行扫描,再进行手动配准得出患者左右（X轴）、上下（Y轴）、前后（Z轴）方向的摆位误差,比较两组的摆位误差大小,并记录其摆位时间。  结果  A组和B组X方向的摆位误差分别为0.16 0.09/0.25 0.11 cm,（P＜0.05）,在Y轴方向摆位误差分别为0.27 0.13/0.25 0.15 cm,（P＞0.05）,在Z轴方向的摆位误差分别为0.19 0.13/0.26 0.12 cm,（P＜0.05）,A组和B组平均摆位时间分别为57.66 s/58.09 s,（P＞0.05）。  结论  在X轴和Z轴方向上A组优于B组,在Y轴方向上无明显差异,A组摆位时间低于B组。在使用立体定向放射治疗治疗肺癌患者时在不考虑患者年龄、心肺功能时热塑体模无疑是最好的固定方式。