应用放射组学和剂量学特征预测食管癌放射治疗后的两年生存情况

  目的  使用放射组学与剂量学特征参数，建立机器学习预测模型，预测食管癌患者放射治疗后两年的生存情况。  方法  回顾性分析2013年1月至2017年12月在天津医科大学肿瘤医院接受放射治疗的食管癌患者共579例。从食管癌患者的放射治疗计划中提取GTV的放射组学和剂量学的特征，使用最大相关最小冗余与人工方法对特征参数进行筛选，分别选取14项放射组学和14项剂量学特征，并将特征变量进行标准化归一至[0, 1]范围。建立支持向量机、逻辑回归和随机森林等机器学习模型，先使用14项放射组学特征，再使用28项放射组学和剂量学混合特征参数进行训练和测试，来预测食管癌放射治疗患者的两年生存情况。  结果  仅使用放射组学特征预测放射治疗后两年生存情况时，支持向量机、逻辑回归和随机森林模型的准确率分别为84.98%、85.92%和84.51%。使用放射组学和剂量学的混合特征参数进行预测时，支持向量机、逻辑回归和随机森林模型的准确率分别为86.32%、83.02%和90.01%。在放射组学特征参数基础上，增加剂量学特征，支持向量机和随机森林模型的预测准确性得到有效提高。  结论  针对支持向量机和随机森林模型，使用放射组学和放射治疗剂量学特征参数放射治疗，可有效提高对食管癌患者放射治疗后两年生存情况预测评估的准确性。      

基于放疗定位CT的影像组学构建局限期小细胞肺癌预后模型的研究

  目的  采用影像组学方法分析放疗定位CT影像的组学特点,构建预测局限期小细胞肺癌（limit-stage small cell lung cancer,LS-SCLC）患者总生存（overall survival,OS）期、无进展生存（progression-free survival, PFS）期的组学模型,为个体化治疗提供依据。  方法  回顾性分析天津医科大学肿瘤医院2013年9月至2019年12月193例LS-SCLC患者的放疗定位CT资料,并将患者按照7∶3分为训练组和测试组,勾画患者肿瘤区域（gross tumor volume,GTV）进行特征分析。随访获得的患者预后数据,以t检验和LASSO筛选特征建立随机森林预测模型,以曲线下面积（area under the receiver operating characteristic curve,AUC）对模型进行验证评估。  结果  患者中位OS为29.77个月,中位PFS为19.03个月。每例患者提取了1 037个影像特征,包含一阶特征、形状特征和纹理特征。分别以OS≤1年或OS≥3年、OS≤1年或OS≥5年、PFS≤6个月或PFS≥24个月作为标准对患者分组,各测试组模型的AUC均值分别为0.73、0.79、0.70。组学特征中original_ngtdm_Strength、wavelet-HHL_ngtdm_Busyness、wavelet-LLH_glcm_ClusterShade和wavelet-LLH_glcm_Correlation等参数具有预测价值。  结论  基于放疗定位CT的影像组学获得的影像特征模型对LS-SCLC患者预后有一定预测价值,纳入临床因素建立融合模型综合分析可能获得更为理想的结果。      

基于U-Net模型从低能锥形束CT图像实现高能成像的研究

目的基于U-Net网络深度学习的方法, 实现在放疗临床中低能锥形束CT(CBCT)图像转换成高能CBCT图像, 以期提供双能CBCT成像图像基础且降低辐射剂量。方法利用放疗机载CBCT设备采集CIRS电子密度模体和CIRS头部体模在80和140 kV能量下的CBCT图像数据, 数据集按10∶1分为训练集和测试集。利用U-Net网络从低能量(80 kV)CBCT图像预测高能量(140 kV)下CBCT图像。采用平均绝对误差(MAE)、结构相似度指数(SSIM)、信噪比(SNR)和峰值信号噪声比(PSNR)4种度量指标, 定量评价预测高能CBCT图像。结果预测高能图像与真实高能图像之间总体结构差异较小(SSIM:0.993 ±0.003)。预测高能图像噪声较低(SNR:15.33±4.06), 但组织间分辨力有损失。预测高能图像比真实高能图像平均CT值偏低, 在低密度组织中差异较小(<10 HU, P > 0.05), 而在高密度组织中差异大(< 21 HU, t = -7.92, P < 0.05)。结论利用深度学习方法可以从低能CBCT图像获得结构相似度高的高能...     

基于互联网的远程放射治疗的技术研究

随着科学技术的进步,医疗领域有了迅速发展,远程放射治疗在医疗领域中有重要地位,由于我国放射治疗起步较晚,目前还处在发展阶段,在普及过程中面临很多问题和限制,本文主要研究基于互联网的远程放射治疗技术的进展,以推动我国医疗领域更好的发展。     

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。     

计算分辨率对调强放疗计划验证Gamma通过率的影响

目的 分析调强放疗计划面剂量验证过程中剂量计算的分辨率对Gamma通过率结果的影响,找出针对不同评判标准对应恰当的计算分辨率数值.方法 选取25例调强放疗计划进行面剂量验证,对比分析采用2 mm计算分辨率时,使用3 mm/3％、2 mm/2％和1 mm/1％不同评判标准的Gamma通过率结果.采用0.5、1、3、4、5 mm不同的分辨率计算并输出面剂量分布,分别与使用Mapcheck测量到的该平面剂量分布进行Gamma通过率分析,对比分析采用不同计算分辨率得到的面剂量验证Gamma通过率结果.结果 25例计划的225个射野的面剂量验证Gamma通过率均值随着计算分辨率的增大而降低.采用3 mm/3％的评判标准时,计算分辨率为1 mm的面剂量验证Gamma通过率为98.3％±1.3％,与分辨率为0.5 mm的通过率98.3％±1.2％的数值很接近,其差异无统计学意义（P＞0.05）.计算分辨率≥3 mm的面剂量验证Gamma通过率相比于计算分辨率为0.5 mm的通过率均显著降低,其差异具有统计学意义（P＜0.05）.采用2 mm/2％的评判标准时,计算分辨率≥1 mm的面剂量验证Gamma通过率与计算分辨率为0.5 nn的通过率相比均有显著下降,其差异具有统计学意义（P＜0.05）.结论 面剂量分布的计算分辨率的增大会导致面剂量验证Gamma通过率的下降,应采用数值较低的分辨率计算面剂量分布,以消除计算分辨率对Gamma通过率结果的影响.建议采用3 mm/3％评判标准时剂量计算的分辨率选择1 mm,采用2 mm/2％的评判标准时剂量计算的分辨率选择0.5 mm,以保证验证结果的可靠性.     

胰腺癌平扫或强化氟脱氧葡萄糖PET-CT图像靶区勾画研究

目的 探讨平扫或强化氟脱氧葡萄糖(FDG) PET-CT图像在胰腺癌靶区勾画中的作用。方法 回顾分析本院 2008—2009年间 21例局部晚期不可切除及术后复发胰腺癌患者资料,以相同固定体位分别行平扫CT、PET,其中 11例之后行强化CT。将扫描数据输入治疗计划系统,行平扫或强化CT、PET图像融合,分别依据强化CT、平扫CT、平扫PET及平扫或强化PET-CT融合图像勾画大体肿瘤体积(GTV),并用配对或成组t检验比较不同图像GTV大小。结果 21例患者平扫 GTV_CT、平扫 GTV_PET、平扫或强化 GTV_PET-CT平均值分别为76.9、47.0、44.5 cm³,平扫 GTV_PET-CT平均体积明显小于平扫GTV_CT (z=－3.91,P=0.000)。11例强化 GTV_CT、强化 GTV_PET、强化 GTV_PET-CT平均体积分别为64.1、45.1、49.3 cm³,强化 GTV_PET-CT平均体积明显小于强化GTV_CT (z=－2.13,P=0.033),强化 GTV_PET-CT平均体积与平扫 GTV_PET-CT相似(z=－0.80,P=0.424)。结论 PET和强化或平扫CT的融合图像能提高不可切除胰腺癌靶区勾画准确性,有望降低放疗不良反应。     

口服／静注葡萄糖及皮下注射胰岛素后肿瘤内pH的变化

快速降低肿瘤内ｐＨ可增加肿瘤细胞对热疗的敏感性。测试了５８例表浅肿瘤内ｐＨ值，其中５０例（８６％）的基础ｐＨ值低于正常组织，中位７．２。肿瘤内各点处的ｐＨ也不尽相同，有１１例肿瘤测２～３个点的ｐＨ值，其值相差在０．０３～０．６０，中位数０．１８。２５例患者口服葡萄糖１００ｇ，有６０％的肿瘤内ｐＨ值下降０．１６±０．０３。１８例口服葡萄糖２００克可使肿瘤内ｐＨ值下降比例从６０％增至８３％，但下降幅度变化不大。静注葡萄糖５０ｇ可达到口服葡萄糖２００ｇ的效果；静注葡萄糖５０ｇ合并口服葡萄糖１００ｇ不能使更多的肿瘤内ｐＨ降低，但可使ｐＨ下降的时间从１２０分钟提前到６０分钟。口服葡萄糖合并皮下注射４０单位胰岛素不能改变肿瘤内ｐＨ下降比例和下降幅度。试验结果证实口服／静注葡萄糖可使肿瘤内ｐＨ快速暂时下降。     

胸段食管鳞癌累及野放疗时淋巴引流区剂量分析

目的 评估T 1~ 4N 0 M 0 期胸段食管鳞癌患者行累及野三维适形放疗时淋巴引流区不经意接受的剂量。
方法 利用 29例患者CT定位图像重新设计放疗靶区及治疗计划,GTV根据钡餐、胃镜及胸部CT确定,CTV在GTV上下外扩3 cm、其余外扩0.5 cm,PTV在CTV上下外扩1 cm、其余外扩0.5 cm,处方剂量为60 Gy分30次。分别勾画颈部、胸部及腹部各淋巴引流区,并评估各淋巴引流区剂量学参数。以淋巴结转移风险5%作为判断区域淋巴结是否为高危区域的临界值。
结果 胸段食管鳞癌绝大部分高危淋巴引流区中位平均剂量、等效均匀剂量≥40 Gy,中位 V 40 ≥85%、V 50 ≥75%。对中位等效均匀剂量<40 Gy的大部分高危淋巴接引流区,食管癌PTV长度与其等效均匀剂量线性相关(r=0.602、0.892,P=0.046、0.000)。
结论 对食管鳞癌患者仅行三维适形放疗累及野照射时邻近淋巴引流区也受到了高剂量照射,有可能对控制亚临床转移起到一定作用,但有待于进一步临床研究证实。