放疗计划系统DeepPlan光子放疗剂量计算的临床可行性验证

目的:评估DeepPlan放疗计划系统患者计划剂量计算的准确性和临床应用的可行性。方法:剂量算法准确性评估主要是针对YY 0775号和YY/T 0889号报告中的例题内容进行测量验证。临床病例验证是基于Pinnacle计划系统设计的前列腺肿瘤患者9例、胸部肿瘤患者13例和头颈部肿瘤患者5例，试验将各病例原计划优化的子野等信息直接导入DeepPlan进行重新剂量计算，比较不同计划系统得到的靶区和危及器官剂量分布，并用PTW VeriSoft软件对两组计算结果进行全空间剂量γ分析。结果:DeepPlan光子剂量算法通过了剂量计算准确性验证，YY 0775号报告中所有测试例题误差均在2%以内。YY/T 0889号报告中所有患者计划的γ通过率均在96.8%以上，复合野的γ通过率平均值为98.1%。在病例验证中，前列腺肿瘤病例的等中心层面2D γ通过率平均值为97.6%，3D γ通过率平均值为96.9%。胸部肿瘤病例的等中心层面2D γ通过率平均值为98.7%，3D γ通过率平均值为98.3%。头颈部肿瘤病例的中间层面2D γ通过率为98.6%，3D γ通过率平均值为98.8%。结论:通过模体实际测量和临床病例测试，验证了DeepPlan光子放疗剂量计算的准确性和临床应用的可行性。     

基于空洞卷积U-Net模型的胰腺自动分割方法研究

目的 探讨一种空洞卷积U-Net模型对胰腺组织精准分割的可行性.方法 通过对标准U-Net模型进行改进,得到一种多尺度空洞卷积U-Net模型,以100例放疗定位CT中包含完整胰腺的盆腔肿瘤患者的影像和结构信息为研究对象,对两种U-Net模型进行训练和测试,最终比较两者的分割精度.分割精度量化指标分别是戴斯相似性系数(DSC)、杰卡德相似性系数(JSC)、豪斯多夫距离(HD)和平均表面距离(ASD).结果 与标准U-Net模型分割结果比较,该研究的空洞卷积U-Net模型的DSC均值达到0.87,JSC、HD和ASD均值也分别为0.78、9.85 mm和1.62 mm,且差异有统计学意义(P＜0.05).结论 基于标准U-Net模型搭建的空洞卷积U-Net模型能够更准确的分割健康胰腺组织,对改进辅助诊断系统和提高放射治疗效果有着重要的意义.     

铱源驻留步长对宫颈癌三维近距离治疗计划的影响

目的:研究宫颈癌近距离治疗计划设计中,铱源驻留步长选择对计划评估及剂量稳定性的影响。方法:选取在安徽省肿瘤医院接受治疗的15例宫颈癌患者,均接受Fletcher型施源器植入的铱源高剂量率CT引导下近距离治疗。按照驻留步长大小分别为每位患者制定4组计划（Plan_1 mm、Plan_3 mm、Plan_5 mm和Plan_7 mm）,对比治疗时长,靶区D100、D90和V100和危及器官D2 cc、SF系数等参数。模拟计算施源器发生脚向3 mm移位时剂量分布,分析施源器移位对不同驻留步长近距离治疗计划剂量学的参数影响。结果:不同驻留步长治疗计划的高危靶区（HRCTV）剂量学参数差异不明显（P>0.05）,而Plan_1 mm、Plan_3 mm的中危靶区（IRCTV）的D100、D90、V100和治疗时长均大于Plan_5 mm,且差异有统计学意义（P<0.05）;Plan_5 mm计划中危及器官SF参数的平均值和中位值最小;Plan_5 mm在施源器移位后HRCTV和IRCTV的D90平均降幅最小,分别为2.88%和0.91%。结论:宫颈癌近距离治疗计划的制定应选择合适的铱源驻留步长,使得治疗计划不仅满足剂量评估要求,还具有一定的剂量传递稳定性。     

基于U-net卷积神经网络的宫颈癌临床靶区和危及器官自动勾画的研究

目的:基于U-net卷积神经网络的深度学习方法,探讨宫颈癌放疗临床靶区和危及器官自动勾画的可行性。方法:利用U-net卷积神经网络模型搭建的端到端自动分割框架,以100例已进行IMRT治疗的宫颈癌患者CT及组织结构信息为研究对象,并随机选取其中的10例作为测试集。勾画的对象包括临床靶区（CTV）、膀胱、直肠和左、右股骨头5个部分,比较手动和自动勾画的戴斯相似性系数（DSC）和豪斯多夫距离（HD）以评估自动勾画模型的准确性。结果:4种危及器官自动勾画的DSC值都在0.833以上,平均值是0.898;HD值均在8.3 mm以内,平均值为5.3 mm;临床靶区DSC值是0.860,HD值为13.9 mm。结论:基于U-net卷积神经网络建立的自动勾画模型能较为准确地实现宫颈癌临床靶区和危及器官的自动勾画,临床应用中可大幅提高医生的工作效率及勾画的一致性。     

不同能量X线胸段食管癌调强放疗计划的剂量学研究

目的:研究不同能量X射线治疗胸段食管癌调强放疗(IMRT)计划的剂量学差异。方法:选择l2例胸段食管癌患者,在ADAC Pinnacle3三维治疗计划系统(TPS)中分别采用6 MV、10 MV和15 MV X线给每位患者设计三个调强放疗计划,在规定计划靶区(PTV)至少达到95%处方剂量的前提下,根据剂量体积直方图(DVH)比较三种计划的靶区剂量分布及脊髓、肺、心脏等正常组织受照射剂量的差异。结果:三种计划中靶区的最大剂量、最小剂量、平均剂量及靶区适形度指数、均匀性指数均无明显差异,但15 MV计划高剂量覆盖程度大于6 MV和10 MV计划,脊髓、双肺及心脏受照剂量都在可耐受的范围内,差异也无统计学意义(P>0.05)。结论:6 MV、10 MV、15 MV X射线都能满足胸段食管癌临床调强放疗需求。     

不同三维探测器对鼻咽癌VMAT计划MLC位置误差探测灵敏度的研究

目的 研究鼻咽癌容积旋转调强(VMAT)计划剂量验证中,Delta⁴和ArcCHECK两种三维探测器对多叶准直器(MLC)叶片位置误差检测的灵敏度。方法 选取10例鼻咽癌VMAT计划,对原始文件中每个MLC子野的叶片分别引入0.5~4.0 mm的位置误差,使子野整体扩大、缩小或偏向一侧平移,模拟VMAT治疗中MLC可能出现的位置误差。分别用Delta⁴和ArcCHECK进行验证测量,比较计划系统计算值与测量结果的γ通过率并行配对t检验。结果 当评价标准取3 mm/3%时,两种探测器所有患者的原计划验证绝对剂量γ通过率均>95%,Delta⁴和ArcCHECK可以检测出的MLC外扩、内收以及平移误差分别是1.5、1.0、2.0 mm和3.0、1.0、3.0 mm;而取2 mm/2%评价标准时,患者原计划验证绝对剂量γ通过率有较大幅度下降,此时Delta⁴和ArcCHECK能检出的MLC外扩、内收和平移误差分别是1.0、1.0、2.0 mm和1.5、0.5、2.0 mm。结论 Delta⁴和ArcCHECK鼻咽癌VMAT计划的剂量验证可以检测出不同类型和大小的MLC位置误差,但两者的检测灵敏性略有差异,而对<1.0 mm微小误差的检测都不够敏感,日常工作中仍需加强MLC的质量保证。     

HT-7超导托卡马克辐射剂量的实时监测及分析

HT-7托卡马克是超导磁约束聚变实验研究装置.由于该装置主要进行的是氘-氘(D-D)核聚变反应实验,运行时将产生聚变中子及其诱导的γ光子,即使装置停机后,屏蔽厅内的辐射水平也要经过一段时间才会衰减到本底水平.     

ArcCheck探测螺旋断层放疗误差的敏感性

目的:针对螺旋断层放疗（HT）系统,分析ArcCheck验证患者计划通过率对治疗床运动速度误差、机架旋转周期误差、机架起始角度误差、多叶准直器叶片开启时间误差的敏感性。方法:选取9例行HT的鼻咽癌患者计划,由自编程序生成与原计划相对应的误差计划。应用点剂量及Gamma分析,计算得出上述误差的临床可检测误差值。结果:所有患者的原计划采用3%/2 mm、2%/1 mm标准时的平均Gamma通过率分别为97.49%±1.08%、73.38%±4.31%。应用3%/2 mm通过率标准时,可检测的最小误差分别为治疗床运动速度:-1.58%、1.38%（上下限阈值）,机器旋转周期:-1.68%、1.31%（上下限阈值）,机架起始角度误差:2.50°,多叶准直器叶片开启时间:1.62%。而应用2%/1 mm标准时,检测精度得到提升,可检测的最小误差分别为治疗床运动速度:-0.69%、1.27%,机器旋转周期:-0.69%、0.69%,机架起始角度误差:2.06°,多叶准直器叶片开启时间:0.52%。结论:ArcCheck与电离室测量点剂量联用与单独使用ArcCheck Gamma通过率相比并未表现出明显优势,ArcCheck可以检测出临床相关的照射误差,更为严格的Gamma通过率标准可以明显提高误差计划的检测精度。     

基于三维预测剂量的自调节调强放疗自动计划方法

目的 开发一种基于预测剂量的自调节调强放射治疗自动计划方法,以增强自动计划的鲁棒性。方法 利用3D U-Res-Net_B网络预测出三维剂量分布后,在直接子野优化的每次迭代中先基于上次迭代结果计算当前剂量,再联合预测剂量计算目标剂量,然后以此为目标进行优化。完成所有迭代或满足循环退出条件后,得到最终的治疗计划。在30例直肠癌病例上进行测试,验证算法的效果。结果 临床计划治疗靶区的V_100%均值和标准差为（95.03±0.91）%,自动计划为（94.67±1.96）%,接近临床值（P>0.05）,而预测值为（92.90±2.13）%,与临床计划的差异具有统计学意义（t=29.0,P<0.05）;自动计划在小肠V₃₅、膀胱V₄₀、股骨头的V₂₀~V₄₀等多项指标上低于预测值和临床值,且差异具有统计学意义（t=4.5~118.0,P<0.05）,在其他危及器官的指标上与临床值的差异无统计学意义（P>0.05）。结论 本方法增强了自动计划的鲁棒性,提高了其应对复杂情况的能力。     

DeepPlan系统中快速直接子野优化在临床中的应用研究

目的 通过与Pinnacle计划系统在临床静态调强放疗（intensity modulated radiation therapy,IMRT）病例上的对比,研究自主研发的DeepPlan计划系统的快速直接子野优化模块的临床应用性能。方法 选取安徽省肿瘤医院25例肿瘤患者资料（其中6例头颈部、10例胸部和9例盆腔）,分别使用DeepPlan和Pinnacle制定静态调强放疗计划,比较两个计划系统优化后的靶区适形度和均匀性、机器跳数、子野数的差异,并针对宫颈癌病例比较剂量学参数差异。结果 两个系统中所有病例均满足临床剂量要求,DeepPlan的平均优化时间为86 s,平均剂量计算时间为8.36 s。与Pinnacle相比,DeepPlan优化出的放疗计划具有更小的机器跳数、更多的子野和更大的靶区适形度指数（conformity index,CI）,差异具有统计学意义（t=-3.208、2.912、2.875,P<0.05）;靶区均匀性指数（homogeneity index,HI）的差异无统计学意义（P>0.05）。在宫颈癌病例中,DeepPlan优化后的膀胱V₄₀低于Pinnacle （t=-5.498,P<0.05）,小肠V₂₀高于Pinnacle （t=2.581,P<0.05）。结论 DeepPlan通过图形处理器（graphics processing unit,GPU）加速能够在较短时间内完成直接子野优化,得到满足临床要求的静态调强放疗计划。与Pinnacle相比,DeepPlan系统有更好的靶区适形度和更小的机器跳数,但子野数更多,对宫颈癌病例中膀胱的保护略好,对小肠的保护略差。