宫颈癌腔内联合组织间插植近距离后装治疗中IPSA和HIPO逆向优化算法的比较分析

目的 比较宫颈癌腔内联合组织间插植三维后装计划中模拟退火逆向优化（IPSA）和混合逆向优化（HIPO）剂量分布的差异,为宫颈癌腔内联合组织间插植后装治疗逆向计划优化方法的选择提供依据。方法 选取2016年12月至2017年5月于河北省沧州中西医结合医院43例宫颈癌患者资料,所有患者原后装治疗计划采用IPSA优化,基于原图像信息,给定同样的初始约束条件,不进行手动优化,直接计算IPSA和HIPO计划,对高危靶区（HR-CTV）剂量体积参数D₉₀、D₁₀₀、V_100%,以及均匀性指数（HI）、适形指数（CI）、危及器官（OAR）（膀胱、直肠和乙状结肠）D_{2 cm³}的数据进行评价。结果 两组间HR-CTV的D₉₀、D₁₀₀以及CI剂量差异无统计学意义（P>0.05）,但HIPO组HR-CTV的V_100%为（87.72±0.49）%;HI为（0.51±0.08）,明显高于IPSA组的（85.01±0.55）%,HI（0.42±0.06）,差异具有统计学意义（t=2.54、3.02,P<0.05）。对于OAR,与IPSA计划相比,HIPO计划中膀胱的D_{2 cm³}（3.42±0.17）Gy,直肠的D_{2 cm³}（3.04±0.37）Gy,明显低于IPSA计划膀胱的D_{2 cm³}（3.57±0.28）Gy,直肠的D_{2 cm³}（3.21±0.48）Gy,差异具有统计学意义（t=0.27、0.19,P<0.05）。乙状结肠D_{2 cm³}剂量两者差异无统计学意义。结论 在宫颈癌腔内联合组织间插植后装治疗中,采用HIPO优化比IPSA优化可以获得更好的靶区HI以及减少膀胱和直肠的受照剂量。     

模拟退火逆向优化算法在宫腔管联合插植针的宫颈癌三维后装腔内放疗中的应用

目的 探讨模拟退火逆向优化算法（IPSA）在以插植针为施源器的宫颈癌三维后装腔内放疗中的应用效果。方法 以2016年10月至2018年7月接受根治性外照射及腔内联合组织间插植的局部晚期宫颈癌患者60例为研究对象,其中宫腔管联合1~4根插植针的患者各15例。在每例患者的同一套CT图像上,分别用正向的图形优化（GRO）方式和IPSA完成两种放疗计划,采用配对t检验分析两种计划方式的剂量学差异。结果 IPSA计划的D₉₀、V₁₀₀均高于GRO计划（t=-4.742、-4.823,P<0.05）,但靶区一致性指数（CI）和靶区适形指数（COIN）略低于GRO计划（t=9.642、8.783,P<0.05）。两组计划的靶区高量（V₁₅₀、V₂₀₀、V₃₀₀）比较,差异无统计学意义（P>0.05）。两组计划的膀胱、直肠D_{2 cm³}相近（P>0.05）。宫腔管联合1根插植针时,IPSA较GRO的平均D₉₀只提高了4 cGy （P>0.05）;但随着插植针管数的增加,IPSA相比于GRO,D₉₀提高的幅度也逐渐增加;当增加到4根插植针时,IPSA较GRO的平均D₉₀增加了14 cGy （t=-3.180,P<0.05）。与GRO相比,IPSA的V₁₀₀提高的幅度同样随着插植针管数的增加而逐渐增加。结论 在以宫腔管联合插植针为施源器的宫颈癌三维后装治疗中,相比于GRO计划,IPSA计划在未增加靶区高量和危及器官剂量的情况下,可以提高靶区的覆盖度（D₉₀、V₁₀₀）,且随着插植针管数的增多,IPSA较GRO在提高靶区覆盖度方面的优势也更为明显。     

一种可控制驻留时间变化幅度的后装放射治疗逆向优化算法的研究

目的 报道三维后装放射治疗中一种可控制驻留时间变化幅度的算法的实现方法和结果。方法 逆向优化算法（GBPO）使用标准的二次目标函数,在目标函数中增加一个可控制驻留时间变化幅度的项,用驻留时间调制因子（DTMF）调节驻留时间的变化幅度。回顾性研究15例使用了三管施源器（Nucletron part#189.730）治疗的宫颈癌患者,分析DTMF与驻留时间标准差的关系,统计剂量体积直方图（DVH）参数（HR-CTV D_100%、V_150%,危及器官D_{0.1 cm³}、D_{1 cm³}、D_{2 cm³}）,评估GBPO计划和商用计划系统（采用IPSA算法）计划之间的差异。结果 当DTMF<20时,驻留时间标准差迅速减小,在DTMF增加到100之后,驻留时间标准差无明显变化。GBPO计划的D_100%（3.63±0.36）高于IPSA计划（3.53±0.34）,两者比较,差异有统计学意义（t=2.45,P<0.05）,两种计划之间其他DVH参数比较的差异无统计学意义（P>0.05）。结论 三维后装放射治疗中控制驻留时间变化幅度的方法是可行的,采用GBPO制定的计划在靶区覆盖和危及器官保护方面与IPSA计划相似,GBPO可集成在三维后装放射治疗计划系统中。     

三种不同优化方法在局部晚期宫颈癌腔内联合组织间插植近距离治疗计划中的剂量学比较

目的 比较分析局部晚期宫颈癌腔内联合组织间插植近距离治疗计划3种优化方法的剂量学差异。方法 回顾性选取局部晚期宫颈癌患者20例,对每例患者根据不同优化方法,分别制定3种计划,分别为手动计划组,基于图形优化;逆向1计划组,基于模拟退火优化算法;逆向2计划组,在逆向1组基础上增加了靶区（CTV）最大剂量限定。比较计划中CTV的体积剂量参数V₂₀₀、V₁₅₀、V₁₀₀、D₁₀₀、D₉₀、均匀性指数（HI）,以及直肠、膀胱、乙状结肠的剂量参数D_{0.1 cm³}、D_{1 cm³}、D_{2 cm³}。结果 CTV方面,手动组和2个逆向组的D₁₀₀参数差异无统计学意义（P>0.05）,但2个逆向组的V₂₀₀、V₁₅₀、V₁₀₀、HI参数明显优于手动组（t=-3.422~9.910,P<0.05）。逆向1组的V₁₀₀和D₁₀₀优于逆向2组（t=7.238、5.032,P<0.05）。危及器官（OARs）方面,与手动组相比,2个逆向组中直肠、膀胱、乙状结肠的D_{0.1 cm3}、D_{1 cm³}和D_{2 cm³}明显降低（t=2.235~5.819,P<0.05）。结论 对于局部晚期宫颈癌腔内联合组织间插植技术,基于3组优化方法的计划均能满足临床需求,且使用逆向优化方法保证了靶区剂量覆盖,同时减少直肠、膀胱、乙状结肠的最大受量。     

组织非均匀性对宫颈癌近距离治疗剂量评估影响研究

目的 比较近距离治疗两种临床常用的剂量计算方法和基于CT影像的蒙特卡罗程序计算的剂量差异,探讨组织非均匀性对宫颈癌近距离治疗剂量评估的影响。方法 回顾性选取2018年1月至2020年6月在安徽省肿瘤医院接受三维近距离治疗的宫颈癌患者11例,分别采用美国医学物理师协会（AAPM） TG43号报告的纯水剂量计算方法（TG43-BT）、快速非均质剂量计算算法Acuros BV （BV-BT）和基于治疗CT影像的EGSnrc蒙特卡罗程序（MC-BT）计算各计划的剂量分布,分析比较3种算法的靶区剂量（D₉₈、D₉₀和D₅₀）、剂量区体积（V_{3 Gy}、V_{6 Gy}、V_{9 Gy}和V_{12 Gy}）和危及器官（OARs）D_{2 cm³}剂量差异。结果 TG43-BT中HRCTV D₉₀为6.274 Gy,比MC-BT高出了近5%,且TG43-BT对靶区体积剂量和各剂量区体积均存在过高评估;除靶区D₅₀和高剂量区V_{12 Gy}外,BV-BT和MC-BT对于靶区剂量计算差异无统计学意义（P>0.05）。此外,BV-BT和MC-BT在直肠、小肠和乙状结肠的D_{2 cm³}评估上差异无统计学意义（P>0.05）,而MC-BT膀胱D_{2 cm³}为4.609 Gy,比TG43-BT、BV-BT明显偏高。结论 TG43-BT未考虑组织非均匀性影响,普遍高估了靶区和多数OARs受量;BV-BT计算效率高,且在多数靶区和OARs评估参数上与MC-BT计算基本一致,但在近源位置和被充盈膀胱的剂量计算上存在不足,临床评估时仍需谨慎。     

3D打印共面坐标模板辅助125I放射性粒子植入治疗盆壁复发宫颈癌的剂量学研究

目的 探讨放疗后盆壁复发宫颈癌患者采用3D打印共面坐标模板（3D-PCT）辅助¹²⁵I放射性粒子植入治疗剂量精确性实施的可行性。方法 本研究为单中心的回顾性研究,选取2016年4月至2017年12月北京大学第三医院应用3D-PCT辅助¹²⁵I放射性粒子植入治疗的放疗后盆壁复发宫颈癌患者资料10例。患者年龄37~71岁,中位年龄53.5岁,KPS评分≥ 70分。所有患者均接受过盆腔放疗。病灶体积为3.5~58.0 cm³（中位31.9 cm³）,处方剂量120~180 Gy,粒子活度0.55~0.67 mCi（1 Ci=3.7×10¹⁰Bq）,术前计划植入粒子数目为50（12~81）颗。根据术前计划在3D-PCT引导下行放射性粒子植入术。术后实际植入粒子数目为53（10~82）颗。评估剂量学参数包括D₉₀、D₁₀₀、V₁₀₀、V₁₅₀、V₂₀₀、靶区外体积指数（EI）、适形指数（CI）和均匀性指数（HI）,以及危及器官剂量D_{2 cm³}、D_{1 cm³}和D_{0.1 cm³}。术前计划与术后计划参数的比较采用相关样本非参数检验。结果 术后实际植入粒子数目多于术前计划设计,差异有统计学意义（Z=-2.255,P<0.05）。术后计划与术前计划的靶区剂量学参数D₉₀、D₁₀₀、V₁₀₀、V₁₅₀、V₂₀₀、EI、CI和HI比较,差异均无统计学意义（P>0.05）。膀胱、肠道的D_{2 cm³}、D_{1 cm³}和D_{0.1 cm³}、直肠D_{0.1 cm³}的术后计划与术前计划剂量差异均无统计学意义（P>0.05）。直肠D_{2 cm³}和D_{1 cm³}术后计划剂量低于术前计划,差异均有统计学意义（Z=-2.100、-2.240,P<0.05）。结论 3D-PCT辅助¹²⁵I放射性粒子植入治疗盆壁复发宫颈癌,通过术中剂量优化,术后实际剂量达到术前计划设计,可以保证¹²⁵I放射性粒子植入盆壁复发宫颈癌的剂量精确实施。     

宫颈癌二维近距离后装治疗中危及器官参考点剂量与三维体积剂量的相关性研究

目的 利用宫颈癌二维近距离后装治疗中危及器官（OARs）点剂量预测其三维体积剂量,评估在特定条件下,二维计划OARs体积剂量能否满足三维后装剂量限值要求。方法 回顾性分析基于CT图像的10例宫颈癌患者近距离后装治疗计划,将处方参考点剂量定为600 cGy,膀胱和直肠参考点剂量<360 cGy,设计并优化得到二维后装治疗计划。采用Pearson相关分析法对膀胱、直肠参考点剂量及OARs体积受量做相关性分析,利用线性回归方法得出膀胱、直肠参考点与其体积剂量的线性方程。结果 膀胱、直肠参考点剂量分别与其D_{1 cm³}、D_{2 cm³}、D_{5 cm³}和平均剂量显著正相关（r=0.559~0.668,P<0.05）;膀胱、直肠参考点剂量分别是其D_{2 cm³}的1.404和1.181倍;内外照射完成后膀胱、直肠D_{2 cm³}的相当于200 cGy分次等效生物剂量（EQD2）分别为8 410.0和6 827.0 cGy,均低于二者体积剂量限值。结论 利用膀胱、直肠参考点剂量能在一定程度上预测其体积剂量,对于满足膀胱、直肠参考点剂量低于处方剂量60%二维近距离后装计划,可将膀胱、直肠体积受量控制在相对安全的剂量范围内。而由于缺乏对小肠、乙状结肠剂量检测,二维后装计划在临床使用上仍然具有很大局限性。     

宫颈癌后装放疗时膀胱直肠小肠受照剂量探讨

目的 探讨宫颈癌腔内放疗时不同体积的膀胱、直肠与危及器官受照剂量的关系。方法 选取宫颈癌患者共47例,给予剂量点处方剂量600 cGy的高剂量率腔内后装治疗,用剂量体积直方图(DVH)评价标准计划下不同体积的膀胱、直肠和小肠对相应受照剂量的影响。将膀胱按体积大小分成<80 cm³组、80~120 cm³组和>120 cm³组,直肠按体积大小分成>60 cm³ 组和≤60 cm³组,分析其体积与剂量分布的关系。采用方差分析和t检验方法分析D_{1 cm³}、D_{2 cm³}、D_30%和D_50%。结果 与膀胱体积<80 cm³组相比,80~120 cm³组和>120 cm³组的膀胱D_30%、D_50%受照剂量增高(F=5.074、5.088,P<0.05),小肠D_{1 cm³}和D_{2 cm³}值差异无统计学意义(P>0.05);与直肠体积>60 cm³ 组相比,≤60 cm³组的直肠D_{1 cm³}受照剂量减小(t=-2.045,P<0.05)。结论 宫颈癌近距离放疗时,保持膀胱的适当充盈,直肠体积的减少,可使直肠、膀胱和小肠的受照射剂量均相对降低,从而减少放疗的不良反应。     

3D打印个体化模具在子宫内膜癌术后三维后装治疗中的剂量学研究

目的 探讨3D打印个体化模具辅助子宫内膜癌术后三维后装治疗中的剂量学优势。方法 回顾性选取宁波大学附属第一医院21例早期子宫内膜癌术后患者的三维后装治疗计划,利用北京科霖众计划系统,在已实施的个体化模具组基础上,为每位患者设计虚拟单通道柱状施源器计划,所有计划均采用三维逆向模拟退火的算法。比较两组计划靶区90%、98%和100%体积接受的最低剂量(D₉₀、D₉₈、D₁₀₀)以及适形指数(CI)、均匀度(HI)、超剂量体积指数(OI);同时,对比两组危及器官膀胱、直肠、小肠和尿道的0.01、1、2以及5 cm³所接受的最大剂量(D_{0.01 cm³}、D_{1 cm³}、D_{2 cm³}以及D_{5 cm³})差异。结果 两组计划都能满足临床需求。在靶区所受剂量方面,两组计划靶区D₉₀、D₉₈、D₁₀₀没有明显差异,但是个体化模具组靶区剂量的CI、HI均优于单通道组靶区,而靶区OI指数小于单通道计划(t=-3.21、-5.99、6.25,P＜0.05)。在危及器官所受剂量方面,个体化模具组膀胱、直肠、尿道所受剂量D_{1 cm³}、D_{2 cm³}和D_{5 cm³}相比单通道组均有明显降低(t=3.18、3.21、3.77、7.97、8.92、10.92、2.54、3.46、4.28,P＜0.05);小肠由于距离靶区比较远,在两组计划中所受剂量差异不明显(P＞0.05)。结论 3D打印个体化模具在子宫内膜癌术后三维近距离治疗中靶区均匀度、适形指数更优,而且膀胱、直肠、尿道所受剂量更低,具有推广价值。     

SPECT定义活性骨髓优化宫颈癌术后调强放疗计划的剂量学研究

目的 探讨单光子发射计算机断层扫描（SPECT）骨髓显像结合宫颈癌骨髓保护调强放疗计划的剂量学特点。方法 20例宫颈癌术后患者放疗前行⁹⁹Tc^m硫胶体SPECT骨髓显像确定盆骨中活性骨髓,采用图像融合技术将SPECT与定位CT融合。根据SPECT和盆骨外轮廓定义的骨髓体积,分别制定SPECT-IMRT（SPECT-intensity modulated radiotherapy）和骨髓剂量保护的调强放疗（bone marrow sparing-intensity modulated radiotherapy,BMS-IMRT）计划,比较两种计划的靶区和危及器官（骨髓、小肠、直肠和膀胱）剂量分布。靶区处方剂量45 Gy/25次。结果 SPECT-IMRT计划和BMS-IMRT计划定义的骨髓体积分别为（238.15±36.82）和（1 100.61±109.92）cm³（t=33.273,P<0.05）;SPECT-IMRT计划的骨髓高剂量辐射区V₃₀、V₄₀和V₄₅的平均体积较BMS-IMRT计划分别降低6.9%、5.7%和2.6%,差异有统计学意义（t=3.540、3.426、3.448,P<0.05）;而低剂量辐射区V₁₀和V₂₀的平均体积比较差异无统计学意义（P>0.05）;两种计划PTV的覆盖率和其他危及器官（膀胱、小肠和直肠）的受照剂量差异均无统计学意义（P>0.05）。结论 SPECT骨髓显像能较清晰地在CT断层图像上显示活性骨髓的范围。与BMS-IMRT比较,SPECT-IMRT能进一步降低高剂量辐射的剂量体积（V₃₀、V₄₀和V₄₅）。     

Optimization for high-dose-rate brachytherapy of cervical cancer with adaptive simulated annealing and gradient descent

PurposeTo validate an in-house optimization program that uses adaptive simulated annealing (ASA) and gradient descent (GD) algorithms and investigate features of physical dose and generalized equivalent uniform dose (gEUD)–based objective functions in high-dose-rate (HDR) brachytherapy for cervical cancer.MethodsEight Syed/Neblett template-based cervical cancer HDR interstitial brachytherapy cases were used for this study. Brachytherapy treatment plans were first generated using inverse planning simulated annealing (IPSA). Using the same dwell positions designated in IPSA, plans were then optimized with both physical dose and gEUD-based objective functions, using both ASA and GD algorithms. Comparisons were made between plans both qualitatively and based on dose–volume parameters, evaluating each optimization method and objective function. A hybrid objective function was also designed and implemented in the in-house program.ResultsThe ASA plans are higher on bladder V_75% and D_2cc (p = 0.034) and lower on rectum V_75% and D_2cc (p = 0.034) than the IPSA plans. The ASA and GD plans are not significantly different. The gEUD-based plans have higher homogeneity index (p = 0.034), lower overdose index (p = 0.005), and lower rectum gEUD and normal tissue complication probability (p = 0.005) than the physical dose-based plans. The hybrid function can produce a plan with dosimetric parameters between the physical dose-based and gEUD-based plans. The optimized plans with the same objective value and dose–volume histogram could have different dose distributions.ConclusionsOur optimization program based on ASA and GD algorithms is flexible on objective functions, optimization parameters, and can generate optimized plans comparable with IPSA.     

形变配准在宫颈癌近距离放疗分次间剂量评估中的可行性研究

目的:比较近距离放疗分次间靶区和正常组织在形变配准(DIR)和简单累加剂量体积直方图(DVH)情况下,累积剂量的剂量学差异,分析在宫颈癌三维近距离放疗计划中,形变配准技术应用于靶区和正常组织剂量评估的可行性。方法:回顾性选取13例宫颈癌近距离放疗病例,每个病例均进行了4次CT定位的近距离放疗。对每个病例的4次CT进行形...     

Dosimetric comparison of optimization methods for multichannel intracavitary brachytherapy for superficial vaginal tumors

PurposeMultichannel vaginal applicators allow treatment of a more conformal volume compared with a single, central vaginal channel. There are several optimization methods available for use with multichannel applicators, but no previous comparison of these has been performed in the treatment of superficial vaginal tumors. Accordingly, a feasibility study was completed to compare inverse planning by simulated annealing (IPSA), dose point optimization (DPO), and graphical optimization for high-dose-rate brachytherapy using a multichannel, intracavitary vaginal cylinder.Methods and MaterialsThis comparative study used CT data sets from five patients with superficial vaginal recurrences of endometrial cancer treated with multichannel intracavitary high-dose-rate brachytherapy. Treatment plans were generated using DPO, graphical optimization, surface optimization with IPSA (surf IPSA), and two plans using volume optimization with IPSA. The plans were evaluated for target coverage, conformal index, dose homogeneity index, and dose to organs at risk.ResultsBest target coverage was achieved by volume optimization with IPSA 2 and surf IPSA with mean V100 values of 93.89% and 91.87%, respectively. Doses for the most exposed 2-cm³ of the bladder (bladder D2cc) was within tolerance for all optimization methods. Rectal D2cc was above tolerance for one DPO plan. All volume optimization with IPSA plans resulted in higher vaginal mucosa doses for all patients. Greatest homogeneity within the target volume was seen with surf IPSA and DPO. Highest conformal indices were seen with surf IPSA and graphical optimization.ConclusionsOptimization with surf IPSA was user friendly for the generation of treatment plans and achieved good target coverage, conformity, and homogeneity with acceptable doses to organs at risk.     

局部晚期宫颈癌腔内放疗联合组织间插植的剂量学研究

目的 比较局部晚期宫颈癌单纯腔内放疗与腔内联合组织间插植放疗的剂量学差异。方法 2016年5月—2017年3月局部晚期宫颈癌患者共35例,均行根治性放疗,治疗方法为外照射+腔内联合组织间插植放疗。调强放射治疗处方剂量为46.8~50.4 Gy/26~28次,1.8 Gy/次。腔内联合组织间插植放疗剂量为7 Gy/次,1次/周,共4次。同一患者首先置入三管式后装放疗施源器,采集CT图像制定治疗计划,取出三管式施源器后,置入宫腔管并植入插植针,再次采集图像制定放疗计划。分别评价比较两组计划中靶区及危及器官的受照剂量差别。结果 共制定212次后装放疗计划,其中单纯腔内治疗计划106例,腔内联合组织间插植治疗计划106例。腔内联合组织间插植放疗组计划较单纯腔内放疗组的靶区剂量明显升高,高危临床靶区（CTV）的D₉₀、中危CTV的D₉₀均显著增高（t=-6.01、-2.73,P<0.05）,膀胱、直肠、乙状结肠的D_{2 cm³}显著降低（t=3.07、4.52、2.91,P<0.05）。结论 局部晚期宫颈癌应用腔内联合插植放疗可以明显提高靶区剂量,并降低危及器官膀胱、直肠和乙状结肠的受照剂量。