基于先验知识的头颈部肿瘤调强放疗计划多目标优化方法

头颈部肿瘤调强放射治疗计划本质上是目标函数个数大于20、优化变量数大于1 000的复杂多目标优化问题,目前没有精确求其Pareto最优解集的有效方法。本文提出了一种新的有效近似求解方法。首先,根据71例头颈部肿瘤患者的放疗剂量先验知识,对各危及器官的线性EUD按相关系数进行R型聚类分析,将所有危及器官聚为3类;其次,将所有属于同类危及器官的线性EUD均值看作目标函数,联合肿瘤靶区的约束条件,构造一个维度较低的多目标优化模型;最后,通过基于角解的增强夹心算法逼近该低维、局部的Pareto前沿,并通过可视化导航方法快速选出一个调强放疗计划。对比传统的多目标调强放疗计划优化方法,该方法能显著减少目标函数的个数,极大程度地简化Pareto前沿。实验结果表明,本文方法可以将头颈部肿瘤调强放疗计划多目标优化模型中的20~21个目标函数减少到6~7个,并能有效确定其近似的Pareto前沿,找到与临床放疗计划质量相当、部分指标甚至更优的放疗计划。     

早期乳腺癌保乳术后3种调强计划的剂量学比较

目的:评估早期乳腺癌保乳术后3种调强计划的靶区及其危及器官剂量学指标,为临床选择提供参考。方法:选取10例乳腺癌保乳术后患者(左侧5例,右侧5例),分别设计逆向调强计划、混合调强计划以及野中野调强计划,评估3种方法中靶区和危及器官的剂量学指标。结果:逆向调强计划的均匀性指数和适形指数优于混合调强计划和野中野调强计划,但后两种计划对患侧肺、对侧乳腺、心脏、肝脏等危及器官有更好的保护。结论:混合调强计划和野中野调强计划是早期乳腺癌保乳术后放疗计划的较佳选择。     

鼻咽癌调强放疗计划设计和优化方法

目的:讨论鼻咽癌调强放疗计划设计和优化方法.方法:随机选取24例鼻咽癌患者.在Eclips计划系统上对其进行调强放疗计划设计.对靶区和危及器官设定剂量体积限制条件和权重因子.并对凹形靶区对应的扇形正常组织、正常组织中的剂量热点和靶区中的剂量冷点定义剂量成形结构,对这三种剂量成形结构进行优化.最终得到一个现有条件下的最优化计划.结果:分析患者的剂量体积直方图,24例患者GTV1的最大剂量、最小剂量和平均剂量的平均值分别为73.46 Gy,、67.86 Gy和70.65 Gy,GTV2的最大剂量、最小剂量和平均剂量的平均值分别为68.83 Gy、64.67 Gy和66.29 Gy,CTV1的最小剂量为60.95 Gy,CTV2的最小剂量为51.37 Gy.1%体积的脊髓、脑干和视神经所接受的平均剂量为38.10 Gy、46.94 Gy和27.43 Gy,50%体积左侧和右侧腮腺所接受的剂量分别为36.03 Gy和35.88 Gy.结论:通过射野数目、方向的选择,剂量体积约束条件和权重因子合理的设定,以及对DSS的合理定义及优化,最终可以得到一个符合临床要求的较佳的调强治疗计划.靶区在各个断面都能得到较好的剂量覆盖,调强治疗能够提高靶区剂量的同时保护靶区周围的正常组织和重要器官.     

胰腺癌调强计划和三维适形计划剂量学比较与分析

目的：通过比较分析胰腺癌三维适形治疗计划（3DCRT）和调强治疗计划（IMRT）,确定患者选择合适的放射治疗方式。方法：对10例胰腺癌的病人分别制定三维适形和调强治疗计划,对它们计划的靶区剂量分布和危及器官的躲避进行评估。结果：IMRT放疗计划中十二指肠的V40、V30、V20分别比3DCRT降低44．51％、10．58％、15．53％,左肾的;V30、V20分别比3DCRT降低29．57％、16．18％,而小肠、脊髓、右肾、胃等危及器官的受量差别不大。结论：和三维适形治疗计划相比,调强治疗计划能有效地降低危及器官的高剂量区,有靶区剂量的提升空间。     

早期乳腺癌保乳术后不同剂量调强放射治疗疗效比较

目的:分析早期乳腺癌保乳术后不同剂量调强放射治疗效果。方法:接受手术治疗的乳腺癌患者50例,依据不同放射剂量分组:A组放疗总剂量50 Gy,B组放疗总剂量60 Gy,观察两种方案的干预效果及安全性。结果:两组患者在V100%上并无差异,分别为（55.13±6.28）%和（54.26±6.01）%;在V99%、V109%、V115%等比较均存在显著差异（P<0.05）。A组3年复发率12%,高于B组的4%（P<0.05）;A组患者Ⅰ级及以下放射性皮炎发生率44.00%,显著低于B组的72.00%（P<0.05）,两组Ⅱ级与Ⅲ级及以上放射性皮炎发生率无显著差异。结论:早期乳腺癌患者以保乳术作为主要治疗方案,放射疗法属于关键辅助措施,不同剂量影响治疗效果,适当增大剂量有助于提升整体疗效。     

乳腺癌保乳术后两种逆向调强放疗计划的剂量学比较

目的:比较两种常见的乳腺癌术后逆向调强放疗治疗计划在靶区和危及器官上的剂量差异性,寻求乳腺癌术后调强放疗较佳的治疗计划。材料与方法:随机选取6例左侧乳腺癌保乳术后的患者,应用Pinnacle 7.6c计划系统,设计患侧乳腺切线方向小角度展开入射的4野逆向调强计划和入射角度在患侧乳腺平面内均分的5野调强计划,在计划靶区满足处方剂量的前提下,比较分析两种逆向调强计划靶区的适形度和剂量均匀性;肺的V30、V20和平均剂量,心脏的V30和平均剂量等剂量学指标。结果:通过对6例左侧乳腺癌保乳术后逆向调强计划设计中两种计划的比较发现,4野逆向调强计划对心脏和肺保护较好,而5野逆向调强计划能够给靶区带来较佳的适形度和剂量均匀性。结论:乳腺癌术后逆向调强计划的设计必须与临床紧密结合,对于基本状况良好且心肺功能较好且的患者,可以考虑用5野逆向调强计划;对心肺功能较差的患者则应优先考虑切线方向适度展开照射野入射角度的4野逆向调强计划。     

鼻咽癌调强适形放射治疗计划与传统计划的比较

目的：对局部晚期鼻咽癌的调强适形放射治疗计划与传统计划进行比较。材料和方法：用计算机治疗计划系统对局部晚期的鼻咽癌患者分别制定调强适形放射治疗（IMRT），三维适形放射治疗（3D-CRT）和双侧对穿野计划，根据剂量适形度，DVH曲线，危及器官所受剂量来对这些计划进行比较。结果：IMRT计划的靶区剂量分布适形度好于其它计划，在CTV覆盖剂量相近的情况下，例如规定大于95%的CTV体积接受60Gy剂量，IMRT计划较好地保护了危及器官，与此同时，IMRT能够给予GTV较高的单次剂量，使95%的GTV体积受到至少68Gy剂量。结论：在局部晚期鼻咽癌的治疗中，与传统方法比，IMRT方法在改善肿瘤靶区高剂量覆盖的同时，也明显地改进了对危及器官的保护，并提高了治疗效率。应该进一步研究规范鼻咽癌的IMRT计划和治疗方法，以便充分发挥这种新技术的临床优势。     

基于Monaco的食管癌容积旋转调强计划中两种优化模式的剂量学比较

目的:对比Monaco治疗计划系统中Pareto和Constrained两种优化模式在食管癌容积旋转调强（VMAT）中的剂量学差异。 方法:回顾分析23例食管癌患者临床资料,使用Monaco治疗计划系统在相同优化条件下分别使用Pareto和Constrained模式进行优化和剂量评估。比较两种优化模式的靶区剂量、适形度指数、均匀性指数、危及器官受量、子野数和机器跳数。 结果:两种模式优化的靶区剂量、适形度指数、均匀性指数和危及器官受量差异不明显,无显著统计学意义（P>0.05）。 结论:在使用Monaco设计食管癌的VMAT治疗计划时使用Pareto和Constrained优化模式均可获得较好的剂量分布,可以应用于临床。     

基于广义等效均匀剂量优化的直肠癌计划在固定野和容积旋转调强放疗中的比较

目的:比较基于广义等效均匀剂量(g EUD)优化的容积旋转调强和固定野调强技术直肠癌放疗的生物学参数和剂量学特点,为临床选择提供一定依据。方法:选取10名经过医生勾画靶区的直肠癌患者,对每位患者分别设计5野调强计划(5FIMRT)、7野调强计划(7FIMRT)和容积旋转调强计划(Rapid Arc),处方剂量为50 Gy/25 F。比较3组计划的平均剂量体积直方图和机器跳数,靶区适形度、均匀性,危及器官的正常组织并发症概率(NTCP)及靶区和危及器官的g EUD和物理剂量。结果:3组计划的靶区剂量均能达到临床要求。在适形度与均匀性上,Rapid Arc优于5 FIMRT和7 FIMRT(P0.05)。在小肠和膀胱保护方面,7FIMRT和Rapid Arc无差异(P0.05),且均优于5FIMRT(P0.05);对于双侧股骨头,Rapid Arc优于7FIMRT(P0.05),7FIMRT优于5FIMRT(P0.05)。Rapid Arc的机器跳数远小于5FIMRT和7FIMRT(P0.05)。结论:在基于g EUD优化的计划中,容积旋转调强计划和7野调强计划均优于5野调强计划。容积旋转调强计划和7野调强计划相比,在靶区适形度与均匀性,以及股骨头受量和效率方面具有优势。     

基于Auto-planning技术的早期鼻咽癌容积旋转调强放射治疗计划评估

目的:比较基于Auto-planning技术的早期鼻咽癌容积旋转调强放射治疗（VMAT）计划和常规VMAT计划之间的剂量学差异以及计划质量。方法:回顾性分析20例早期鼻咽癌患者的临床资料,采用Pinnacle3计划系统的Auto-planning自动计划模块行VMAT自动计划设计,相应的常规VMAT计划由经验丰富的物理师完成设计,分别为aVMAT和mVMAT。对两组计划的肿瘤靶区剂量分布、危及器官剂量学、机器跳数和计划设计时间进行比较和评估。结果:两组计划靶区的剂量覆盖和适形度均满足处方要求。aVMAT组的PGTV、PTV2的剂量均匀性指数明显优于mVMAT组,但两者的适形度指数无显著差异性。此外,aVMAT计划比mVMAT计划可以更好地保护脊髓,而且在降低脑干的受照剂量亦具有优势。与mVMAT组相比,aVMAT组的平均机器跳数MU减少6.83％,平均计划设计时间减少14.50％。结论:对于早期鼻咽癌,基于Auto-planning技术所产生的自动VMAT计划,比常规VMAT计划具有更佳的靶区剂量分布,且更好地降低正常组织的剂量,同时具有更高的优化效率和计划执行效率。     

非小细胞肺癌三维适形计划和调强计划剂量学比较与分析

目的：通过比较分析非小细胞肺癌（NSCLC）三维适形治疗计划（3DCRT）和调强治疗计划（IMRT）,评价不同计划方案在剂量学上的差异性,确定患者选择合适的放射治疗方式。方法：对20例非小细胞肺癌患者分别制定三维适形治疗计划和调强计划,对它们计划的靶区剂量分布和危及器官的保护进行评估。结果：IMRT治疗计划的以下指标优于相应的3DCRT计划：（1）差异均有统计学意义（P〈0．05）：PTV参数（Dmean、Dmin、Dnex）适形指数（CI）;异质性指数（HI）;平均肺剂量（MLD）、肺V10-V30及肺正常组织并发症发生率（NTCP）;食管Dmean、V55及食管的早晚期正常组织并发症发生概率（NTCP）;心脏V40。（2）差异无统计学意义（P〉0．05）：肺V5;食管V35;心脏的Dmean及NTCP;脊髓的Dmex及NTCP。结论：和三维适形治疗计划相比,调强计划能有效降低危及器官的高剂量区,尤其对靶区形状极不规则的肿瘤有了解决的方案,在保护正常组织器官方面显示出较明显的优势。为靶区剂量提升创造了空间。     

胃癌术后调强和三维适形计划的剂量学比较

目的：研究比较胃癌术后放疗中三维适形和调强两种不同方法产生的计划在靶区剂量分布,正常组织受量等方面的区别。比较两种计划的优缺点,以期指导临床应用。方法：选取5个胃癌术后放疗病人,勾画完靶区后,分别运用三维适形和调强制作计划,比较靶区适形度,均匀性,正常肝组织（Liver-PTV）的（V30,Mean）,双肾（V5,V15,V20,Mean）,脊髓的受量。结果：三维适形计划与调强计划相比,适形度,均匀性较差;正常肝组织的V30和平均剂量调强计划略优于三维适形;双肾的V15平均剂量两者没有明显差异,V20。调强略优于适形计划,小于V5,的低剂量体积调强计划要小于三维适形;脊髓受量两者没有明显差异。结论：总体来说,胃癌术后的调强计划靶区适形度,均匀性优于三维适形计划,正常组织受量与三维适形相当或者略优于三维适形。所以调强计划可以替代三维适形计划作为胃癌术后放疗的主要计划设计方法。     

乳腺癌调强计划边界外放对靶区和皮肤剂量的影响

目的 比较乳腺癌调强计划射野边界外放方法在常规和动态CT图像上对靶区和皮肤剂量的影响。方法 选择行乳腺癌保乳术后放射治疗的患者10例,年龄27～69岁,平均年龄46.6岁;病灶位于左侧3例,右侧7例;临床分期为T1～T2。根据患者的三维(3D)CT常规扫描,设计5野切线方向调强计划,在5野调强计划基础上分别采用不同边界外放方法(直接通量编辑和添加虚拟Bolus)设计出新的调强计划。将3种计划拷贝到同一患者四维(4D)CT动态扫描的10个时相中分别计算平均值。统计两种扫描方式(常规扫描和动态扫描)下3种计划方法的计划靶区(PTV)(V₉₅)、皮肤Skin 0.3和Skin 0.5(V₃₀、V₄₀、D_mean)体积的评价指标,通过组内和组间对比,分析两种边界外放方法对靶区和皮肤剂量的影响。结果 使用单因素方差分析方法对比两种扫描方式下3种计划方法组内的评价指标变化,其中3D CT 3种计划方法各评价指标比较,差异均有统计学意义(P <0.05)。4D CT下除PTV(V₉₅)...     

调强放疗优化中目标函数的研究进展

简要综述了调强放疗中使用的基于剂量、剂量—体积、剂量一效应和等效均匀剂量的四种目标函数，并比较了各种目标函数的优缺点，重点介绍了基于等效均匀剂量的目标函数在调强放疗计划中的应用和发展。     

逆向调强放射治疗计划软件临床病例的比较

目的：评价北京海思威科技有限公司和北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心联合研制的逆向放疗计划是否达到商用软件的功能。方法：用我们研发的HW-3D TPS和用临床真实病例进行逆向优化计算,获得处方剂量场分布,看是否满足医生对治疗靶区和周围危及器官的剂量分布要求,并和已经商业化的软件Varian Eclipse A10用相同病理获得的结果进行比较,进行综合评价。结果：研究和比较在人体内有典型意义的11个病理,获得结果：①所有计划均符合临床医生的处方要求,PTV 95%的体积都能达到95%的处方剂量;②检测PTV的STD是否小于5%,PTV的95%的体积都能达到95%的处方剂量,符合国家标准;③综合比较两个TPS系统PTV的STD值,Varian Eclipse A10的PTV STD平均值为2.8%;HW-3D TPS系统PTV的STD平均值为2.2%。在允许误差范围内达到可比性。结论：HW-3D TPS对临床病例有较好的逆向优化处理能力,其结果与商业化的TPS软件的处理结果具有可比性。     

自动计划RapidPlan优化模块在鼻咽癌调强计划中的可行性应用

目的:通过比较常规调强计划与自动优化计划间的差异,探讨自动计划RapidPlan优化模块在鼻咽癌调强计划应用中的可行性。方法:选取60例经临床验证的优质鼻咽癌计划进行分析和特征提取,先建立一个特定的自动优化模型,然后用此模型对另外的15例鼻咽癌计划进行测试,比较这15例经模型测试优化后形成的自动计划与用常规调强优化的计划间的差异。采用SPSS 22.0版软件分别对两组计划的各主要参数行配对样本t检验分析。结果:自动优化产生的计划得到的剂量分布更佳;且自动优化比常规调强优化效率更高,自动计划的优化平均时间比常规调强计划缩短33.67%(P=0.001),优化次数也从平均3.5次降到2.2次(P=0.000);自动优化比常规调强优化的计划执行效率更高,MU值平均值减少376 MU,平均减少原来的14.8%(P=0.000)。结论:基于解剖特性和先验知识的自动计划模块,即RapidPlan优化模块,通过建立优化模型,设置优化参数,产生的鼻咽癌调强计划,可以达到比常规调强计划更佳的靶区剂量分布结果,并且更好地降低正常组织的剂量,同时获得比常规调强计划更高的优化效率和计划执行效率,在鼻咽癌的调强计划优化中是切实可行的。     

剂量体积优化算法与光子优化算法在儿童全中枢调强放射治疗计划的剂量学比较

目的:分析剂量体积优化（DVO）算法与光子优化（PO）算法在儿童全中枢调强放射治疗（IMRT）中的剂量学比较。方法:选择2018年7月~2020年1月于广东三九脑科医院行全中枢IMRT计划的15例儿童肿瘤患者作为研究对象,分别采用DVO算法和PO算法设计计划,比较两组计划的剂量学参数、优化效率及机器跳数。结果:与PO算法相比,DVO算法计划的靶区[D50%]和适形度指数更佳,差异有统计学意义（P<0.05）,且颈段计划靶区（PTV）低于95%处方剂量的体积更低（P<0.05）,但在靶区[D2%、D98%]、均匀性指数和梯度跌落指数差异无统计学意义（P>0.05）。与PO算法相比,DVO算法计划在双肺、右肾和心脏的受照剂量偏低,差异有统计学意义（P<0.05）,而在其它危及器官剂量学参数差异无统计学意义（P>0.05）。与PO算法相比,DVO算法计划增加了较少的机器跳数（约63 MU）,但算法优化时间翻倍,约224 s。结论:儿童全中枢IMRT计划采用DVO算法可提高靶区适形性,降低颈段PTV低于处方剂量的体积,有可能减少颈段靶区肿瘤复发率,因此建议在儿童全中枢IMRT计划中采用DVO算法优化。     

基于几何不确定性鲁棒性优化在肺癌容积旋转调强计划中的应用

目的:研究基于几何不确定性的鲁棒性优化对肺癌容积旋转调强(VMAT)治疗计划的剂量分布影响以及不确定性大小对剂量分布的影响。方法:选取非小细胞肺癌病例10例,利用Raystation计划系统设计基于Minimax原理随机几何误差为4 mm的鲁棒性优化计划(P_(2.8)),同传统基于靶区外放的计划(Pnormal)进行剂量学比较,并分别对误差减半(P1.4)和翻倍(P5.6)两种情况考察不确定性大小对剂量学的影响。结果:P_(2.8)和P_(normal)靶区覆盖率相似,二者平均差值为-0.3 Gy,肿瘤控制概率均为78%,均无统计学意义;但P_(2.8)肺部大于20 Gy的体积(V_(20))比P_(normal)平均降低1.1%,平均剂量(Dmean)减少0.6 Gy,并发症发生概率平均降低0.4%,均有统计学意义;食管的D_(mean)则平均降低5 Gy,有统计学意义。P5.6的肺、食管及心脏的各剂量指标均增加,有统计学意义,尤其食管Dmean增加4.4 Gy,肺V_5平均增加4%以上。P_(1.4)的食管D_(mean)减少1.1 Gy,肺部V_(40)减少0.4%,均具有统计学意义。P_(5.6)和P_(1.4)的肿瘤控制概率均为78%。结论:基于几何不确定性的鲁棒性优化降低了危及器官的照射剂量,VMAT对随机几何不确定性剂量影响较敏感。     

宫颈癌固定野调强和容积旋转调强放疗计划剂量学分析

目的 比较固定野调强（IMRT）和容积旋转调强（VMAT）在宫颈癌放疗中的剂量学差异。方法 选取20例仰卧位放疗的宫颈癌患者,勾画计划靶区和危及器官后,给予计划靶区PTV 50 Gy/25次的治疗剂量,每例患者设计5野IMRT和2弧VMAT两组计划,采用相同的优化参数。评估两组计划的靶区VPTV105%、Dmin、均匀性指数HIptv、适形度指数CIptv;危及器官OAR平均剂量Dmean、V40、V30、V20;机器跳数（MU）及治疗时间（Time）差异进行评估,并进行统计分析。结果 两组计划中VMAT的靶区VPTV105%、Dmin、HIptv、CIptv优于IMRT,差异具有统计学意义（P＜0.05）;两组计划中VMAT的膀胱平均剂量（Dmean）、V40、V30优于IMRT,差异具有统计学意义（P＜0.05）。两侧股骨头和直肠所受剂量比较,差异无统计学意义（P＞0.05）;两组计划中VMAT的MU和Time优于IMRT,差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论 与IMRT相比,VMAT在宫颈癌放疗的靶区剂量分布更优,膀胱的照射体积和平均剂量更小,两侧股骨头和直肠未见明显优势。治疗跳数大幅降低,对加速器的损耗相对更小,患者治疗时间明显缩。在不考虑治疗费用这一经济因素的情况下,VMAT治疗计划进一步地提高了靶区的剂量分布,对膀胱进行更好的保护,具有较好的剂量学优势。