Monaco与Pinnacle计划系统在肺癌容积旋转调强计划中的比较

目的 比较Monaco和Pinnacle 2套计划系统设计的肺癌容积旋转调强(VMAT)计划的计划质量、治疗效率和剂量验证精度.方法 选取20例肺癌病例,其中左肺癌10例,右肺癌10例,分别利用Monaco 3.0和Pinnacle 9.2两套计划系统设计VMAT计划,比较2种计划的靶区适形度、均匀性、最大剂量(D_max)、平均剂量(D_mean)与最小剂量(D_min)及危及器官的受照剂量;比较治疗计划执行时间、机器跳数和剂量验证的准确性.结果 除PTV的D_min外,Monaco计划靶区的其他各项剂量学指标都明显优于Pinnacle(t=5.927~12.034,P<0.05);2种计划除患侧肺V₁₀、全肺V₅外,Monaco计划肺的其他剂量学指标都差于Pinnacle(t=3.545~7.485,P<0.05),Monaco计划对心脏的保护明显优于Pinnacle(t=2.836~4.011,P<0.05),但较差的是Monaco计划执行时间(t=9.780,P<0.05)和MU数量(t=5.304,P<0.05).Monaco计划的Delta⁴验证结果优于Pinnacle(t=4.937,P<0.05).结论 对于肺癌的VMAT计划,Monaco与 Pinnacle两套计划系统都能满足临床应用要求;Pinnacle在肺的保护与计划执行方面有明显的优势,Monaco在靶区剂量分布和心脏的保护,以及剂量验证方面具有优势.     

乳腺癌保乳术后部分乳腺三种放疗计划的剂量学比较

目的 比较容积弧形调强（VMAT）、固定野动态调强（IMRT）及三维适形放疗（3D-CRT）技术对乳腺癌保乳术后采用部分乳腺放疗的剂量学差异。方法 选取20例临床分期为T_1-2N₀M₀的早期乳腺癌保乳术后患者进行VMAT,并同时设计IMRT及3D-CRT,比较3种计划的剂量学参数,包括剂量-体积直方图（DVH）、靶区剂量适形度、靶区及危及器官的剂量、机器跳数及治疗时间。结果 IMRT及VMAT计划靶区剂量分布优于3D-CRT计划,其中最大剂量,平均剂量及适形指数（CI）组间比较差异具有统计学意义（F=14.86、8.57、18.23,P<0.05）。正常组织受量：VMAT计划在患侧乳腺V₅上优于IMRT及3D-CRT计划（F=5.83,P<0.05）;IMRT在患侧肺V₂₀、V₅及D₅上有优势（F=16.39、3.62、4.81,P<0.05）;在对侧肺的统计中,IMRT计划在最大剂量及D₅上可以得到比VMAT和3D-CRT更低的剂量（F=3.99、3.43,P<0.05）;VMAT、3D-CRT和IMRT计划所需机器跳数值分别为621.0±111.9、707.3±130.9、1161.4±315.6,计划间的差异有统计学意义（F=31.30,P<0.05）。VMAT、3D-CRT和IMRT计划所需治疗时间分别为（1.5±0.2）、（7.0±1.6）、（11.5±1.9）min。结论 IMRT和VMAT计划靶区剂量分布优于3D-CRT计划,而不提高患侧肺剂量。对于部分乳腺癌的放疗,容积弧形调强放疗在降低机器跳数和减少治疗时间方面具有明显优势。     

胸上段食管癌断层定野与断层螺旋放疗和容积旋转调强放疗的剂量学比较

目的 比较胸上段食管癌断层定野放疗（TD）、断层螺旋放疗（HT）和容积旋转调强放疗（VMAT）的剂量学差异,为临床上食管癌放疗方式的选择提供依据。方法 选取15例临床分期为cT_2~4N_0~1M₀的胸上段食管癌患者,分别设计TD、HT和VMAT 3种计划。比较靶区的剂量体积直方图（DVH）、均匀指数（HI）、适形指数（CI）、危及器官（OAR）受量、治疗时间和机器跳数（MU）的差异。结果 HT和TD计划的D₂和D_mean均明显低于VMAT计划;TD计划的D₉₈和HT相似,但均高于VMAT计划。对于HI,HT < TD < VMAT,3组之间差异有统计学意义（F=81.603,P < 0.05）。3组计划的CI差异无统计学意义（P>0.05）。双肺的V₁₅,HT明显高于VMAT和TD （t=3.547、-2.626,P < 0.05）。TD计划的V₂₀与HT计划的相似,但高于VMAT计划（t=2.824、3.052, P < 0.05）。3组计划中的脊髓D_max无明显差异。HT和TD的执行时间、MU均高于VMAT,差异具有统计学意义（t=21.617、15.693、10.018、7.802,P < 0.05）。结论 与VMAT相比,HT和TD计划可明显改善胸上段食管癌靶区的剂量分布,可获得更好的适形度。但VMAT比HT或TD明显降低双肺V₂₀、MU及治疗时间。TD与HT相比,HT的靶区剂量分布更好,但TD降低了双肺的V₁₅,且缩短治疗时间。     

基于4D-CT高通气功能肺组织避让的胸部肿瘤放疗计划可行性研究

目的 建立基于4D-CT肺通气功能图像的胸部肿瘤高通气功能肺避让(HVFLA)的放疗计划设计流程,确定HVFLA的放疗计划策略,为胸部肿瘤患者开展HVFLA放疗临床试验提供支持。方法 基于前期已经建立的4D-CT肺通气功能图像深度学习模型,搭建计算平台将其融入放疗计划流程,进一步回顾性入组10例行4D-CT模拟定位的胸部肿瘤患者,根据建立的模型获取每位患者的4D-CT肺通气功能图像,根据肺通气量相对值高低自动将肺通气功能区域三等分为高、中和低通气功能肺,并导入Pinnacle³治疗计划系统。对于每位患者,根据靶区处方剂量和危及器官的剂量限值要求,采用容积旋转调强技术,分别设计临床计划和HVFLA计划,要求每个计划均满足临床要求,其中,HVFLA计划增加限制高功能肺的优化条件。通过比较靶区、危及器官(双肺、心脏和脊髓)和高功能肺的剂量学参数评价计划,剂量学参数包括靶区的D₂、D₉₈和平均剂量,双肺和高功能肺的V₅、V₁₀、V₂₀、V₃₀和平均剂量,心脏的V₃₀、V₄₀和平均剂量,脊髓的D_{1 cm³}等。采用配对t检验的方法对两组计划统计分析。结果 临床计划和HVFLA计划的靶区和危及器官均满足临床要求,HVFLA计划高功能肺的平均剂量、V₅、V₁₀、V₂₀ 和V₃₀平均分别减少1.2 Gy、5.9%、4.2%、2.6%和2.3%,均具有统计学意义(t=-8.07、4.02、-6.02、-7.06、-6.77,P<0.05)。双肺、心脏和脊髓的剂量学参数差异均无统计学意义(P>0.05)。结论 建立了基于4D-CT肺通气功能图像的高功能肺避让的放疗计划设计流程,HVFLA计划可以显著降低高功能肺的受照剂量,双肺、心脏和脊髓受照剂量无显著变化。HVFLA放疗计划策略可行,可以为胸部肿瘤患者开展HVFLA放疗提供支持。     

螺旋断层放疗在同时性双侧乳腺癌中的应用研究

目的 研究螺旋断层放疗(helical tomotherapy,HT)与容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)在同时性双侧乳腺癌术后放疗中的剂量学、治疗出束时间差异,探讨HT技术的临床应用可行性。方法 回顾性分析并选取2017年2月至2022年5月于广西医科大学第四附属医院行改良根治术后放疗的9例同时性双侧乳腺癌患者为研究对象,对每例患者分别使用Precision计划系统制定HT计划和RayStation计划系统制定VMAT计划。所得所有计划按照计划类型分为HT组和VMAT组。采用配对样本t检验比较两种放疗技术的靶区和危及器官(organ at risk,OAR)的剂量学参数及治疗出束时间。结果 两组计划均能满足临床治疗要求。HT组的靶区覆盖度(D_95%和V_100%)、适形指数CI、平均剂量D_mean和中位剂量D_50%均优于VMAT组,差异均有统计学意义(t=-3.21、-3.39、-5.03、3.76、4.97,P < 0.05);两组计划的靶区最大剂量D_2%、最小剂量D_98%、高剂量体积V_107%和V_110%、均匀性指数HI的差异无统计学意义(P > 0.05)。OAR方面,HT组的双肺V₂₀、D_mean均明显低于VMAT组,但双肺V₅明显高于VMAT组,差异均有统计学意义(t=-3.01、3.83、-2.81,P < 0.05);同时HT组明显降低了心脏的V₂₀、V₃₀、V₄₀、D_mean以及肝脏的V₂₀、D_mean,差异均有统计学意义(t=3.76、-2.83、-2.74、5.93、4.57、4.48,P < 0.05);其他OAR脊髓、甲状腺、肱骨头的受照剂量差异无统计学意义(P > 0.05)。HT组的治疗出束时间显著高于VMAT组(t=11.32,P < 0.05)。结论 与VMAT相比,HT具备更大的剂量学优势,能提供更优的靶区覆盖度、适形度和平均剂量,且可明显降低OAR双肺、心脏和肝脏的整体受照剂量,但双肺的低剂量区V₅、治疗时间多于VMAT,不过仍满足临床治疗需求,故可考虑将HT技术应用于同时性双侧乳腺癌的改良根治术后放疗。     

乳腺癌根治术后双弧VMAT与IMRT计划的剂量学比较

目的 比较乳腺癌根治术后双弧的容积旋转调强放射治疗(VMAT)与5野的静态调强放射治疗(IMRT)2种计划之间的剂量学差异,评估VMAT技术在乳腺癌根治术后的剂量学特点与应用能力.方法 选取28例乳腺癌根治术后患者(左侧10例,右侧18例),分别制定双90度弧段的VMAT与5野的IMRT 2种计划,主要的计划评估参数为靶区的肿瘤控制概率(TCP)、适形指数(CI)、均匀指数(HI)以及接受相应处方剂量水平照射体积百分比V₉₅、V₁₁₀,危及器官(OAR)评估包括患侧肺的正常组织并发症概率(NTCP)、D_mean、V₅、V₂₀、V₃₀,心脏的NTCP值、D_mean、V₂₅,健侧乳腺的D_mean、机器跳数(MU)以及治疗时间.结果 VMAT计划与IMRT计划的TCP值分别为(96±2)%、(90±2)%(t=-6.28,P<0.01);HI值分别为0.15±0.04,0.22±0.02(t=13.29,P<0.05);肿瘤位于左侧时,心脏NTCP值在VMAT计划与IMRT计划中分别为(1.0±0.12)%,(1.7±0.13)%(t=2.14,P<0.05);肿瘤位于右侧时,2种计划心脏的NTCP差异无统计学意义,平均剂量分别为(3.27±0.26)、(6.0±0.47)Gy(t=9.21, P<0.01);VMAT计划在MU少于IMRT计划(t=9.58,P<0.01),治疗时间短于IMRT计划(t=8.40,P<0.05).结论 乳腺癌根治术后,VMAT计划具有更强的临床应用能力,且表现出更优的剂量学特点.     

胸上段食管癌螺旋断层放疗和容积旋转调强放疗的剂量学比较

目的 比较胸上段食管癌螺旋断层(HT)与容积旋转调强放疗(VMAT)计划的剂量学差异。方法 随机抽样法选取10例胸上段食管癌患者,分别设计HT和VMAT双弧照射调强放疗计划,肿瘤靶区体积(GTV)给予66 Gy/30次,计划靶区体积(PTV)给予50 Gy/30次。根据剂量体积直方图(DVH)评价靶区的D_1%、D_5%、D_95%、D_99%、适形指数(CI)、均匀性指数(HI)和危及器官(OAR)受量,比较治疗时间和机器跳数(MU)的差异。结果 HT组GTV和PTV的D_99%高于VMAT组(t=4.476、3.756,P<0.05);GTV与PTV的D_1%、D_5%、D_95%、HI和CI差异均无统计学意义(P>0.05)。HT组全肺V₁₀、V₁₅、V₂₀和全肺平均剂量(MLD)均显著低于VMAT组(t=-3.369、-4.824、-4.869、-3.657,P<0.05);全肺V₅、V₃₀和脊髓D_max差异均无统计学意义(P >0.05)。HT组治疗时间和MU数均远大于VMAT组(t=13.970、7.982,P<0.05)。结论 HT与VMAT技术均能满足胸上段食管癌放疗剂量要求。HT技术能显著减小双肺受量,而VMAT技术具备明显的效率优势。     

内镜下钛夹标记在食管癌三维适形放疗靶区勾画中的应用

目的 比较胸上段食管癌螺旋断层(HT)与容积旋转调强放疗(VMAT)计划的剂量学差异。方法 随机抽样法选取10例胸上段食管癌患者,分别设计HT和VMAT双弧照射调强放疗计划,肿瘤靶区体积(GTV)给予66 Gy/30次,计划靶区体积(PTV)给予50 Gy/30次。根据剂量体积直方图(DVH)评价靶区的D_1%、D_99%、D_5%、D_95%、适形指数(CI)、均匀性指数(HI)和危及器官(OAR)受量,比较治疗时间和机器跳数(MU)的差异。结果 HT组GTV和PTV的D_99%高于VMAT组(t=4.476、3.756,P<0.05);GTV与PTV的D_1%、D_5%、D_95%、HI和CI差异均无统计学意义(P>0.05)。HT组全肺V₁₀、V₁₅、V₂₀和全肺平均剂量(MLD)均显著低于VMAT组(t=-3.369、-4.824、-4.869、-3.657,P<0.05);全肺V₅、V₃₀和脊髓D_max差异均无统计学意义(P >0.05)。HT组治疗时间和MU数均远大于VMAT组(t=13.970、7.982,P<0.05)。结论 HT与VMAT技术均能满足胸上段食管癌放疗剂量要求。HT技术能显著减小双肺受量,而VMAT技术具备明显的效率优势。     

Halo-Vest支架对颈椎原发恶性肿瘤放疗剂量分布的影响

目的 探讨Halo-Vest支架对颈椎原发恶性肿瘤不同放疗技术剂量分布的影响。方法 选择10例曾接受Halo-Vest支架手术后进行放射治疗的颈椎原发恶性肿瘤患者进行回顾性研究,使用Monaco计划系统,在勾画Halo-Vest支架结构外轮廓的CT序列图像上设计调强放疗（IMRT）和容积旋转调强放疗（VMAT）计划,然后复制相同射野参数的IMRT和VMAT计划到不勾画Halo-Vest支架结构外轮廓的CT序列图像上重新计算剂量分布,比较靶区、危及器官和正常组织的剂量分布差异。结果 对于VMAT计划,两组计划的计划靶区（PTV）和计划肿瘤靶区（PGTV）的剂量学参数除PGTV_107%外的各参数平均差异均< 1%。相比外轮廓勾画Halo-Vest支架,外轮廓不勾画支架的图像计算的脊髓和脊髓-PRV平均最大剂量分别增加0.38和0.42 Gy（Z=-2.803、-2.803,P<0.05）,脊髓和脊髓PRV D_mean分别增加0.35和0.37 Gy（Z=-2.703、-2.801,P<0.05）。黏膜、甲状腺、腮腺、下颌骨、下颌关节和正常组织的V₅、V₃₀和D_mean最大差异为0.74%。对于IMRT计划,两组计划的PTV和PGTV间剂量学参数差异较VMAT技术的差异增大,大部分差异超过1%,最大差异为4.55%。相比外轮廓勾画Halo-Vest支架,外轮廓不勾画支架的图像计算的脊髓平均最大剂量和脊髓-PRV最大剂量分别增加0.48和0.59 Gy（P>0.05）,脊髓和脊髓PRV的平均D_mean分别增加0.57和0.59 Gy（Z=-2.293、-2.293,P<0.05）。其他危及器官的最大差异为1.98%。结论 CT图像外轮廓勾画或不勾画Halo-Vest支架结构,VMAT计划间剂量差异很小,临床上可以忽略,但IMRT计划间剂量差异偏大,需要考虑忽略或部分勾画Halo-Vest支架结构的外轮廓时对剂量分布带来的影响。     

中心型肺癌快速旋转调强与固定射野动态调强放疗的剂量学比较

目的 比较快速旋转调强(RapidArc)与固定射野动态调强(dIMRT)两种调强放疗技术在中心型肺癌治疗计划中的剂量学差异。方法 利用瓦里安(Varian)计划系统(Eclipse 8.6)随机选取10例已行dIMRT治疗的中心型肺癌患者,采用容积调强(volumetric modulated arc therapy,VMAT)治疗技术设计RapidArc调强放疗计划。在满足靶区处方剂量要求(95%体积的PTV达到66 Gy)的情况下,通过剂量体积直方图DVH评价和比较两种类型治疗计划的PTV最大剂量 D_max、最小剂量 D _min和平均剂量 D_mean以及适形指数CI,危及器官的脊髓最大剂量 D _max,双肺的 V₅、V ₁₀、 V₂₀、 V₃₀,心脏 V₃₀,食管 V₅₀、V₆₀和平均剂量 D_mean,并比较两种治疗计划的总机器跳数(MU)和治疗时间。结果 在中心型肺癌治疗计划中,与dIMRT相比较,RapidArc靶区的 D _max、 D_min和 D_mean略有升高,但统计学差异无意义( P >0.05), 适形指数CI优于dIMRT,且差异具有统计学意义(t=-4.968,P=0.001)。双肺的 V₅、V₁₀有所上升, V₂₀、 V₃₀有所下降;心脏 V₃₀受照射体积也有不同程度降低,差异均具有统计学意义。RapidArc总MU减少32%,治疗时间为dIMRT的1/3。结论 两种治疗技术所设计的治疗计划剂量分布均能满足临床治疗需要。RapidArc靶区适形度更高,实际治疗时间明显缩短,同时MU的降低减少了治疗区域正常组织的不必要照射。     

不同调强方式在胸中上段食管癌放疗中的剂量学研究

目的 对胸中上段食管癌患者进行静态调强（IMRT）和容积旋转调强（VMAT）两种放疗方式的剂量学对比研究。方法 对20例IMRT治疗的食管癌患者行VMAT（单弧和双弧）计划的重新设计。在单弧的VMAT计划中,对其中5例患者行不同子野间隔（4°、3°、2°）以及不同计划系统（Monaco和MasterPlan）的计划设计。比较靶区和危及器官（OAR）的剂量学差异及治疗参数。结果 双弧VMAT计划各项靶区剂量学参数明显好于IMRT计划和单弧VMAT计划（P<0.05）,靶区均匀性（HI）（P<0.05）和适形度（CI）（P<0.05）最好。危及器官参数VMAT可在一定程度上降低OAR的受照剂量,但是IMRT对肺组织和正常组织（E-P）的低剂量保护要优于VMAT（P<0.05）;不同子野间隔的VMAT计划中,2°相对于3°和4°其OAR的受照剂量是减小的（P<0.05）,除了心脏的D_mean;不同计划系统设计的VMAT计划,以Monaco对OAR的保护为最优（P<0.05）;VMAT的机器跳数少于IMRT,而且有效节省了治疗时间。 结论 VMAT方式相对于IMRT能够实现更好的靶区覆盖、均匀性和适形度,同时能降低脊髓、肺组织、心脏和E-P的受照剂量;对于VMAT来说,双弧技术、小子野角度间隔能够进一步地改善靶区和OAR的受照剂量;此外,在物理参数和优化参数一致的前提下,Monaco可以更好地保护OAR。     

基于RayStation计划系统的宫颈癌容积旋转调强自动计划设计

目的 研究在RayStation 4.7计划系统平台上实现基于预测模型和自动优化算法的宫颈癌容积旋转调强（VMAT）全自动计划设计。方法 选取40例宫颈癌VMAT专家计划进行分析,使用主成分回归分析方法建立危及器官的体积剂量直方图（DVH）预测模型,运用IronPython编程语言在RayStation 4.7计划系统平台上实现基于预测模型的宫颈癌VMAT计划的自动创建和自动优化,并通过与手动计划的比较来评估自动计划的质量和效率。另外选取10例专家计划用于验证模型的准确性和自动计划的可行性。结果 10例宫颈癌VMAT计划测试结果显示预测模型能够很好地预测直肠、膀胱和小肠的剂量体积参数;自动计划与专家计划相当,而与原始手动计划相比,靶区的均匀性和适形性差异无统计学意义（P> 0.05）,膀胱平均V₄₀和V₅₀下降4.3%和1.6%,（t=2.75、5.26,P< 0.05）,直肠平均V₃₀、V₄₀和V₅₀下降6.8%、5.8%和2.1%（t=2.26、3.55、5.19,P<0.05）,左右股骨头平均剂量分别下降380和322 cGy（t=5.55、7.25,P< 0.05）,小肠平均剂量差异无统计学意义（P> 0.05）。自动计划和手动计划平均用时分别为36和53 min。结论 RayStation计划系统平台上基于IronPython语言并结合预测模型的自动计划程序能够快速高效地完成高质量的宫颈癌VMAT计划。     

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。     

基于MHA-resunet神经网络的非小细胞肺癌VMAT放疗剂量分布预测研究

目的 应用深度学习神经网络高精度预测非小细胞肺癌(NSCLC)患者容积旋转调强放疗(VMAT)计划的剂量分布。方法 基于Res-Unet基础网络引入大核空洞卷积模块和多头注意力(MHA)机制构建了MHA-resunet网络。在此基础上,以随机数表法从上千例接受VMAT放疗NSCLC患者中选取151例患者,以CT图像、计划靶区(PTV)与危及器官(OARs)轮廓作为输入,以剂量分布图作为输出训练神经网络。然后将该网络的性能与常用的几种网络的性能进行比较,通过PTV与OARs内的体素级平均绝对误差(MAE)和临床剂量体积指标误差对网络性能进行评估。结果 基于MHA-resunet网络的预测剂量与真实计划剂量的平均绝对误差在靶区内为1.51 Gy,靶区的D₉₈、D₉₅误差均<1 Gy。与Res-Unet、Atten-Unet、DCNN 3种常用网络比较,MHA-resunet在靶区与除心脏外的OARs内的剂量误差均为最小。结论 MHA-resunet网络通过提高感受野来学习靶区与危及器官的相对位置关系,能够准确地预测接受VMAT放疗的NSCLC患者的剂量分布。