呼吸门控放疗中呼吸基线波动对呼吸预测滤波器性能的影响

目的：评估基于瓦里安实时位置管理（RPM）系统的呼吸门控放疗中病人呼吸基线波动对呼吸预测滤波器（BPF）性能的影响。方法：分析20例RPM相位式呼吸门控放疗病例的参考呼吸波形和残余呼吸信号以及共146次治疗时的呼吸波形和残余呼吸信号,作以下处理：（1）将呼吸波形（包括参考和治疗时）经Savitsky-Golay平滑、峰值检测和异常点剔除后得到呼吸基线,计算其标准差做为衡量基线波动强弱的指标,计算各次治疗时基线波动相对于参考基线波动的相对偏差;（2）计算残余呼吸信号（包括参考和治疗时）标准差,将其作为衡量呼吸信号强弱的指标,同样计算各次治疗时残余呼吸相对于参考残余呼吸的相对偏差;（3）对基线波动偏差和残余呼吸信号偏差做Pearson相关性分析。结果：146次治疗中呼吸基线波动偏差最小值和最大值分别为-61.0%、752.3%,四分位数分别为42.8%、90.3%、161.7%;残余呼吸信号偏差最小值和最大值分别为-74.8%、174.0%,四分位数分别为-7.8%、15.1%、48.8%;残余呼吸信号偏差与基线波动偏差之间的相关系数为0.544,差异有统计学意义（P<0.01）;线...     

动态放射治疗中的肿瘤实时跟踪技术

在放射治疗中,位于胸部和腹部的肿瘤在呼吸等生理和物理因素的影响下,肿瘤及其周围组织动态地变化。由此产生的不确定性是目前各类放疗模式的主要障碍,同时也成为该领域研究中富有挑战性的难题。有针对性地阐明当前图像引导放疗和自适应放疗的概况和关键技术：介绍动态肿瘤放疗的基本原理与方法,分析比较动态肿瘤跟踪的各种算法,简要阐述肿瘤X射线投影图像的三维重建技术,讨论动态肿瘤控制的基本问题和基本对策。肿瘤控制的不确定性问题的解决主要取决于：成像技术水平、先验知识的获取、鲁棒的数学建模技术。     

实时跟踪放疗中关联模型和预测算法

目的:对胸腹部肿瘤进行图像引导实时跟踪放射治疗时,通常难以直接监控肿瘤或其他内部解剖结构的呼吸运动轨迹,因此,利用体外信号获取内部肿瘤运动信息是很好的替代方法。方法:首先同步采集体内数据和体外数据,建立关联模型,然后采集体外数据拟合关联模型得到体内信号的估值;由于系统延迟的存在,还必须通过呼吸运动预测算法进行补偿。关联模型主要分为直接关联模型和间接关联模型,预测算法可以分为基于模型的预测算法以及无模型的预测算法。结果:直接关联模型把体外运动信号与内部肿瘤运动信号的相关性直接定义为一个函数。间接关联模型并不直接定义内-外相关性,而是利用一些内变量参数化呼吸运动模型,同时估计体外信号和体内信号的值,在获得真实的体外数据时,最优化内变量使得体外信号的估计值与真实值最匹配。基于模型预测算法对呼吸运动信号进行预测通常建立在平稳性和周期性的假设上,但该假设可能是错误的。无模型的预测算法更具优势的是不需要预先了解呼吸运动信号。结论:目前绝大部分的关联模型和预测算法在有限的实验或实际数据样本上都提升了某方面的性能,但都只限于文献报道,距离临床应用还需大量真实数据的验证。     

基于运动跟踪获取人体呼吸曲线的初步研究

4D-CT的实现需要在采集CT图像的同时,同步获取患者的呼吸曲线,再据此对CT图像进行排序和三维重建.本研究提出一种基于运动跟踪获取人体呼吸曲线的方法.即在人体腹部贴上标记物,用两台摄像机在CT扫描过程中成正交位同步跟踪呼吸运动,将得到的视频提取为单帧图像,利用区域生长算法提取标记物的质心,并跟踪质心的运动,描绘坐标的任意维度与时间的关系曲线,即得到的呼吸曲线.通过此方法获得了正常人在深呼吸时的呼吸曲线,并在该曲线上确定了屏气模式下7个时相点的位置,腹部表面在z轴方向上的运动幅度最大,约为3.5 cm.实验结果表明该方法切实可行,并且相比于其他的呼吸信号提取方法,具有简单易行的优点.     

运用数字体相关方法追踪呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔的运动

目的 研究数字体相关（digital volume correlation,DVC）方法测量肺部肿瘤和胸腔随患者呼吸运动的变形及位移情况的可行性。方法 利用DVC跟踪胸腔内组织三维运动的算法,通过四维CT成像技术拍摄肺癌患者一个完整的呼吸过程。以吸气开始为初始状态,确定肿瘤和胸腔位置,运用DVC软件,分析初始状态下肺部4个特征体域在20%、40%、60%、80%和100%呼吸相位下以及胸腔上4个特征体域在100%呼吸相位下的三维位移值。结果 肿瘤的位移和变形的误差在1 mm以内,胸腔的位移和变形的误差在0.5 mm以内;肿瘤在呼吸过程中沿人体竖直方向运动最大,胸腔在吸气结束时刻沿人体前后方向运动最大。结论 DVC测试技术可用于检测呼吸过程中肺部肿瘤和胸腔等胸部组织的位移和变形情况。本研究为基于DVC方法实现肺部肿瘤无创、非射线、实时的图像引导放射治疗提供了依据。     

基于后验概率的呼吸信号预测

放疗过程中,采用图像引导、呼吸门控或实时跟踪技术对受呼吸影响较大的胸腹部位肿瘤目标进行治疗时,需要对呼吸条件下目标的运动进行估计.呼吸运动具有不确定性,利用传统数学模型描述其变化规律时,无法有效处理该问题.本研究提出后验概率算法进行呼吸运动估计,并利用呼吸状态判别技术有效控制跟踪过程,以解决呼吸的非线性逼近和基线漂移等问题.实验通过对11例患者的呼吸运动进行预测,证实了所提出方法的有效性;在应对信号变化和延时等方面,后验概率估计与传统算法的比较,也取得了令人满意的效果.     

呼吸门控对呼吸运动引起组织位移造成靶区精度复位差的作用

背景：在常规高强度聚焦超声治疗中,如何避免呼吸运动引起的脏器组织位移从而影响辐照靶区定位精度及治疗的安全性是目前急需解决的问题。 目的：探讨在高强度聚焦超声治疗过程中,利用呼吸门控技术提高高强度聚焦超声治疗靶点定位精度的可行性。 方法：在相同声强、辐照时间情况下,利用压阻式微型呼吸传感器,基于呼吸门控技术控制高强度聚焦超声治疗设备对活体兔肝脏组织进行定点辐照,与用常规高强度聚焦超声治疗方法的定点辐照对比,并检测凝固性坏死的情况。 结果与结论：辐照后将动物解剖,取出其肝脏,找到辐照靶区,测得利用呼吸门控技术定点辐照的最大剖面焦区大小为 4.5 mm×2.0 mm,用常规的高强度聚焦超声治疗方法定点辐照的最大剖面焦区大小为9.0 mm×2.5 mm。提示呼吸门控技术能够有效消除呼吸运动引起组织移位造成的靶区定位精度的影响。     

头颈部肿瘤自适应放射治疗的研究进展

放疗已成为头颈部肿瘤治疗中重要的治疗手段之一。与三维适形放疗相比,调强放疗（Intensity ModulatedRadiation Therapy,IMRT）具有更好的适形性和均匀性,在高剂量照射肿瘤靶区的同时,减少了对周围危及器官不必要的照射。目前,在调强放疗的治疗流程中,逆向计划依据治疗之前的定位CT图像设计完成,没有考虑到患者在整个治疗过程中器官解剖结构的变化、肿瘤体积缩小及身体消瘦引起的实际接受剂量与计划剂量之间的差异。因为在IMRT技术中靶区与周围危及器官间的剂量差异较大,与常规放疗相比,解剖学上的变化对计划的实施影响更大;所以,仅根据治疗前定位CT图像实施计划设计,未充分考虑到疗程中器官解剖学变化,不但可能造成靶区欠量,而且可能造成额外的并发症。为了解决这一难题,自适应放疗（Adaptive Radiation Therapy,ART）技术应运而生,已成为放射肿瘤学界近年来的一大研究热点。所谓ART技术就是根据治疗过程中的反馈信息,分析靶区及危及器官实际解剖形状和剂量与原始治疗计划之间的差异,从而对后续治疗方案及时进行相应调整的一种治疗技术或模式。本文通过回顾国内外相关文献,并结合本单位的经验,对ART技术在头颈部肿瘤中的研究现状进行讨论。     

食管癌放疗技术的研究进展

目的：探讨食管癌放射治疗的最新进展及目前存在的问题。方法：广泛查阅近五年来有关食管癌放射治疗最新进展方面的文章,并进行分析和总结。结果：食管癌常规放疗因存在肿瘤放疗剂量与周围器官组织损伤的矛盾,其疗效一直不能令人满意。三维适形放射治疗（3D—CRT）、调强放疗（IM—RT）和影像引导放疗（IGRT）具有精确定位、精确计划、精确治疗的优点,可解决两者之间的矛盾,提高食管癌患者的肿瘤局部控制率和远期生存率。结论：3D—CRT、IMRT和IGRT在食管癌的放射治疗中具有广阔的临床应用前景。     

肿瘤放疗过程中caspase-3介导了肿瘤细胞再增殖的激活

在肿瘤治疗中,凋亡已被广泛认为是细胞毒性药物(cytotoxic agents)杀死肿瘤细胞的主要细胞死亡机制之一。然而,Huang等在体外和裸鼠中的研究发现,接受X射线辐射的濒死(主要是凋亡)肿瘤细胞(小鼠乳腺癌4T1细胞)和肿瘤间质细     

放疗靶区呼吸运动对CT模拟定位图像重建的几何体积精度的体模实验研究

目的:研究放射治疗病人的不同呼吸运动状态对CT模拟定位扫描的图像重建精度的影响以及对放射治疗计划设计和评估的影响。方法:使用动态体模模拟放疗患者肺部靶区的呼吸运动,测试和计算不同运动周期和幅度下用于治疗计划设计的CT扫描的图像重建几何体积的变化。体模运动单元包含1cm和2cm的两个统一密度的球体和边长3cm的正方体,分别设定在沿CT定位床轴向以±1cm和±2cm的幅度作运动周期为3s,4s,5s,6s和10s的匀速振动。CT扫描条件为螺距1.5,层厚5mm,扫描速度1Slice/s。在CT模拟定位工作站上对扫描的原始数据进行三维图像重建,以自动阈值勾画方式计算模拟靶区体积大小,并与体模的实际几何体积比较确定误差。结果:(1)在体模运动方向有明显的几何体积误差,且可能形成明显的成像间隙。(2)重建的模拟运动靶区体积变化与其物理体积大小和运动状态相关。在选定的CT扫描参数和靶区体积的运动状态下,CT扫描图像重建的体积误差最大达66.7%,在振幅为2cm时相隔2cm的模体图像甚至可能发生部分重迭。(3)靶区图像的几何中心可能发生偏差,从而造成治疗计划设计的射野中心偏差。结论:在呼吸运动幅度和周期分别大于2cm和4s时有必要对定位患者采取呼吸限制方式进行CT模拟定位扫描或根据实际测量结果评估靶区体积误差可能带来的计划误差。     

高Z重金介质的肿瘤放疗增敏效应研究现状

目的：探讨高Z重金介质的放射剂量增强效应及其应用于肿瘤放疗增敏的研究历史、当前进展与未来发展方向。方法：全面检索高Z介质表面/界面的剂量效应及其用于肿瘤放疗增敏的早期研究和最新报道。针对近年来开展的重金介质放疗增敏相关研究,按照放疗射线类型和增敏效应研究手段分别进行总结述评,以把握该领域的发展历史和研究现状,并对现存的问题进行讨论和展望。结果：目前针对高Z重金介质的放疗增敏研究主要包括质粒DNA辐照、体外细胞辐照、动物肿瘤模型试验以及剂量学模拟等手段。针对传统X-γ射线放疗的增敏效应研究最为深入,针对同步辐射放疗、质子重离子放疗等先进放疗技术的重金增敏研究也有开展。研究结果已充分证明了重金介质的放射增敏效应及其用于肿瘤放疗增敏的可行性,为临床前试验的进一步开展提供了重要的理论和实验依据。结论：高Z重金介质的肿瘤放疗增敏效应研究近年来取得了较快的进展,部分研究已从增敏效应验证进入放疗试验的增敏参数优化和作用机理研究阶段,为实现其在临床肿瘤放疗中的应用,增敏效应的微观作用机理是必须深入研究的重要课题。     

放射治疗脑室肿瘤的计算方法研究

脑室肿瘤放射治疗剂量分布的实验测量需要利用组织等效模型和系列测量设备、实验技术,测量工作较繁琐,费用高.本工作采用蒙特卡罗理论计算方法.此方法比较简单、灵活,受问题的条件影响不大,对复杂的几何条件,各参数随能量的剧烈变化,散射各向异性等情况均易处理.蒙特卡罗方法的基本思想,是把随机过程的概率特征(随机事件的概率或随机变量的数学期望)与数学分析的解答(积分值,微分方程的解等)联系起来,然后模拟随机过程,用数学期望或概率的估计值作为原分析问题的近似解,亦即用数学模拟的方法确定相应的概率与数学期望值代替毓复杂的分析公式的计算.     

放射性疗法治疗眼癌的研究进展

当今世界,眼癌已成为严重威胁人类健康的一类疾病.传统的治疗手段有手术摘除和化疗,但这两种方法疗效不佳,且对患者伤害很大.随着放射医学的发展,放射性疗法越来越引起人们的关注.放射性疗法在治疗癌症方面具有其他治疗手段无法匹敌的优点.它不仅操作简便、创伤小、治疗效果明显.目前,常用的治疗眼癌的放射疗法有放射敷贴疗法和质子放射疗法.本文就这两种放射性疗法的现状及发展趋势进行论述.     

肿瘤放射治疗摆位技术质量控制的探讨

目的：探讨肿瘤放射治疗过程中,在不同放射治疗手段（调强适形放疗、高能X线和电子线治疗）上提高摆位精确度的方法。方法：通过对不同放射治疗手段的操作过程分析研究,探讨放疗摆位实施过程中摆位误差的影响因素和相应的质量控制措施,总结提高放射治疗摆位精确性的方法。结果：放疗技师通过对放疗摆位的质量控制,包括体位固定、放疗靶区等中心位置的验证、放疗摆位的要点与方法等,保证了治疗的重复性,明显提高了放射治疗的准确性及疗效,大大提高了肿瘤局部控制率,减少了放疗反应和后遗症。患者很好地完成治疗。达到了放疗目的。结论：放射治疗的精确性是疗效的关键,质量控制是肿瘤放射治疗精度极重要的措施,只有严格执行质量控制措施。才能取得精确的治疗和满意的疗效。     

旋转运动下脑组织致伤机制研究

创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)已造成严重的经济和社会负担,但因其异质性的特点,尚未有有效的治疗方法。在各种程度的颅脑损伤中,弥漫性轴索损伤(diffuse axonal injury, DAI)的发病率很高,对DAI的研究有助于TBI诊治。本文对TBI的分类和DAI相关研究现状进行总结,对动物实验研究和临床中常用的脑损伤检测方法、动物实验模型及其相关损伤准则和阈值进行综述。结果显示,DAI主要由旋转加速度产生,与角加速度、角速度和持续时间相关。已有众多动物模型能够产生DAI病理特征,且已有惯性旋转模型可以产生纯旋转加速度。然而,这些模型均为瞬时旋转模型,旋转时间并不严格可控,且不能够提供更长时间的旋转时间,从而不能研究长时间旋转运动下的DAI程度。本文建议,可开发时间可控的旋转脑损伤模型,用以确定长时间和短时间旋转加速度下的脑损伤阈值,并探究这些致伤条件下的病理机制。这些研究可能对DAI的预防和治疗起到积极作用。     

Study on Tumor Microvasculature Damage Induced by Alternate Cooling and Heating

Tumor vasculature damage induced by various thermal treatments has been studied in vivo via laser confocal microscopy. Murine mammary carcinoma 4T1 was implanted in the nude mice dorsal skin fold window chamber. The implanted tumor was treated by alternate cooling and heating. Results showed that the treatment was much more effective as compared with that of cooling or heating alone, especially in damaging the tumor vasculature. In general, tumor vascular response to thermal stimuli was heterogeneous. All the treatments of hyperthermia at 42 °C (for 1 h), alternate cooling at 1 °C and heating at 42 °C (for 1/2 h each) and that of −10 °C/42 °C (for 1/2 h each) enhanced liposome extravasation. Pre-cooling tumor at 1 °C preserved most of the vascular integrity but partially inhibited the effect of post-hyperthermia at 42 °C. On the other hand, cooling at −10 °C for 1/2 h before heating at 42 °C caused severe vessel damage. Histo-pathological analyses further confirmed the effect as rare tumor vessel recurrence and large necrotic tumor tissue areas shown on the 7th day after the treatment.     

纳秒脉冲肿瘤消融的研究进展

目前,癌症仍然是全世界人类死亡的主要原因,而且患者人数不断上升。探索新型有效的癌症治疗手段刻不容缓。本文阐述了癌症的十个主要生物学特征,介绍了纳秒脉冲靶向癌症生物学特征的肿瘤消融的独特优点：包括诱导细胞凋亡,抑制血管生成,破坏肿瘤微环境等,并重点综述了纳秒脉冲肿瘤消融在皮肤黑色素瘤、基底细胞癌、鳞状细胞癌、肝细胞癌以及其他肿瘤中的研究应用。最后对纳秒脉冲的临床应用前景进行了展望。     

胸部肿瘤放射治疗不同体位固定技术的比较

目的 分析胸部肿瘤放射治疗中不同体位固定技术的摆位误差。方法 选取天津医科大学总医院放疗科2018年2月~2019年3月收治的72例胸部肿瘤患者,随机分为三组,每组24例。A组采用真空负压垫固定,B组采用热塑体膜固定,C组采用真空负压垫+热塑体膜固定。三组患者均使用CT模拟定位机定位,治疗前使用千伏级锥形束CT（CBCT）系统测量并计算出两射野中心点在左右（X）、头脚（Y）、前后（Z）方向的重复摆位误差并比较。结果 A、B、C三组在X轴方向的误差分别为（2.71±2.44）mm,（2.46±1.44）mm,（1.72±1.01）mm;在Y轴方向的误差分别为（3.89±3.04）mm,（3.68±1.93）mm,（2.01±1.20）mm;在Z轴方向的误差分别为（3.21±1.99）mm,（2.20±1.37）mm,（2.29±1.04）mm。A组与B组在X轴、Y轴方向上的比较,差异无统计意义（P＞0.05）,在Z轴方向上的比较,差异有统计意义（P＜0.05）。C组与A组在X轴、Y轴、Z轴方向上的比较,差异有统计学意义（P＜0.05）;C组与B组在X轴、Y轴方向上的比较,差异有统计意义（P＜0.05）,在Z轴方向的比较,差异无统计学意义（P＞0.05)。结论 对三种体位固定方法进行两两分析比较,最终得出体位固定技术中真空负压垫+热塑体膜固定方法的误差最小,应优先选择。但该方法操作复杂,耗时较多,性价比低,应根据患者实际情况选择合适的固定方法。