宫颈癌图像引导下调强放射治疗靶区及危及器官变化研究

[目的]通过量化的方法研究宫颈癌图像引导下调强放射治疗（IGRT）中靶区与危及器官体积及空间变化。[方法]选取10例调强放射治疗的宫颈癌患者,放疗前用锥形束CT（CBCT）扫描采集连续3d的CBCT图像,后每周1次CBCT图像,共采集第1-3d及第2-6周8组图像（Plan1-Plan8）,分析靶区及危及器官的体积变化,同时使用体积差异法和DICE相似度法评价空间位置的变化。[结果]肿瘤原发病灶（GTV-T）治疗前体积（Plan1）59.26±24.83cm^3（36.30-82.22cm^3）,治疗后体积（Plan8）16.40±3.71cm^3（12.96-19.83cm^3）,治疗前Plan1与治疗中Plan3-Plan8比较,差异均有显著性（P〈0.05）。体积差异法评价变化范围：GTV-T为4.57%-44.05%,GTV-N（盆腔转移淋巴结）为-3.99%-14.24%,CTV为-4.36-10.03%。使用DICE值法评价靶区、危及器官均值及变化范围分别为：GTV-T 0.71±0.13（0.34-0.92）,GTV-N 0.56±0.21（0.46-0.73）,CTV 0.85±0.03（0.82-0.85）;膀胱0.59±0.16（0.52-0.88）,直肠0.67±0.21（0.59-0.87）,小肠0.68±0.11（0.54-0.88）。[结论 ]放射治疗后宫颈原发肿瘤相对于治疗前明显缩小,空间位置及危及器官均有明显的变化。放射治疗中采用量化标准评估宫颈感兴趣范围的变化,可及时修改放射治疗计划,保证肿瘤照射剂量和减少危及器官的受照剂量。     

前列腺癌调强放疗中直肠充盈状态对靶区及危及器官的影响

目的 探讨前列腺癌调强放疗（IMRT）中直肠充盈状态对靶区及危及器官（OAR）的影响。方法 选取15例局限期前列腺癌IMRT患者,在直肠充盈和排空状态下采集2次盆腔定位CT图像,由同一高年资放疗医师勾画靶区及OAR（如直肠、膀胱、股骨头）后,由同一高年资放疗物理师在相同处方剂量下行调强放疗计划设计。将2种直肠充盈状态下的靶区和OAR剂量学参数进行分析和配对t检验。结果 当定位和实际治疗时直肠体积一致（排空或充盈状态）,直肠不同体积状态对靶区、膀胱及股骨头剂量学参数无统计学差异（P＞0.05）。当出现本试验假设的CT定位时为直肠排空状态而实际治疗时为直肠充盈状态,放疗靶区的平均剂量、均匀指数、适形指数差异具有统计学意义（P＜0.05）;直肠受照射剂量增加,直肠平均剂量、V50和V70增加56％、58％和288％（P＜0.05）;膀胱及股骨头剂量学参数则不受直肠状态的影响（P＞0.05）。结论 前列腺癌IMRT治疗期间直肠保持充盈状态一致能保证放疗计划得到很好的执行,反之当定位与放疗期间直肠充盈状态不一致时,放疗靶区及直肠剂量学将出现明显差异。     

膀胱状态对宫颈癌调强放射治疗靶区及危及器官体积剂量影响研究

目的 膀胱是一个体积可变的器官,膀胱状态对宫颈癌体外放射治疗有重要影响.本研究比较膀胱充盈与空虚状态对宫颈癌调强放射治疗计划临床靶体积、计划靶体积、危及器官受照体积剂量变化的影响.方法 选取2014-12-01-2015-10-31昆明医科大学第三附属医院收治的自愿接受俯卧位调强放射治疗的21例初治ⅡB～ⅢB期宫颈癌患者为研究对象,比较膀胱充盈及排空状态下调强放射治疗计划临床靶体积(clinical target volume,CTV)、计划靶体积(planing target volume,PTV)及危及器官受照射体积剂量变化.结果 膀胱不同状态,CTV、PTV及小肠、直肠、股骨头体积差异均无统计学意义,P＞0.05.同一患者膀胱充盈较空虚状态,小肠平均受照射剂量降低,分别为(2 056.7±364.7)和(2 319.5±451.58)cGy,P＜0.001;而直肠平均受照射剂量增加,分别为(4 663.7±68.94)和(4 621.6±54.86) cGy,P=0.039.同一患者膀胱充盈时,小肠各剂量段受照射体积百分比较膀胱排空时低,P＜0.001;直肠45 Gy受照射体积的百分比(V45)较膀胱排空时高,P=0.023;有淋巴结转移时,膀胱充盈较排空状态,小肠V45降低(P＜0.001)而直肠V45升高(P=0.04),膀胱V45差异无统计学意义(P=0.053);无淋巴结转移时,膀胱充盈较排空状态,小肠和膀胱V45均降低(P值分别为0.002和0.01),直肠V45差异无统计学意义,P=0.275.结论 ⅡB～ⅢB宫颈鳞癌患者俯卧位行根治性调强放射治疗,膀胱充盈状态可减少小肠照射剂量,对小肠起一定保护作用.有盆腔淋巴结引流区照射时,膀胱充盈状态虽然可降低小肠受照剂量,但同时增加直肠受照剂量.     

头颈部肿瘤螺旋断层调强放疗行或不行图像引导靶区和危及器官的照射剂量比较

目的:评价图像引导在头颈部肿瘤患者调强放疗过程中的作用。方法:12例头颈部肿瘤患者运用TomoTherapy系统治疗,计算患者行或不行图像引导情况下靶区和危及器官照射剂量,分析剂量差异。结果:头颈部肿瘤患者实施螺旋断层放疗,治疗前不行图像引导,脊髓最大剂量较行图像引导的情况下升高约1.09%,GTV、PTV D95、D98有所降低,降低的幅度分别GTV:1.79%、2.19%,PTV:2.37%、2.15%。行或不行图像引导,GTV、PTV D2、下颌骨剂量、双侧腮腺剂量无明显差异。结论:头颈部肿瘤患者放疗时行或不行图像引导,靶区和危及器官照射剂量存在差异,但差异很小,不必每次放疗前行图像引导。对于脊髓受量接近最大剂量限制阈值,建议每次放疗前进行图像引导。     

术前术后宫颈癌膀胱充盈度一致性在调强放疗中对靶区及危及器官重要性研究

目的 在宫颈癌调强放疗中使用膀胱容积测量仪(BVI 9400)控制术前及术后宫颈癌患者的膀胱充盈度,比较靶区位移误差及其引起的照射剂量变化、膀胱充盈形态变化,研究膀胱充盈度的一致性在宫颈癌调强放疗中的重要性。方法 选取本院2018年内放疗的45例宫颈癌患者,分成A、B、C组,每组15 例。A组为未手术患者,B组为根治术后患者(两组疗前均使用BVI 9400监测膀胱尿量),C组随机选取患者采取自主憋尿未监测治疗前膀胱尿量。3个组患者疗前均行KV-CBCT扫描进行在线配准分析,计算在左右、头脚,腹背方向的靶区位移误差、处方剂量PTV覆盖体积百分比(V100)及百分比差值(ΔV100)。结果 左右、头脚,腹背方向平均位移误差A组分别为1.67、1.55、1.67 mm,B组分别为1.43、1.58、1.84 mm,C组分别为2.27、2.30、2.08 mm。V100、ΔV100 A组分别为96.96%、1.17%,B组分别为95.9%、1.29%,C组分别为94.02%、2.17%。结论 控制膀胱充盈度的一致性均能在一定程度上减小膀胱充盈程度不一致对误差产生的影响,保证了靶区位置的精度和靶区的照射剂量,对膀胱、小肠、直肠起到一定的保护作用,减轻宫颈癌患者放疗反应。     

鼻咽癌调强放疗中靶区及危及器官的体积和剂量变化

目前调强放疗是鼻咽癌的主要治疗手段.在6～7周的疗程中,临床大部分医师均使用初始制定的放疗计划.研究表明,由于原发肿瘤和转移淋巴结的缩小以及体质量下降导致的正常组织和体表轮廓的收缩,这些有意义的变化将影响靶区及危及器官的剂量分布,从而影响部分患者的治疗疗效.鼻咽癌调强放疗期间复位并进行靶区修改很有必要.     

基于深度学习的宫颈癌放疗靶区及危及器官自动勾画研究

目的:构建基于深度学习（deep learning,DL）的卷积神经网络模型,实现宫颈癌患者放射治疗计划的临床靶区体积（clinical target volume,CTV）和危及器官（organ at risks,OARs）自动勾画。方法:回顾性分析在福建省肿瘤医院行放射治疗的宫颈癌患者99例。对患者CT图像进行预处理,作为模型输入。设计一种基于DL的自动勾画模型,使用组合损失函数训练该模型。以医师手动勾画为度量标准,计算DL自动勾画模型下CTV靶区和膀胱、直肠、乙状结肠、左右骨髓、左右股骨头的准确率,并与基于图谱的自动勾画方法（atlas-based auto segmentation,ABAS）相比较。结果:DL模型在CTV靶区和7种危及器官（膀胱、直肠、乙状结肠、左右骨髓、左右股骨头）的戴斯系数分别为（0.85±0.02、0.94±0.04、0.87±0.03、0.67±0.14、0.85±0.03、0.87±0.03、0.87±0.06和0.87±0.06）,95%豪斯多夫距离(mm)分别为（3.22±0.56、1.37±0.37、1.41±0.34、27.39±35.63、1.40±0.17、1.36±0.22、6.78±7.89和6.45±7.44）,平均表面距离(mm)分别为（0.25±0.05、0.12±0.06、0.19±0.05、2.29±2.71、0.16±0.04、0.15±0.03、0.36±0.33和0.38±0.37）。DL勾画模型的戴斯系数均高于ABAS勾画模型。除乙状结肠外,DL勾画模型的95%豪斯多夫距离和平均表面距离均小于ABAS勾画模型。结论:提出的DL模型能较好地实现宫颈癌放疗临床靶区和危及器官的自动勾画,可为临床医师勾画提供初步参考,节省临床靶区和危及器官勾画的时间。     

危及器官不同定义对乳腺癌调强放疗计划的影响

目的:探讨危及器官的不同定义对左侧乳腺癌逆向调强放疗计划的影响。方法:各20例改良根治术和保乳术的左侧乳腺癌患者纳入本研究,放疗前均行增强定位CT薄层扫描。当靶区包括内乳区时,比较将全心（A组）和全心+冠状动脉左前降支（LAD）（B组）作为危及器官时计划靶区（PTV）和各危及器官（OAR）的剂量-体积的变化。结果:2组计划的PTV、双侧肺的剂量-体积无明显差异,但B组的心脏和LAD的部分剂量-体积参数明显低于A组,而患侧肺的部分剂量-体积参数却高于A组,差异均具有统计学意义（P<0.05）。结论:为更好地保护心脏、LAD,左侧乳腺癌放疗内乳区时应增加LAD作为独立的危及器官。     

直肠内气囊对前列腺癌调强放疗中危及器官的剂量学影响

目的 探讨前列腺癌调强放疗时直肠内气囊的应用对危及器官剂量学影响 方法 10 例 前列腺癌患者分别在放置与不放置直肠内气囊时进行模拟CT扫描,在获得的20套定位CT图像上分别定义靶区和危及器官(直肠、膀胱、双侧股骨头),制定7个野调强计划,处方剂量95%计划靶体积78 Gy分39次。分别采集放置与不放置直肠内气囊时危及器官的V₁~V₇₀(间隔10 Gy)和V₇₅并行配对t检验。结果 放置直肠内气囊的直肠V₁₀~V₆₀低于不放置的,分别为75.5%∶82.2%、52.6%∶ 62.8%、35.3%∶ 43.9%、26.1%∶ 31.4%、19.6%∶24.0%、14.2%∶ 17.1%(χ²=9.46, P<0.01);但V₇₀、V₇₅相似,分别为8.7%∶9.9%、5.6%∶ 6.2%(χ²=1.82,P>0.05)。放置直肠内气囊后对膀胱和双侧股骨头的剂量分布无明显影响。 结论 前列腺癌调强放疗时应用直肠内气囊可明显降低直肠接受中低剂量照射的体积,从而可能降低前列腺癌调强放疗时直肠的不良反应。     

基于四维CT自由呼吸下全乳调强放疗靶区与危及器官剂量学研究

目的 探讨基于4DCT的自由呼吸状态下全乳正向调强放疗(IMRT)临床靶体积(CTV)位移及体积变化与计划靶体积(PTV)及危及器官(OAR)剂量学变化的相关性。方法 选择行保乳术后接受4DCT模拟定位患者 17例,以T₀为参考时相制定全乳正向IMRT计划,并将T₀时相的IMRT计划复制到其余9个时相上。观察呼吸周期中呼吸运动导致的PTV与OAR剂量学变化。结果 自由呼吸状态下全乳CTV位移矢量为(2.09±0.74) mm,变化率为(3.05±0.94)%。CTV变化与PTV及OAR剂量学变化无关(r=－0.390~0.480,P=0.182~0.775);CTV在前后、头脚及矢量方向与PTV平均受量、适形指数、肺脏高剂量受照体积均相关(r=－0.975~0.791,P=0.000~0.041);CTV头脚、矢量方向位移仅与心脏 V₅有关(r=－0.795、0.687,P=0.006、0.028)。肺体积变化与其高剂量受照体积呈正相关(V₂₀、V₃₀、V₄₀、V₅₀,r=0.655~0.882,P=0.001~0.040),而心脏体积变化仅与 V₅相关(r=－0.701,P=0.024)。结论 自由呼吸状态下实施保乳术后全乳正向IMRT,乳腺固有体积变化对放疗影响可忽略,基于4DCT定位并制定治疗计划或辅助呼吸控制可保证全乳正向IMRT实施更为准确。     

鼻咽癌IMRT中气腔对靶区及OAR剂量影响

目的 明确IMRT中气腔效应对鼻咽癌患者原发肿瘤及OAR受照射剂量影响。 方法 选择鼻咽癌患者9例,放疗前及放疗第25次分别接受CT定位扫描。在放疗前CT图像上勾画靶区及OAR,制定计划plan1。复制plan1,将此放疗前CT图像与放疗第25次CT图像融合。在放疗前CT图像上勾画靶区退缩后形成的空腔并将空腔的密度强制设为0,并将放疗前勾画的靶区减去空腔体积形成新靶区,此CT图像命名为CT_Air。使用plan1计划的设野及计划参数,在CT_Air上计算剂量分布,形成放疗计划plan2。假设plan1和plan2分别被全程使用,配对t检验比较有气腔和无气腔情况下原发肿瘤及OAR受量。     

宫颈癌IMRT靶区及OAR体积与位置变化研究

目的 通过量化方法研究IMRT前与放疗中期靶区及正常组织体积与空间位置的变化。方法 选取 40例经过IMRT的宫颈癌患者。分别于放疗前及放疗剂量达27 Gy (15次)时各扫描1组CT图像。临床医生分别在这两组CT中勾画出靶区与OAR。通过Pinnacle计划系统图像配准把第1次靶区与OAR映射至第2次CT图像上。分析靶区与各OAR体积变化,并使用体积差异法和DICE相似度法来评价空间位置变化情况。配对t检验差异。结果 疗前和放疗15次的原发灶GTV、盆腔转移淋巴结GTV均不同(P=0.000、0.000)。使用体积差异法评价原发灶GTV变化率平均为(38.64±19.50)%,范围 3.16%~86.49%;盆腔转移淋巴结变化率平均为(42.49±25.68)%,范围 2.79%~87.42%; OAR中膀胱体积变化率最大,平均为(55.13±33.40)%,范围 3.25%~116.01%。使用DICE值法评价,原发灶GTV平均为 0.50±0.18,范围 0.10~0.85;盆腔转移淋巴结GTV平均为 0.31±0.20,范围 0.00~0.71,OAR中直肠DICE参数最小,平均为 0.57±0.14,范围 0.18~0.76。结论 IMRT宫颈癌患者疗前和疗中靶区及正常组织体积与空间位置发生明显变化,应及时修改放疗计划确保靶区足够剂量,同时避免OAR超过剂量限值是非常有必要的。     

宫颈癌腔内放疗分次间靶区及OAR剂量研究

目的 分析三维正、逆向、二维计划模式下宫颈癌腔内放疗分次间剂量变化,探讨短间隔内非同次施源器置入术隔次计划实施的风险。方法 回顾比较我科收治的11例根治性放疗宫颈癌患者的25组间隔≤4 d的连续2次CT引导下腔内放疗计划。将同一组内前次腔内放疗计划(Plan-1)的驻留位置和时间模拟至后次腔内放疗CT图像上形成Plan-1-S,记录3种计划模式下的靶区覆盖指标及OAR的D _{2 cc},并与后次实际计划(Plan-2)比较。采用配对t检验、Wilcoxon符号秩检验及方差分析。结果 逆向模式Plan-1-S的高危CTV的D₉₀、D₁₀₀、V₁₀₀较实际计划分别下降(-9.11±13.46)%、(-13.16±18.79)%、(-7.80±13.34)%(P=0.002、0.002、0.005)。逆向模式隔次计划D₉₀、D₁₀₀、V₁₀₀下降比例最高,分别为76%、80%、76%,D₉₀、D₁₀₀、V₁₀₀最大下降值分别332.14 cGy (二维)、244.12 cGy (正向)、41.76%(逆向)。正向模式下OAR超量比例最高,D₉₀、D₁₀₀、V₁₀₀下降伴1个OAR超量分别占29.41%、37.50%、25.00%,伴2个OAR超量分别占5.88%、12.50%、6.25%。小肠是超量最多器官,发生率达36%。3种模式比较中,逆向计划各靶区覆盖指标下降程度较二维计划最大。结论 无论哪种计划模式,即使短间隔,隔次模拟计划均有明显降低靶区覆盖、增加OAR超量发生的高风险,不建议临床应用。     

Quantitative evaluation of cone-beam computed tomography in target volume definition for offline image-guided radiation therapy of prostate cancer

Purpose

To quantitatively evaluate cone-beam CT (CBCT) in target volume definition in an offline image guidance environment.

Methods and materials

Fifteen patients each with five helical CTs (HCT) and eight CBCTs were included. A single physician manually delineated prostate and seminal vesicles (SVs) on each CT. The clinical target volume (CTV) was prostate for low risk group (G1), plus SVs for intermediate risk group (G2). The internal target volumes (ITVs) on CBCT (ITV_CBCT) were constructed and compared with ITV_HCT. The following comparisons were performed: CTV and ITV in HCT and CBCT; similarity of ITVs using overlap index (OI); surface differences between ITVs; quality assurance of ITV_CBCT using CTV from weekly CBCT; and dosimetric evaluations of ITV_HCT coverage on plans from ITV_CBCT.

Results

There was no statistical significant difference of CTV or ITV. The ITV OIs were 91%/88% for G1/G2 patients. They improved significantly with 1-2 mm margins. Therefore, the ITVs were mostly within 2 mm. The CTVs from weekly CBCT had >95% overlap with ITV_CBCT. The ITV dose differences (D₉₅, and D_mean) were <0.3%.

Conclusions

It is feasible to use CBCT for target definition in offline image guidance, thereby eliminating the separate helical CT scan process.     

图像引导对宫颈癌治疗的作用

目的:分析宫颈癌根治性图像引导放疗(IGRT)对靶区剂量的影响,探讨其合理应用模式。方法:选取2012—2016年于中国人民解放军总医院第七医学中心行螺旋断层放疗(HT)的20例宫颈癌患者,应用兆伏级CT(MVCT)图像在HT自适应模块上进行重建及模拟,分别得到有/无图像引导下的受照剂量参数;将各单次剂量分布和对应的融...     

胸段食管癌病变上扩张食管在放疗期间靶区范围及周围危及器官剂量与体积变化情况分析

目的 分析胸段食管癌病变上扩张食管在放疗期间靶区范围和周围危及器官剂量、体积的变化情况.方法 收集125例未进行手术和放疗的胸段食管癌患者的临床资料.对125例患者放疗复位时观察其计划靶体积(PTV)和大体肿瘤体积(GTV)的变化情况,复制放疗前制定的放射治疗计划到复位CT图像上,比较周围危及器官和靶区范围在杂交计划和复位计划中的剂量变化.结果 患者放疗复位时GTV平均体积、食管狭窄率、食管病灶上方扩张最小横径、食管病灶上方扩张最大横径、复位GTV体积/初始GTV体积均小于放疗前,差异有统计学意义(P﹤0.05);PTV体积在复位计划(CT2/Plan2)中大于杂交计划(CT2/Plan1),而双肺平均剂量、脊髓平均最大剂量、双肺受照体积在复位计划中小于杂交计划,差异均有统计学意义(P﹤0.05).结论 在实施食管癌放疗过程中,食管形态的变化可以导致肺和脊髓等危及器官的受照体积、剂量与放疗前明显不同,进而影响放疗的精准度.     

Comparison of conventional and CT-based planning for intracavitary brachytherapy for cervical cancer: target volume coverage and organs at risk doses

Background

Hepatocellular carcinoma (HCC), a major cause of cancer death in China, is preceded by chronic hepatitis and liver cirrhosis (LC). Although hepatitis B virus (HBV) has been regarded as a clear etiology of human hepatocarcinogenesis, the mechanism is still needs to be further clarified. In this study, we used a proteomic approach to identify the differential expression protein profiles between HCC and the adjacent non-tumorous liver tissues.

Methods

Eighteen cases of HBV-related HCC including 12 cases of LC-developed HCC and 6 cases of chronic hepatitis B (CHB)-developed HCC were analyzed by two-dimensional electrophoresis (2-DE) combined with matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS), and the results were compared to those of paired adjacent non-tumorous liver tissues.

Results

A total of 17 differentially expressed proteins with diverse biological functions were identified. Among these, 10 proteins were up-regulated, whereas the other 7 proteins were down-regulated in cancerous tissues. Two proteins, c-Jun N-terminal kinase 2 and ADP/ATP carrier protein were found to be up-regulated only in CHB-developed HCC tissues. Insulin-like growth factor binding protein 2 and Rho-GTPase-activating protein 4 were down-regulated in LC-developed and CHB-developed HCC tissues, respectively. Although 11 out of these 17 proteins have been already described by previous studies, or are already known to be involved in hepatocarcinogenesis, this study revealed 6 new proteins differentially expressed in HBV-related HCC.

Conclusion

These findings elucidate that there are common features between CHB-developed HCC and LC-developed HCC. The identified proteins are valuable for studying the hepatocarcinogenesis, and may be potential diagnostic markers or therapeutic targets for HBV-related HCC.     

基于卷积神经网络的直肠癌靶区及危及器官自动勾画

目的实现直肠癌靶区和正常组织的自动勾画,提高临床工作效率。方法采用基于卷积神经网络的深度学习方法,架构神经网络,学习并实现自动勾画,比较自动勾画与人工勾画的差异。结果210例直肠癌患者随机分组为190例训练集,20例验证集。测量单个患者完整勾画耗时约10s,CTV的平均Dice为0.87±0.04,其余正常组织的平均Dice均>0.8,CTV的HD指数为25.33±16.05,MDA指数为3.07±1.49,JSC指数为0.77±0.07。结论使用基于全卷积神经网络的深度学习方法可以实现直肠癌靶区的自动勾画,提高工作效率。