宫颈癌后装治疗中图形优化与逆向模拟退火优化剂量学分析

目的 比较宫颈癌三维后装计划中图形优化（GO）和模拟退火逆向优化（IPSA）剂量分布的差异,为宫颈癌后装治疗计划优化方法的选择提供依据。方法 利用Excel 2007产生的随机数,从已完成治疗的根治性宫颈癌患者中选取21例,原后装治疗计划采用图形优化,基于原图像信息,制定IPSA计划,统计临床靶区（CTV）剂量体积参数V_100%、V_150%,以及均匀性指数（HI）、适形指数（CI）、膀胱和直肠的D_{1 cm³}、D_{2 cm³},对比两种优化方法的剂量特点。结果 两个计划的靶区剂量均能满足处方要求,所有靶区剂量参数的均值接近,差异无统计学意义（P>0.05）。与GO计划相比,IPSA计划中膀胱D_{1 cm³}、D_{2 cm³}的剂量明显降低（t=3.596、3.490,P<0.05）;直肠剂量参数的差异无统计学意义（P>0.05）。结论 在宫颈癌三管后装治疗中,采用GO和IPSA对靶区无影响,但IPSA可以减小膀胱的最大受量。     

基于3D U-net的宫颈癌近距离治疗剂量分布预测

目的 基于三维（3D） U-net深度学习模型,建立预测CT引导下宫颈癌近距离治疗计划的3D空间剂量分布。方法 2021年4-9月收集114例宫颈癌患者三维近距离放疗计划（处方剂量6 Gy）组成数据集,按84 ∶11 ∶19划分为训练集、验证集、测试集。利用3D U-net模型进行500次（epoch）训练,分别评估测试集病例体素级的平均剂量偏差（MDD）与绝对剂量偏差（MADD）、等剂量面包围体积的戴斯系数（DSC）、处方剂量适形度指数（CI）、高危临床靶区（HRCTV）的D₉₀和平均剂量D_mean、膀胱、直肠、小肠、结肠的D_{1 cm³}与D_{2 cm³}剂量学参数。结果 测试集中19例患者的3D剂量矩阵MDD与MADD分别为-0.01±0.03和（0.04±0.01） Gy。50%到150%处方剂量的DSC在0.89到0.94之间,处方剂量CI为0.70±0.04。HRCTV的D₉₀的平均偏差为2.22%,D_mean的偏差为-4.30%。膀胱、直肠、小肠、结肠的D_{1 cm³}与D_{2 cm³}最大偏差分别为2.46%和2.58%。模型预测平均耗时2.5 s。结论 本研究实现了一种基于3D U-net的预测宫颈癌3D剂量分布的深度学习模型,为宫颈癌近距离治疗自动化设计奠定基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

宫颈癌外照射急性放射性直肠炎剂量-体积-时间关系研究

目的 回顾性分析宫颈癌调强放射治疗（intensity-modulated radiation therapy,IMRT）中急性放射性直肠炎的发生与直肠受照剂量、体积以及受照时间关系。方法 收集本院2011年1月至2013年12月行IMRT照射的51例宫颈癌病例,根据RTOG/EORTC毒性分级标准分为1~4级。用剂量体积直方图（DVH）评价标准计划下不同放射性直肠炎分级组的患者直肠受照剂量体积。分析直肠D_max、D_mean、D_{1 cm³}、D_{2 cm³}、D₄₀、V₄₀和出现症状时直肠受照剂量。结果 急性放射性直肠炎发生的平均时间为放疗后（23.06±12.01）d。与发生放射性直肠炎3~4级组相比,放射性直肠炎2级组的直肠D_max值更低,差异有统计学意义（F=5.268,P<0.05）;与发生放射性直肠炎3~4级组相比,放射性直肠炎1级、2级组的直肠D_{1 cm³}、D_{2 cm³}值均低于放射性直肠炎3~4级组（F=4.893、4.406,P<0.05）,而直肠D₄₀和V₄₀值的差异无统计学意义（P>0.05）。结论 宫颈癌患者IMRT放疗20 d左右较易发生急性放射性直肠炎,且较多发生轻度到中度急性放射性直肠炎,重度急性放射性直肠炎的发生率低。在宫颈癌IMRT放疗时,尽量减小直肠D_max、D_{1 cm³}、D_{2 cm³}的值,对降低重度急性放射性直肠炎的发生率有意义。     

基于四分位距值的调强放疗计划剂量体积直方图分析

目的 提出一种基于四分位距值的调强放射治疗（IMRT）计划靶区及危及器官剂量体积直方图（DVH）差异分析方法。方法 回顾分析22例宫颈癌IMRT计划,将靶区和危及器官（膀胱、直肠和左右股骨头）5组DVH曲线从Pinnacle³计划系统中导出,对每组DVH曲线求出平均DVH曲线和四分位距值曲线。结果 计划靶区DVH在54.03 Gy处差异最大,四分位距值为6.95%,处方剂量包绕的靶区体积为（96.43±1.63）%。膀胱DVH在17.24 Gy处差异最大,四分位距值为14.62%,V₄₀和V₃₀分别为（32.79±7.06）% 和（56.47±9.94）%。直肠DVH在35.92 Gy处差异最大,四分位距值为19.94%,V₄₀和V₃₀分别为（30.17±10.80）%和（58.16±11.99）%。膀胱与直肠的四分位距值差异有统计学意义（z=-6.59, P<0.05）。左侧股骨头DVH在16.06 Gy处差异最大,四分位距值为31.47%。右侧股骨头DVH在17.47 Gy处差异最大,四分位距值为32.82%,左右股骨头间的四分位距值间差异无统计学意义（P>0.05）。结论 四分位距值曲线可以分析靶区和危及器官DVH曲线的变化趋势,为自动计划优化参数设置提供指导。     

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。     

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...     

早期宫颈癌术后三维后装近距离治疗时膀胱不同充盈体积对靶区与危及器官影响研究

目的:通过分析膀胱不同充盈体积对三维后装靶区及危及器官体积、剂量的影响,探讨宫颈癌术后三维后装近距离治疗时最佳膀胱充盈体积。方法:纳入术后病理明确的早期宫颈癌切缘阳性及安全边界不够的患者共111例,采用随机数表法给予膀胱灌注50、60、70、80、90、100 ml生理盐水共6组,每组依次为66、69、66、69、72...     

乌德勒支施源器用于局部晚期宫颈癌三维近距离放疗的剂量学研究

目的 探讨在使用乌德勒支施源器治疗局部晚期宫颈癌时,不同的管道组合设计与靶区、危及器官（OAR）的剂量关系。方法 调取2017—2018年于河北省沧州中西医结合医院放疗科接受乌德勒支施源器进行近距离治疗的17例局部晚期宫颈癌患者数据,原计划为腔内联合组织间插植近距离放疗（IC/IS）,在原勾画轮廓与照射剂量不变的情况下,去除插植针完成腔内近距离放疗（IC）计划设计,对IC/IS计划和IC计划的剂量参数进行对比分析,并评价加入IS插植针对剂量的影响。结果 IC/IS和IC计划的高危临床靶区（HR-CTV）总的D₉₀分别（88.68±1.84）和（85.54±0.54）Gy,差异具有统计学意义（t=6.200,P<0.05）。此外,在靶区的CI指数上,IC/IS计划的明显高于IC计划（0.58±0.08,0.43±0.05）,差异具有统计学意义（t=1.010,P<0.05）。在两种计划中危及器官（OAR）的受照剂量差异无统计学意义（P>0.05）。结论 对于局部晚期宫颈癌的近距离治疗,使用乌德勒支施源器可满足其处方剂量覆盖,而加入IS针,提高了计划的优化空间,在满足OAR受照剂量限值的基础上,显著提高HR-CTV的受照剂量,且提升了剂量分布均匀性。     

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。     

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。     

Practically achievable maximum high-risk clinical target volume doses in MRI-guided intracavitary brachytherapy for cervical cancer: A planning study

PurposeTo explore maximum high-risk clinical target volume (HR-CTV) doses that can be practically achieved when organs at risk (OARs; bladder, rectum, and sigmoid) doses are allowed to equal current recommended thresholds in MRI-based intracavitary brachytherapy (BT) planning for cervical cancer.Methods and MaterialsPlanning MRI sets were retrieved for 21 patients who received pulsed-dose-rate BT boost. Plans were generated using manual optimization (MO) by adjusting dwell positions and times to obtain the prescribed HR-CTV isodose that includes 90% of target (D₉₀) coverage of 35 Gy while limiting OAR doses to below recommended tolerances (prescribed dose target [TGT] plans). Additional planning was performed with automatic volume optimization (VO) to evaluate target coverage relative to the MO plans. The MO and VO approaches were then applied with the objective of obtaining the highest possible HR-CTV coverage when OAR doses were allowed to equal threshold tolerance values (maximized [MAX] plans). A two-tailed paired t test was performed to determine the statistical significance of the results; significance level set at p < 0.013.ResultsMO and VO planning techniques could conform HR-CTV D₉₀ to the prescribed dose quite similarly for TGT plans. Using the MAX approach, the HR-CTV D₉₀ could be increased by 30% and 37% for MO and VO, respectively, without exceeding OAR thresholds. Sigmoid and often rectum were the dose-limiting structures during MAX planning.ConclusionsSimple differences in the approach to volumetric MRI-based cervix BT treatment planning can impact HR-CTV D₉₀. Consequently, dose escalation for MRI-guided cervix BT appears feasible in this manner should clinical circumstances warrant.