基于生成对抗网络的鼻咽癌患者伪CT合成方法研究

目的 研究利用生成对抗网络(GAN)建立头颈部肿瘤MRI图像与CT图像的映射模型,实现MRI引导放疗中伪CT (sCT)的预测生成。方法 收集45例鼻咽癌患者治疗前影像信息与IMRT计划信息。首先对MRI (T1)和CT图像进行刚性配准、裁剪、去背景、数据增强等预处理操作;其次对病例进行GAN训练,随机选取30例作为训练集放入网络进行建模学习,另15例用于测试。比较预测sCT与真实CT的图像质量,以及后续比较预测sCT进行重计算的剂量分布与真实计划的剂量分布。结果 测试集的预测sCT与实际CT图像质量比较显示,二者误差较小,体素平均绝对误差值为(79.15±11.37) HU,结构相似性系数值为0.83±0.03。sCT重计算的剂量分布与实际剂量较为接近,不同区域水平下的MAE值相对处方剂量均<1%。在2mm/2%、3mm/3%准则下,所有病例sCT重计算剂量分布的γ通过率均>92%、>98%。结论 提出并实现了使用GAN进行鼻咽癌患者sCT的生成,为MR-IGRT实施奠定了基础。图像质量与剂量学比较均显示了方法的可行性与准确性。     

全卷积网络放疗三维剂量分布预测研究

目的 研究基于全卷积网络的左侧乳腺癌放疗三维剂量分布预测方法,并对其预测精度进行评估。方法 利用全卷积网络实现三维剂量分布预测。首先建立 60例左侧乳腺癌患者的容积调强弧形治疗(VMAT)计划库,从库中随机选取 10例作为测试集数据,其他 50例作为训练集数据;然后,构建U-Net模型,利用该网络在器官结构矩阵和剂量分布矩阵间建立相关模型;最后,利用模型预测测试集病例的剂量分布,并将预测结果与实际计划结果比较。结果 10例测试患者的PTV、患侧肺、心脏、双侧肺、脊髓的剂量平均绝对离差分别为(119.95±9.04)、(214.02±9.04)、(116.23±30.96)、(127.67±69.19)、(37.28±18.66) cGy。处方剂量80%、100%范围计划剂量和预测剂量的Dice相似性指数分别为 0.92±0.01和 0.92±0.01。处方剂量80%和10%范围内区域3mm/3%标准的γ通过率分别为 0.85±0.03、0.84±0.02。结论 利用全卷积网络可实现左侧乳腺癌行VMAT患者的三维剂量分布预测。     

基于全卷积网络U-Net宫颈癌近距离治疗三维剂量分布预测研究

目的:基于全卷积网络U-Net预测宫颈癌近距离治疗(BT)感兴趣区(ROI)三维剂量分布,并评估其预测精度。方法:首先选取100例宫颈癌腔内结合组织间插植病例作为整个研究数据集,并将其划分为训练集(72例)、验证集(8例)、测试集(20例);然后利用U-Net建立模型,将是否包含宫腔管及插针作为区分因素训练两个模型;最...     

摆位系统误差对鼻咽癌放疗剂量分布的影响

背景与目的:目前调强放疗已广泛应用于鼻咽癌,与传统放疗相比,调强放疗对摆位精确度要求更高.本研究通过移动等中心模拟系统误差,研究系统误差在鼻咽癌放疗中对剂量分布的影响,比较调强放疗计划及适形放疗计划中靶区和正常组织的剂量受摆位误差影响的敏感度.方法:分别制定8例初治鼻咽癌患者的调强及适形放疗计划,在治疗计划系统中移动等中心,假设在每次治疗时所有的射野都向同一个方向偏移的情况,分别模拟三维6个方向上2mm和5mm的系统摆位误差.在不改变射野分布和权重的情况下,重新计算剂量分布.分析移动等中心后所有的剂量评估指标与正式计划相应指标的比值,从而比较适形和调强计划受系统误差影响的敏感度.结果:频数分布显示:调强计划当摆位误差为5mm时,4.2%的GTV D98及12.5%的CTVD95剂量减少大于3%,当摆位误差为2mm时,GTV D98、 CTV D95均未出现剂量减少大于3%的情况:而适形放疗计划无论摆位误差为2mm还是5mm,均未发生剂量减少大于3%的情况.当系统摆位误差为5mm时,调强计划正常组织的剂量明显增加,脊髓、脑干、左右腮腺剂量增加超过了正式计划10%的机会分别为10.4%、14.6%、31.2%、25%.当系统摆位误差为2mm时,脊髓和脑干剂量增加超过原计划5%的机会仅为6.3%及4.2%,左右腮腺剂量增加超过了正式计划10%的机会分别为12.5%、8.3%.适形放疗计划系统摆位误差为5mm时,仅10.4%脊髓、6.3%脑干剂量增加超过了正式计划的5%,而腮腺剂量增加不明显.无论是靶区还是正常组织,调强计划与适形计划相比,剂量变化百分值的均数受摆位误差的影响更大(P＜0.05);误差越大,靶区和正常组织的剂量变化百分值也越大(P＜0.05).结论:误差越大对剂量分布的影响越明显.无论是靶区还是正常组织,与适形放疗相比调强计划的剂量分布受摆位误差的影响更大.当调强放疗时,系统误差对靶区CTV剂量的影响较GTV明显,而腮腺的剂量与脊髓和脑干相比受系统摆位误差的影响更大.     

鼻咽癌调强放疗计划后剂量分布与预后相关性研究

摘 要：［目的］ 探讨鼻咽癌调强放疗计划后剂量分布对鼻咽癌预后评估的作用。［方法］ 回顾性分析280例经病理证实,有完整5年随访资料,行根治性调强放化疗的鼻咽癌病例,分析其调强放疗计划后剂量分布与预后的关系。将调强放疗计划后剂量分布分为3组：（1）A组：第一权重危及器官、靶区剂量、其他危及器官的剂量分布均符合要求;（2）B组：第一权重危及器官、靶区剂量符合要求,其他危及器官超量;（3）C组：第一权重危及器官剂量符合要求,靶区剂量剂量不足和或其他危及器官超量。病例随访结果包括总生存率、无病生存率、远处转移率和局部复发率。［结果］ A组5年生存率95.3%,无病生存率82.8%,远处转移率17.8%,局部复发率4.7%;B组分别为85.4%、57.3%、17.5%和9.8%;C组分别为58.6%、34.5%、27.6%和41.4%;3组间远处转移率差异无统计学意义（χ2=1.97,P=0.374）,总生存率、无病生存率及局部复发率差异均有统计学意义（χ2=40.92,P＜0.001;χ2=46.67,P＜0.001;χ2=68.08,P＜0.001）。［结论］ 分析鼻咽癌调强放疗计划后剂量分布有助于判断鼻咽癌预后。     

基于OCTAVIUS 1500电离室矩阵的近距离放疗相对剂量分布验证

目的 通过OCTAVIUS 1500电离室矩阵对高剂量率近距离放疗剂量分布进行可行性验证,探讨其剂量分布的验证方法.方法 首先利用井型电离室对放射源的活度进行标定,然后对放有施源器的电离室矩阵进行计算机断层扫描,图像传至放疗计划系统进行计划设计,最后利用OCTAVIUS 1500电离室矩阵对剂量分布进行验证.结果 本研...     

食管癌术后调强适形放疗靶区剂量分布的临床观察

目的：观察食管癌术后调强适形放疗靶区剂量分布的特点。方法：采用Ｖａｒｉｕｓ６.０治疗计划系统,对２８例食管癌术后患者实施调强适形放疗计划。分别观察靶区剂量分布的均匀度、肺Ｖ２０、Ｖ３０和脊髓受量等指标,并对肺受照体积与急性放射性肺炎的关系进行初步分析。结果：临床靶区（ＣＴＶ）靶体积内的剂量均匀度为９３％ ～１０３％,脊髓平均受量为处方剂量的２２.５％,最大受量为６３.１％;肺Ｖ２０和Ｖ３０分别为（２４.１±６３）％和（１６.１±５.０）％;急性放射性肺炎０、１、２、３和４级发生率分别为６４.３％、２５.０％、７.１％、３.６％和０;放射性肺炎组Ｖ２０和Ｖ３０分别为（２７.８±７.４）％和（１９.１±８.４）％,无放射性肺炎组Ｖ２０和Ｖ３０分别为（１６.３±４.２）％和（９.３±５.６）％,两者差异有统计学意义（Ｐ＜０.０５）。结论：食管癌术后调强适形放疗技术靶区剂量分布均匀,肺和脊髓等正常组织受量低。     

鼻咽癌三维适形放疗与常规放疗剂量分布对比的研究

目的 对比分析鼻咽癌采用的三维适形放疗(3D-CRT)和常规放疗在照射靶区和周围正常组织、危及器官剂量的分布.方法 选择6例首治鼻咽癌,首程常规面颈联合野,在放疗后程全组患者进行CT模拟定位,用三维计划系统为每位患者设计3D-CRT方案,同时再设计双耳前野及双耳前野+鼻前野等3种方案作对比研究.通过3种方案剂量体积直方...     

鼻咽癌近距离放疗剂量参考点设置方法研究

鼻咽癌腔内近距离放疗中剂量参考点的设定对靶区剂量分布有很大影响.近年来由于放疗技术和设备的发展,为腔内精确放疗开劈了新天地.为研究不同剂量参考点设置方法对靶区剂量分布和正常组织受量的影响,笔者系统地对此进行了研究,现报道如下.     

呼吸运动对肺癌动态调强放疗剂量分布的影响

目的：研究动态调强放疗中呼吸运动对肺癌患者靶区剂量分布的影响。方法：使用大孔径CT获得30例肺癌患者四维CT（4D-CT）10个时相的CT图像,在计划系统上利用4D-CT确定肿瘤运动范围,并将整个肿瘤运动范围勾画为GTV。将检测设备放置在自行研制的呼吸运动模拟平台上,对利用4D-CT得到的带有呼吸运动信息的GTV决定的PTV进行治疗,测量每个计划的绝对剂量误差和照射野相对剂量分布误差,分析测量结果。结果：所有计划单次治疗等中心点绝对剂量误差均在允许范围之内。运动范围≤3mm的肿瘤照射野单次治疗的剂量分布误差均在允许范围之内,但运动范围〉3mm的肿瘤照射野的单次治疗剂量分布误差均超过允许范围,尤其是射野边沿。经20-30次治疗后,运动范围≤5mm的肿瘤照射野的剂量分布的通过率均〉95%,但运动范围〉5mm的肿瘤照射野的剂量分布误差均超过允许范围。结论：对于肺部肿瘤进行动态调强放疗时,虽然靶区等中心处绝对剂量误差〈5%,但整个靶区内的剂量分布与计划剂量分布有明显区别,分次治疗可以减小剂量分布误差,但对运动范围〉5mm的肿瘤无效,即通过外放边界不能使肺部呼吸运动范围〉5mm的肿瘤靶区获得预设的剂量分布,肺部调强放疗最好使用呼吸门控技术以减小剂量分布误差。     

基于生成对抗网络的鼻咽癌靶区自动勾画研究

目的 评估基于一种深度学习网络模型2D‐PE‐GAN的鼻咽癌靶区自动勾画模型,对靶区勾画的工作效率的提高作用。方法 模型采用生成对抗网络的架构,生成器采用UNet相似结构,并在生成器的每一层卷积操作后添加2D‐PE‐block,提升勾画准确度。实验数据使用130例鼻咽癌CT图像,模型训练前对图像进行预处理,通过对比UNet、GAN,以及添加注意力机制的GAN三种模型,使用Dice系数、豪斯多夫距离、准确率、马修斯相关系数、杰卡德距离,说明提出模型的有效性。结果 相比于UNet、GAN、加入注意力机制的GAN,2D‐PE‐GAN网络分割CTV的Dice系数平均值提高了26%、4%、2%,分割GTV的Dice系数平均值提高21%、4%、2%。相比于加入注意力机制的GAN,2D‐PE‐GAN的参数和时间分别减少了0.16%、18%。结论 与UNet、GAN、加入注意力机制的GAN三种模型相比,2D‐PE‐GAN用于鼻咽癌靶区勾画,分割准确度均有所提升,同时,与提出原因相似的注意力机制相比,使用2D‐PE‐GAN在分割准确度相差不大的情况下,能减少计算资源的占用。     

热疗用金属热籽对放疗剂量的影响

目的 研究磁感应热疗所用于体内的金属热籽在植入机体后对放疗剂量分布产生的影响.方法 使用放疗人体仿真模型及三维治疗计划系统,通过模拟照射评估用于磁感应热疗的金属植入物处于放疗条件下对剂量分布的影响.结果 所植入的金属棒热籽材料对人体仿真组织的吸收剂量影响≤1.5%.结论 由于在组织中所植入的铁磁热籽对吸收剂量的影响很小,符合靶区剂量总不确定度<5%的要求,因此,在临床放疗处理中可以忽略不考虑其对组织的影响.     

Measurements of dose from secondary radiation outside a treatment field

Radiation dose to organs outside the radiotherapy treatment field can be significant and therefore is of clinical interest. We have made measurements of dose at distances up to 70 cm from the central axes of 5 X 5, 15 X 15 and 25 X 25 cm radiation fields of 300 kVp, 4 MV and 8 MV X rays, and 60Co gamma rays, at the surface and at depths in water of 5 and 10 cm. Contributions to the total secondary radiation dose from water scatter, machine (collimator) scatter and leakage radiation have been separated. We have found that the component of dose from water scatter can be described by a simple exponential function of distance from the central axis of the radiation field for all energies and field sizes. Machine scatter contributes 20 to 40% of the total secondary dose depending on machine, field size and distance from the field. Leakage radiation contributes very little dose, but becomes the dominant component at distances beyond 60 cm from the central axis. Estimates of the risk of second tumors in long term survivors indicate a small incremental increase above the natural incidence rate based on information from the 1980 BEIR Committee report.     

金属植入物16-bit CT成像对放疗剂量分布的影响

目的：探索利用CT成像中扩展位深功能重建16?bit CT对金属植入物进行成像,通过比较扫描条件变化对金属CT值影响,分析金属CT值对计算剂量分布影响。方法将不锈钢棒和钛棒插入模体中,采用管电压为120 kV管电流为230 mA条件扫描,得到金属棒12?bit图像及16?bit图像CT值分布。分别在管电流230 mA,管电压分别为100、120、140 kV和管电压120 kV,管电流分别为180、230、280 mA下得到金属棒16?bit 图像CT值分布,并在瓦里安TPS中分别设计为单野和对穿野治疗计划和计算剂量分布。结果不锈钢棒和钛棒12?bit图像CT值均为3071 HU;16?bit图像CT值不锈钢棒比钛棒大。3种管电流下2种金属棒16?bit图像CT值均无明显变化,放疗计划剂量分布也接近。3种管电压下不锈钢棒最大CT值分别为13568、13127、12295 HU;钛棒的分别为8420、7140、6310 HU。结论12?bit图像不能区分不同高密度金属植入物,16?bit图像可得出不同金属CT值分布。金属植入物基于12?bit图像计算的剂量分布与16?bit图像的不同。管电压改变会造成金属植入物CT值明显变化,从而造成放疗剂量分布改变;管电流在一定程度内变化时,金属CT值变化较小,剂量分布差异不明显。     

金属植入物对放射治疗剂量影响的研究

目的:测量金属内固定支架对放射治疗剂量的影响,对采用金属内固定的肿瘤患者放射治疗提供剂量修正的临床数据。方法:按照测量条件,将带有金属内固定支架的体模在螺旋CT下进行扫描,层厚为5mm,图像通过LANTIS网络传输系统传入放射治疗计划系统(treatment planning system,TPS)中进行模拟计算。按照相同条件,分别用6MV和15 MVX线照射,用热释光剂量仪和FAMER型电离室对钛镍合金支架界面以及界面上下一定深度分别测量,并与放射治疗计划系统计算结果比较。结果:实际测量与TPS计算存在一定误差,实测值明显大于TPS计算值,支架前表面的误差最大可达3.9%(6MV)和6.6%(15MV),支架后表面的误差最大为2.8%(6MV)和6.3%(15MV),距表面距离越远,误差越小。结论:镍钛合金支架患者放射治疗时,实际测量剂量比TPS计算剂量要大,有可能增加放射性损伤。TPS计算过程中,虽然对金属物进行了密度修正,但仍存在一定误差,有必要在制订放疗计划时对照射剂量进行修正。     

金属植入物对放射治疗剂量影响的研究

目的：测量金属内固定支架对放射治疗剂量的影响,对采用金属内固定的肿瘤患者放射治疗提供剂量修正的临床数据。方法：按照测量条件,将带有金属内固定支架的体模在螺旋CT下进行扫描,层厚为5mm,图像通过LANTIS网络传输系统传人放射治疗计划系统（treatment planning system,TPS）中进行模拟计算。按照相同条件,分别用6MV和15MVX线照射,用热释光剂量仪和FAMER型电离室对钛镍合金支架界面以及界面上下一定深度分别测量,并与放射治疗计划系统计算结果比较。结果：实际测量与TPS计算存在一定误差,实测值明显大于TPS计算值,支架前表面的误差最大可达3．9％（6MV）和6．6％（15MV）,支架后表面的误差最大为2．8％（6MV）和6．3％（15MV）,距表面距离越远,误差越小。结论：镍钛合金支架患者放射治疗时,实际测量剂量比TPS计算剂量要大,有可能增加放射性损伤。TPS计算过程中,虽然对金属物进行了密度修正,但仍存在一定误差,有必要在制订放疗计划时对照射剂量进行修正。     

A simplified shielding approach for limiting fetal dose during radiation therapy of pregnant patients

Purpose: To investigate the effectiveness of a simple and practical shielding device to reduce fetal dose for a patient undergoing radiation therapy of nasopharyngeal carcinoma.

Methods and Materials: Using 5-cm-thick lead bricks and a heavy-duty steel cart, a 50 × 50-cm portable shield was designed and fabricated to reduce fetal dose due to collimator scatter and head leakage radiation. With the gantry at 90°/270° the shield can be easily positioned between the machine head and the fetus to reduce peripheral dose. Dose measurements for 6-MV X-rays and 9-MeV electrons have been made, utilizing a Rando phantom, to quantify the effect of the shield.

Results: Measurements show that the peripheral dose to the fetus can be reduced by 60% when the simple shielding device is used.     

体内金属植入物对放疗剂量分布影响

目的 探讨放射野内金属植入物对其周围组织吸收剂量的影响.方法 将骨科内固定不锈钢板、钛合金板和相同大小条状肌肉分别置入尸体标本左侧股骨前侧,构建实验组与对照组模型.应用直线加速器6 MV X线照射,使用热释光剂量仪分别对不同内植物界面的吸收剂量进行测量,用治疗计划系统对有无金属植入物百分深度剂量变化进行模拟计算并与测量结果 比较.结果 6MVX线照射置入不锈钢板、钛合金板和条状肌肉时,入射面实际测量值分别为1.18 Gy±0.04 Gy、1.12 Gy±0.04 Gy和0.97 Gy±0.03 Gy(F=57.35,P<0.01),不锈钢板和钛合金板较条状肌肉相应位置吸收剂量分别增加了21.65%和15.46%;出射面实际测量值分别为0.87 Gy±0.03 Gy、0.90Gy±0.02 Gy和0.95 Gy±0.04 Gy(F=13.37,P<0.01),不锈钢板和钛合金板较条状肌肉相应位置点吸收剂量分别衰减了8.42%和5.26%.模拟计算钢板入射面1 cm范围内吸收剂量较条状肌肉明显增加,而钢板入射面1 cm以外范围影响<5%,出射面对剂量分布影响<2%.结论 金属植入物对放疗剂量分布存在明显影响,吸收剂量可产生5%～22%偏差;相同条件下不锈钢板对射线剂量分布影响较钛合金板明显.