放射治疗方案的生物优化探讨

目的：探讨对肿瘤放射治疗方案进行生物优化的可行性。方法：分别对一系列的放射治疗手段进行生物优化及物理优化，然后列表比较。结果：放射治疗方案的生物优化有很多优点，值得推广。结论：除了少量增殖很慢的肿瘤外，本文研究结果对其他的类似鳞癌的增殖较快的肿瘤的放射治疗都具有指导意义。     

放疗中肿瘤生长数学模型及放射敏感性分析

目的 建立放射治疗下肿瘤生长及浸润的数学模型,数值模拟放射治疗对肿瘤生长的影响,并进行敏感性分析。方法 建立放射治疗前后肿瘤生长和浸润随时间演变的数学模型,模型包括肿瘤浸润过程中4个关键变量：肿瘤细胞、细胞外基质、基质降解酶和氧,利用线性二次（LQ）模型模拟放疗后的肿瘤细胞存活概率,探讨肿瘤放射治疗下不同放疗方案和系数对治疗效果的影响,并将传统放疗和术中靶向放射治疗进行对比分析。结果 在总剂量不变的前提下,放疗结果与放疗系数成正比,与放疗频率无关联;术中靶向放疗与标准治疗相比,治疗成效更好。结论 模拟结果和临床实验结果基本相符,术中靶向放疗作为一种更加有效的治疗手段,能够为临床肿瘤治疗提供一种新思路。     

临床计划评估的放射生物学模型研究进展

放射治疗计划评估方式主要是基于体积剂量,未能反映肿瘤以及正常组织接受剂量后的生物学效应,将生物学模 型应用到放疗计划评估中进一步反映其生物学效应和临床效果。本研究主要对细胞存活率模型、肿瘤控制率模型、正常 组织并发症模型以及次级肿瘤风险预测模型等不同生物学模型的发展进行简要概括。对于细胞存活模型简述其典型模 型线性二次模型,以及针对高剂量、高剂量率以及损伤修复等提出的其他修正模型。在肿瘤控制率以及正常组织并发症 模型简述基于泊松函数和逻辑关系的不同泊松模型、逻辑模型。对于次级肿瘤风险预测模型主要对基于线性二次模型以 及考虑细胞增殖等不同的预测模型发展进行简要概括。     

周围型肺癌立体定向放射治疗中采用实体肿瘤靶区推量技术的可行性研究——基于剂量学分析

目的：通过研究周围型肺癌立体定向放射治疗中提高肿瘤靶区最高剂量对剂量限制参数和正常器官剂量的影响，探讨使用实体肿瘤靶区推量技术的可行性，为临床治疗提供剂量学参考依据。方法：收集19例周围型早期肺癌患者的CT图像资料，重新设计放射治疗计划，初始治疗计划在满足放射治疗肿瘤协作组（RTOG）0915号报告关于剂量限制参数的情况下，以2 Gy的剂量爬升梯度分别对肿瘤靶区进行提量，共得到5组治疗计划。结果：5组计划的剂量限制参数均能满足RTOG0915号报告要求。5组计划的剂量限制参数和正常器官剂量无显著差异，但是肿瘤靶区最高剂量存在显著差异（P<0.05），最高和最低剂量组剂量差异可达6.6 Gy。结论：提高肿瘤靶区最高剂量对剂量限制参数和正常器官剂量没有显著影响。由于提高靶区内最高剂量会直接影响肿瘤的局部控制率，因此在满足剂量限制参数的前提下，建议使用实体肿瘤靶区推量技术以提高肿瘤靶区内的最高剂量。     

分子动力学再优化算法应用于调强放射治疗

目的:研究在引入模拟退火算法后,分子动力学再优化算法应用到调强放射治疗(IMRT)计划制定过程中的可行性。方法:在利用分子动力学完成IMRT计划后,再利用模拟退火方法对子野叶片位置和子野跳数进行进一步优化,最后用AAPM119号报告提供的测试例评估该算法是否满足处方剂量要求。结果:模拟多靶区、模拟前列腺肿瘤、模拟头颈肿瘤和模拟C形靶区(第一种情况)的优化结果满足并优于处方剂量要求。对于约束更严格的模拟C形靶区(第二种情况),优化结果略低于处方要求。总体结果比AAPM119号报告对其它系统的评价更好。结论:在引入模拟退火方法后,分子动力学再优化算法可以满足调强计划的处方要求。     

基于体元密度权重的调强放射治疗优化方法

目的:在调强放射治疗(IMRT)的优化过程中,权重是一个可调参数。本文探讨加入体元密度权重的目标函数对IMRT优化结果的影响。方法:设定目标函数时,在权重中加入一个体元密度的幂乘项。首先制作一个虚拟体模,根据该体模的优化结果选择合适的参数。再选取5例临床实例设计10个放疗计划,对每一例病例分别用不考虑密度影响的IMRT优化方法和基于体元密度权重的IMRT优化方法设计放疗计划,比较靶区及危及器官的受量。结果:改进的目标函数中最佳幂指数为3。根据剂量体积直方图和均匀性指数的评估结果,改进后的优化方法与传统方法相比,正常组织受量相当,靶区均匀性有所提高。结论:本文提出的改进优化算法可以提高放疗计划质量。     

放射治疗下实体肿瘤演变的数学模型和数值模拟

目的数值模拟研究放射治疗下放射敏感性系数、治疗频率、肿瘤细胞成熟年龄等因素对实体肿瘤放射治疗效果的影响。方法建立放射治疗下实体肿瘤演变的连续-离散混合数学模型,模型考虑肿瘤的微环境(氧、细胞外基质、基质降解酶)以及自身行为(增殖、凋亡、黏附)对肿瘤演变的影响,并引入线性二次模型描述肿瘤对放射治疗的响应,采用数值模拟方法模拟不同条件下肿瘤演变的过程,评价放射治疗的疗效。结果肿瘤的放射治疗效果与放射敏感性系数、肿瘤细胞成熟年龄正相关,而在放射剂量总量不变的情况下,高频治疗和低频治疗效果并没有特别明显的区别。结论模拟结果与临床结果相吻合,可为肿瘤放射治疗的理论及临床研究提供一种新的方法。     

不同优化方法在乳腺癌大分割放疗中的剂量学研究

目的:探讨物理函数优化与生物函数优化在乳腺癌大分割放疗计划中的剂量学差异。方法:选择已接受放疗的15例左侧乳腺癌病例,分别对每个病例使用物理函数（DV组）、生物函数-物理函数相结合（DV+EUD组、EUD+DV组）及生物函数（EUD组）优化方法重新进行容积旋转调强放疗计划设计。通过计算与分析各项剂量学参数来评估4组优化方法在乳腺癌大分割放疗中的剂量学差异。结果:含生物函数的优化结果与仅含物理函数的优化结果比较具有统计学差异（P<0.05）。EUD组与EUD+DV组的靶区剂量学结果接近,且靶区EUD与肿瘤控制率明显高于DV组与DV+EUD组。另外,EUD组的患侧肺剂量明显低于其余3组,与DV组和DV+EUD组相比,机器跳数也降低了约16%。结论:生物函数在提高靶区EUD与肿瘤控制率以及保护患侧肺组织方面都具有明显优势,并可提高治疗实施效率。可以使用生物函数优化方法进行乳腺癌计划的优化。     

非小细胞肺癌三维适形计划和调强计划剂量学比较与分析

目的：通过比较分析非小细胞肺癌（NSCLC）三维适形治疗计划（3DCRT）和调强治疗计划（IMRT）,评价不同计划方案在剂量学上的差异性,确定患者选择合适的放射治疗方式。方法：对20例非小细胞肺癌患者分别制定三维适形治疗计划和调强计划,对它们计划的靶区剂量分布和危及器官的保护进行评估。结果：IMRT治疗计划的以下指标优于相应的3DCRT计划：（1）差异均有统计学意义（P〈0．05）：PTV参数（Dmean、Dmin、Dnex）适形指数（CI）;异质性指数（HI）;平均肺剂量（MLD）、肺V10-V30及肺正常组织并发症发生率（NTCP）;食管Dmean、V55及食管的早晚期正常组织并发症发生概率（NTCP）;心脏V40。（2）差异无统计学意义（P〉0．05）：肺V5;食管V35;心脏的Dmean及NTCP;脊髓的Dmex及NTCP。结论：和三维适形治疗计划相比,调强计划能有效降低危及器官的高剂量区,尤其对靶区形状极不规则的肿瘤有了解决的方案,在保护正常组织器官方面显示出较明显的优势。为靶区剂量提升创造了空间。     

应用放射生物学模型比较早期鼻咽癌不同放疗剂量分割方案

目的:通过放射生物学模型分析和剂量学比较为早期鼻咽癌放疗剂量分割方案的优化选择提供参考。方法:选取24个病例,采用3种剂量分割方案(总剂量均为70 Gy,分割数分别为30、33、35 Fr)分别制定3组容积弧形调强计划。采用考虑肿瘤克隆源性细胞再增殖与乏氧的Webb-Nahum模型预测肿瘤控制概率(TCP),使用Lyman-Kutcher-Burman模型预测危及器官正常组织并发症发生概率(NTCP)。然后结合TCP和NTCP计算无并发症肿瘤控制概率(UTCP)。比较并分析3种剂量分割方案的UTCP、TCP、NTCP值以及剂量学参数。结果:3种方案中,70 Gy/30 Fr方案的UTCP值(80.6%)最高,而70 Gy/35 Fr方案的UTCP值(78.0%)最低(P0.05)。70 Gy/30 Fr方案能提高TCP值,最大幅度为7.3%(P0.05),同时保持或略微增加了NTCP值,最大幅度仅为2.2%(P0.05)。3种剂量分割方案的剂量学参数均无明显差异(P0.05)。结论:通过放射生物学模型分析,早期鼻咽癌70 Gy/30 Fr方案的治疗增益比最大,能显著提高肿瘤局控率同时不显著增加正常组织毒性,本结论还需临床试验进一步确认。     

全中枢照射技术新探索

目的：阐述一种普遍适合于全中枢放射治疗的方法。方法：使用precise plan三维适形计划系统进行计划设计,在计划设计过程中综合利用了非共面射野衔接技术、相邻两野相切技术和正向子野添加技术,最后利用detla4三维剂量验证模体对射野衔接处进行剂量测量验证。结果：计划显示在射野衔接处没有明显的剂量冷点或者热点出现,衔接位置两侧各条等剂量线实现了无缝衔接,靶区得到了理想的剂量分布;并且在剂量验证的过程中发现,当模拟的移床精度控制在±1 mm时,detla4测量衔接处没有明显的剂量偏差,结果符合临床治疗需要。结论：与以往及常规方法相比,本文提到的这种方法适合于绝大多数全中枢放射治疗病例,并且可以在射野衔接处获得更为理想的剂量分布效果。     

“减时增量”放疗技术原理及临床应用

目的：探讨采用非常规剂量分次模式和改变总治疗时间等生物优化的干预手段即“减时增量技术”，以获得最大的放射治疗增益。方法：该技术在临床上可以用超分割（HF）、同期加量调强放疗（SMAR）和适形大分次量放疗（HypoF-CRT）等技术来实现。结果：大多数肿瘤在总治疗时间T天内的Tk天就开始快速增长，每天将多损耗剂量为k（Gy／days），总损失的生物效应剂量为k（T-Tk），只有减少总治疗时间才能提高治疗增益；而肿瘤控制率（TCP）曲线基本上是S型的，70Gy对应的TCP值约仅为80％，必须对其20%未被控制住的肿瘤细胞加量。结论：现有的研究表明利用减时增量这一生物优化技术可以提高肿瘤病人的生存率和生存质量。     

半野技术结合非共面照射技术在乳腺癌胸锁联合照射中的应用

目的：介绍一种乳腺癌适形放疗中新的射野衔接技术,以保证乳腺癌患者放疗时锁骨上区域与胸壁区域靶区剂量均匀衔接,并降低治疗计划设计与实施中的操作复杂度。方法：选取一例乳腺癌胸锁联合照射病人,锁骨上靶区采用半野照射技术,胸壁靶区采用非共面切线野照射技术,使上下两组照射野在射野衔接处相切。使用直线加速器6MV-X射线照射靶区,处方剂量设置为50Gy包绕95％靶区体积,使用治疗计划系统计算三维剂量分布。结果：半野照射技术结合非共面照射技术应用于乳腺癌胸锁联合照射时,在治疗计划系统上显示处方剂量在射野衔接处均匀衔接,50Gy处方剂量等剂量线平滑,剂量线未见明显的凹陷和突出现象,无剂量冷热点出现。结论：半野照射技术联合非共面照射技术用于乳腺癌胸锁联合照射。在TPS上演示显示使用该方法能够使相邻射野剂量均匀衔接,适用于胸壁部分靶区头脚方向长度大于20cm的患者放射治疗需求,且使用方法较传统方法更加简单易行,值得推广,临床实际使用中建议使用验证手段来保障该技术的可靠性。     

胸腹部肿瘤放射治疗定位和摆位的研究与改进

目的:对现行胸腹部肿瘤放射治疗定位和摆位方法进行研究,提出改进方案,对改进方案进行说明分析。方法:通过对皮肤标记点位移误差产生原因分析,说明现行定位和摆位的缺陷,通过对改进方案介绍及改进后皮肤标记点位移误差的统计分析,说明改进方案的优点。结果:现行定位摆位方法,肿瘤中心皮肤标记点平均位移误差是5.3 mm,改进后皮肤标记点平均位移误差是1.8 mm。结论:胸腹部定位摆位方法改进后,可以到达理想精确定位摆位目的,为胸腹部肿瘤"三精"放射治疗提供可靠保障,值得推广。     

比较调强放射治疗与三维适形放疗治疗中下段食管癌时心脏和冠状动脉的受量

目的：比较调强放射治疗（IMRT）与三维适形放疗（3D-CRT）治疗中下段食管癌的心脏和冠状动脉的受量。方法：回顾性分析从2011年1月至2012年5月收治的12例中下段食管癌患者,采用Monaco治疗计划系统,所有患者分别制作五野调强放射治疗计划及三野3D-CRT计划,处方剂量均为PTV：60 Gy/30 f。比较五野IMRT和三野3D-CRT计划的DVH、靶区适形度（CI）、心脏,右冠状动脉,左冠状动脉的受量。结果：调强放射治疗计划与3D-CRT计划相比,明显降低了心脏平均剂量（23.01 Gy与28.3 Gy）和V30（24.4%与61.0%）,右冠状动脉平均剂量也有显著的降低（平均剂量23.8Gy与35.5 Gy）,而左冠状动脉平均剂量没有表现出显着改善（平均剂量11.2Gy与9.2Gy）（p〉0.05）。调强放疗显著改善了适形指数。结论：IMRT治疗与3D-CRT相比明显改善了心脏的平均剂量及V30。调强放疗计划与3D-CRT治疗计划相比使心脏V30减少了约40%,同时降低了右冠状动脉受量,这表明调强放射治疗可显着改善放疗诱发的心脏及冠状动脉疾病的风险。调强放疗具有更好的适形度。这将是长期的研究以确定放疗将如何影响冠状动脉心脏疾病的发展和其他心脏并发症。     

鼻腔副鼻窦肿瘤的“靶中靶”适形治疗计划研究

目的：探讨“靶中靶”三维适形治疗计划在提升复杂鼻腔副鼻窦癌靶区剂量和优化剂量分布的作用。方法：以6例鼻腔副鼻窦肿瘤病例的CT定位数据图像资料为研究对象。在同一软件上分别进行常规方法和“耙中靶”方法的二维适形治疗计划设计．并对剂量分布和体积剂量直方图（DVH）结果进行分析。常规计划为单一等中心．3—5个共面或非共面适形野。靶中靶计划由一个简单化的常规计划和一个补丁计划融合而成。结果：总体上靶剂量分布及DVH靶中靶计划优于常规计划。V90（被90％等剂量包络的靶体积的百分率）和D50（包络90％靶体积的剂量百分率）靶中靶计划均高于常规计划。6／6靶中靶计划和3／6常规计划达到CTV平均剂量〉66Gy、危及器官的平均受照剂量〈54Gy的目标。分别有3／6靶中靶计划和1／6常规计划出现小范围高剂量区，1／6靶中靶计划和5／6常规计划出现低剂量区。结论：靶中靶方式适形治疗计划可以适用于比较复杂的鼻腔副鼻窦肿瘤，能有效改善靶区剂量分布和提升靶区剂量。     

鼻咽癌放射治疗野中野设计的探讨

背景与目的：鼻咽癌放射治疗,面颈联合野已作为标准的射野设计,用一个中心半束射野解决了面颈联合野与颈部切线野的衔接问题,但面颈联合野内存在剂量冷点与热点,剂量均匀性差。因此本研究希望就鼻咽癌放射治疗面颈联合野中进行野中野的设计作一些探讨。方法：在设计半束照射面颈联合野时,使野的下部最大剂量保持在105%左右,再在野的上部加射野的设计方案。结果：根据治疗计划系统（treatment planning system,TPS）计算,由于是一个中心的半束射野,面颈联合野与颈部切线野的衔接处无冷热点,在面颈联合野内加入野中野和颈部切线野,故比用两个中心设计的,面颈联合野与颈部切线野,技术员摆位更简单,更准确。其剂量分布比单一的面颈联合野更均匀,更合理。95%的等剂量线包容颅底及鼻咽处肿瘤体积（gross tumor volume,GTV）时,下颈及口咽部最高点剂量为105%左右,而且高剂量区容积也小。结论：用一个中心半束面颈联合野中野和颈部切线野方法照射,比单一面颈联合野照射时,剂量分布更均匀,更合理,比两个中心面颈联合野与颈部切线野照射时,技术员摆位更简单,衔接处的剂量更准确。     

基于第一分次目标函数的鼻咽癌后续多分次自动计划

【摘 要】 目的:利用Perl语言编写Pinnacle计划系统脚本的嵌入式自动化程序,进行多分次鼻咽癌调强治疗计划快速自动设计,研究多分次自动计划设计的可行性及设计效率。 方法:选取14例鼻咽癌患者,每例患者均在整个治疗过程中接受4次CT模拟图像（分别为CT1、CT2、CT3、CT4）。在Pinnacle计划系统（9.2m版本）上基于首次CT模拟图像（CT1）手工设计出满足处方剂量和危及器官剂量限制要求的调强放疗计划,并将CT1上手工计划的目标函数设置参数用Perl语言写入Pinnacle计划系统脚本,应用于同一患者的后续3个分次间CT图像（CT2、CT3、CT4）的自动计划设计。同时,由工作经验分别为不足1年和大于5年的两位物理师基于CT2独立设计手工计划,标记为Ma和Mb组。自动计划与手工计划的设计时间进行配对t检验。另外,由一名工作经验为10年以上的临床放疗医师评估手工计划和自动计划的临床可行性。 结果:在CT2、CT3和CT4上设计的自动计划时间与Ma、Mb组的手工计划时间分别为（3.358±0.490）、（2.837±0.340）、（2.754±0.270）、（43.169±8.980）、（39.088±13.210） min,可应用于临床的计划所占比例分别为78.6%、78.6%、71.4%、78.6%、78.6%,且自动计划比手动计划在时间上有明显减少（P<0.05）。 结论:利用Perl语言基于第一分次的目标函数编写的自动化程序,可以完成后续多分次鼻咽癌自动计划设计。运用自动计划能够节省计划人员大量的计划设计时间,保证计划的设计质量,并为鼻咽癌多分次快速放疗计划设计提供一种便捷方案。     

调强放射治疗“end to end”质量控制核查中应用针尖电离室测量小野剂量的初步研究

目的:在调强放射治疗“end to end”质量核查中,探讨应用针尖电离室对调强放射治疗小野照射进行绝对剂量测量的研究。方法:选择3省20家医院,将放有热释光剂量计TLD（距模体表面距离约7.5 cm）和胶片的国际原子能机构（IAEA）模体进行CT扫描,图像导入放射治疗计划系统（TPS）中,设计治疗计划,进行7野等中心调强照射,MLC照射野大小>2 cm×2 cm且<4 cm×4 cm。同时针尖电离室（0.015 cc）放在固体水模体距模体表面7.5 cm下进行点剂量绝对剂量验证:（1）将治疗计划中射野角度归零平移到固体水模体中进行剂量验证;（2）治疗计划射野角度不归零时为实际治疗照射方向,平移到固体水模体中进行绝对剂量验证。结果:在调强放射治疗多叶光栅小野照射的固体水模体中,用针尖电离室测量的绝对剂量与TPS计算得到的绝对剂量比较,7野照射方向归为零度时,比较偏差<5%;实际照射方向时,比较偏差<5%。验证后的计划,在IAEA模体上进行实际7野调强治疗,模体中的高剂量靶区胶片（Gafchromic EBT3 film）绝对剂量通过率均≥90%（Gamma分析:3%, 3 mm）,TLD偏差<7%。均符合IAEA提出的标准。结论:在调强放射治疗多叶光栅小野照射时,可以应用针尖电离室作为绝对剂量验证的一个方法。