中国放疗供给侧现状与智能化远程技术研究进展

摘 要：癌症严重危害人类健康。放疗是仅次于手术的癌症重要治疗手段，我国每年新发癌症病例中有一半需要放疗的患者因各种原因未得到放疗，对癌症5年生存率的负面影响不容忽视。中国放疗需求与可及性失衡存在人才缺乏、设备不足、资源分配不均、认识不到位、服务水平参差不齐等影响因素。“互联网+”、“物联网+”、人工智能等新理念和新技术正在迅速进入放疗领域，是改善放疗供给侧失衡的有效手段。全文从放疗供给侧现状出发，阐述了放疗供给侧改革的必要性，探索通过智能化远程放疗来解决我国放疗发展不平衡和不充分的矛盾，造福癌症患者。     

直线加速器注入电流变化对照射野对称性的影响

[目的]探讨电子直线加速器的注入电流改变对剂量学参数照射野对称性产生的影响.[方法]手动模拟加速器注入电流的改变,在照射野对称性良好的注入电流工作点附近设置正负模拟值,以胶片法测量和分析对应的照射野对称性改变.[结果]注入电流的数值在加速器的左右方向不会影响照射野对称性的质量,在枪靶方向的对称性偏差值受注入电流数值的影响近似为线性关系,当注入电流偏离中值200mA时,相应的对称性误差接近3%.[结论]检测加速器注入电流的改变可以提示照射野对称性的误差,经常性监视照射野剂量特性和注入电流应纳入每周的质控检验内容.     

非小细胞肺癌同期放化疗后重度急性放射性肺炎的预测因素

目的 评价剂量体积直方图参数及临床因素对非细胞肺癌三维适形放疗同期化疗后急性重度放射性肺炎(SARP)的预测价值。方法 回顾分析2006-2010年行三维适形放疗同期化疗的非小细胞肺癌 147例病例资料。对有无SARP的剂量学参数行成组t检验,对有差异的和临床因素行Logistic法多因素预测分析。用受试者工作特征(ROC)曲线分析各剂量学因素的预测价值,Pearson法分析剂量学数据间相关性并从剂量学参数中提取有代表性因子。结果 全组患者SARP发生率为9.5%。平均肺剂量(MLD)、V₂₀、V₃₀、V₄₀、V₅₀与SARP发生相关(χ²=4.87~6.84,P=0.009~0.025)。控制SARP发生率≤5%时的界值分别为MLD≤16.77 Gy,V₂₀≤34.15%, V₃₀≤23.62%, V₄₀≤18.57%, V₅₀≤13.02%, 其敏感性、特异性、ROC曲线下面积分别为78.0%、48.1%、0.678,42.9%、82.0%、0.661,78.6%、52.9%、0.667,71.4%、61.7%、0.677,57.1%、67.7%、0.651。因子分析显示可考虑选取MLD、V₂₀、V₃₀中的1个或2个,V₄₀、V₅₀中的1个用于预测SARP。肿瘤位于右中下肺者SARP发生率高于其他部位(22.2%∶6.7%,χ²=6.19,P=0.023)。结论 MLD、V₂₀、V₃₀、V₄₀、V₅₀可用于放射性肺炎预测,但单个预测价值不佳,要多种参数联合使用。肿瘤位于右肺中下叶者放疗后发生SARP危险性较肿瘤位于其他部位者高。     

鼻咽癌VMAT两种TPS设置参数选择比较

目的 考察不同的计划设置参数对两种TPS VMAT计划质量与执行效率的影响,为临床计划优化提供参考依据。方法 随机选取25例鼻咽癌病例进行VMAT计划设计,在TPS-1和TPS-2中分别采用相同目标条件,并设定多个设置参数限制条件组进行优化,比较各组计划的靶区和OAR剂量分布、机器跳数和照射时间。对符合正态分布的数据采用配对t检验或单因素方差分析,不符合上述条件的采用非参数Wilcoxon符号秩检验或非参数Friedman检验。结果 增加子野数目可提高TPS-1计划的剂量分布质量和减少机器跳数,同时增加照射时间(子野数目>120以后影响减弱);但对TPS-2的计划几乎没有影响。与单弧照射比较,TPS-1的双弧计划质量相近但照射时间增加了70.6%(P=0.000);TPS-2的双弧计划剂量分布更好,脊髓D_max、D_mean分别比下降了3.9%、13.7%(P=0.000、0.000),同时机器跳数和照射时间分别增加了11.7%和31.2%(P=0.000、0.000)。最大和最小剂量率均对两种TPS的VMAT计划质量影响很小,提高最大或最小剂量率均可使计划的照射时间下降但后者机器跳数会增加(P=0.000、0.000)。结论 计划参数的设置对两种TPS的 VMAT计划质量和执行效率的影响有明显差异,对不同TPS进行单独测试可以帮助确定各系统的最佳参数设置。     

图像配准方法对肺癌放疗图像引导摆位精度的影响

目的 比较和评估使用CBCT图像引导摆位中不同图像配准方法对配准精度的影响,为选择合理的图像引导方法提供临床依据。方法 对15例肺癌患者计划CT和第1次放疗摆位CBCT图像分别以不同算法(骨性或灰度配准)和不同范围(靶区或患侧或体廓)进行图像配准,比较各组配准的治疗体位下PTV_CT对GTVCBCT的覆盖率、靶区和OAR相似性指数及GTV几何中心位置偏差。结果 相同配准范围骨性配准精度差于灰度配准,其中配准靶区组差别最明显。骨性和灰度配准方式配准靶区、患侧及体廓时,PTV_CT对GTVCBCT的覆盖率分别为(66±35)%和(97±8)%(P=0.005)、(98±5)%和(99±2)%(P=0.034)及(98±4)%、(98±4)%(P=0.478)。选择灰度配准方式和配准患侧时精度最佳,GTV的相似性指数为0.86±0.10,食管的为0.71±0.10,脊髓的为0.76±0.10,心脏的为0.89±0.05。GTV中心偏差为(0.25±0.16) cm。结论 肺癌放疗的CBCT引导摆位修正可满足临床要求,但较小配准范围会降低配准精度,建议采用配准患侧或配准体廓方式。     

ABAS软件勾画OAR临床前测试重要性研究

目的 对基于模板自动分区(ABAS)算法的图像勾画软件进行临床前测试,评估鼻咽癌放疗计划OAR勾画精度,为确定临床应用条件提供依据。方法 以放疗医师在22例鼻咽癌患者放疗计划CT图像上手工勾画的OAR结构为评价标准,分别对ABAS软件两种算法(General和Head/Neck)自动勾画的OAR进行以下测试:(1)每1例患者均拷贝1套图像,以原图像上手工勾画的轮廓为模板在拷贝图像上自动勾画,考察自动勾画对模板的还原能力;(2)以1例患者图像上手工勾画的轮廓为模板,对其余患者图像进行自动勾画,考察采用单一模板对不同患者图像自动勾画的准确度。评价指标包括各OAR的DSC、V_diff、DSC与勾画体积相关性,以及自动勾画加手工修改与单纯手工勾画的耗时差别。Wilcoxon符号秩检验,Spearman相关性分析。结果 Head/Neck算法对模板还原能力优于或相当于General算法,自动勾画DSC与所勾画结构体积大小呈正相关(r_s=0.879、0.939)。还原测试中体积>1 cm³器官自动勾画的DSC>0.8。使用Head/Neck算法基于单一模板的自动勾画中,脑干、颞叶、腮腺、下颌骨的DSC和V_diff平均值分别为0.81~0.90和2.73%~16.02%,颞颌关节和视交叉DSC为0.45~0.49。应用自动勾画加手工修改比单纯手工勾画可以节省68%时间。结论 临床前测试可以确定ABAS算法在特定临床应用条件的准确度和适用范围,所测试软件可帮助提高鼻咽癌放疗计划OAR勾画效率,但不适用于较小体积器官的勾画。     

鼻咽癌容积调强放疗的参数选择与计划优化研究

目的:比较加速器与治疗计划系统（TPS）不同运行参数选择对容积调强放疗（VMAT）计划质量与运行效率的影响,探索治疗计划设计的优化方案。方法:随机选取25例鼻咽癌患者,设定不同的设备运行参数限制条件,进行同步加量的VMAT逆向计划设计,比较各参数对靶区和危及器官剂量分布、机器输出跳数（MU）和治疗时间的差异,分析最佳组合条件。各计划参数的改变范围为:子野数目60个～180个,照射弧1弧～2弧,最大剂量率(DR_max)400 MU/min～1200 MU/min,最小剂量率（DRmin）45 MU/min～150 MU/min。结果:随子野数增加,计划质量明显提高,且MU数减少,但照射时间显著增加;当子野数目>150以后,其影响减小。受测试系统双弧比单弧治疗计划的靶区剂量适形度和均匀性略优但对危及器官保护没有明显优势,且双弧治疗增加了MU数和照射时间。在测试的数值范围内DR_max的改变对计划质量和MU数均无影响,治疗时间随DR_max的增加而减少;降低DR_min可以改善计划质量和减少MU数,但延长了治疗时间。结论:VMAT计划质量和运行效率受子野数目和最小剂量率设置的影响较大,针对系统进行实验可以帮助确定最佳运行参数。     

11C-MET PET和MRI对脑高级别神经胶质瘤术后放疗靶区设定的比较研究

目的 评价碳标记蛋氨酸PET(11C-MET PET)和MRI在脑高级别神经胶质瘤(HGG)术后放疗靶区勾画中的价值.方法 选择初治幕上型HGG术后患者37例,在同一治疗体位分别行MET PET和MRI扫描,比较两者判定肿瘤是否残留的一致性,并利用图像融合技术定量比较METPET的高代谢区(VMET)位置和范围与MEI的强化区(VGd)或T2W异常高信号区(VT2)间差异.结果 MET PET和MRI显像均为阳性者19例,阴性者7例,两者检测肿瘤是否残留的一致性为70.3%.30例MET PET阳性者与MRI行图像融合,VMET部分或全部体积位于VGd和VT2之外者分别为29例和17例,所有VGd和VT2均部分或全部体积位于VMET之外.VMET边界与VGd边界最大距离≥2.0 cm占50%,与VT2边界最大距离≥1.0 cm占33%.结论 MET PET和MRI在判断和确定脑HGG术后肿瘤残留及其位置和范围方面存在差异,将MET PET与MRI融合有利于更准确和合理设定放疗靶区.     

电子射野影像系统（EPIDs）图像质量控制方法的探索

目的:拍摄模体边界图像,获得模体图像的对比度,信号噪声比和调制传输函数,通过获得的这些指标来寻找一个操作方便又能够量化的EPIDs图像质量控制的方法:材料和方法:Elekta iViewGT非晶硅阵列电子影像系统,ElekataPrecise加速器(光子8MV).4mm厚度平板铅体模,测量边界垂直于模体表面,同时模体边界处在照射野中心轴,模体表面垂直于射线束;在SSD=100 cm处使用8兆光子线和100 MU获得模体边界图像;使用基于matlab图像分析软件处理获得的图像,计算射线穿透模体和空气后的图像灰度信号关系,获得模体图像的对比度和信号噪声比,同时通过换算,获得探测器效率函数;根据模体的边界图像,得到边界函数,对边界函数进行微分获得线扩展函数,对线扩展函数进行傅里叶变换得到图像的调制传输函数(MTF),通过空间分辨率的方式从另一个角度描述图像的对比度;通过对比度(CNR),信噪比(SNR),调制传输函数(MTF)和探测效率等指标定量的评价EPIDs成像质量.结果:获得了模体图像的CNR、SNR、MTF(50)和探测效率的测量值,同时测量值在随时间推移而下降;结论:此种方法可行,可以长期观测EPIDs系统的成像质量,根据拍摄模体获得的数据对EPIDs系统的图像质量作监测,根据监测的结果决定对EPIDs的维护内容和频次,进而完成对EPIDs影像系统的质量控制和质量保证工作.     

调强适形放射治疗对局部晚期鼻咽癌的临床疗效

背景及目的:局部和区域未控是局部晚期鼻咽癌放疗失败的主要原因之一.临床研究表明,鼻咽癌的局部控制率与靶体积的照射剂量呈正相关.由于鼻咽解剖位置的特殊性,采用常规二维放疗方法提高靶体积的照射剂量受到周围敏感器官耐受剂量的限制.本研究将三维调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)技术应用于局部晚期鼻咽癌的治疗,以期通过安全地增加靶体积照射剂量,达到提高局部和区域控制率的目的.方法:共60例初治原发鼻咽癌患者进入本研究.其中Ⅲ期49例,Ⅳa期11例.全部患者均使用IMRT技术行单纯根治性放疗,放疗计划及实施由NOMOS公司PEACOCK系统完成.采用连续加速推量(SMART Boost)方法照射,处方剂量:鼻咽大体肿瘤体积(GTVnx)30次共68 Gy,颈部转移淋巴结(GTVnd)30次共60～64 Gy,临床靶体积Ⅰ(Target Ⅰ)30次共60 Gy,临床靶体积Ⅱ(TargetⅡ)30次共54 Gy.利用剂量体积直方图评价靶体积和敏感器官的受照剂量,用RTOG/EORTC标准评价急性治疗毒性,采用Kaplan-Meier法计算局部区域控制率、无远处转移率和总生存率.结果:GTVnx、GTVnd(左)、GTVnd(右)、Target Ⅰ和TargetⅡ的平均剂量均数分别为71.21、65.85、66.26、67.59和61.42 Gy,其中GTVnx、GTVnd(左)和GTVnd(右)的平均分次剂量分别达2.37、2.20和2.21 Gy,全部靶体积被95%处方剂量曲线覆盖的平均体积百分数＞99%,GTVnx受照剂量大于105%处方剂量的平均体积,为43.87%.脑干5%体积的受照剂量和脊髓1 cc体积的受照剂量平均值分别为46.96 Gy和39.99 Gy,双侧腮腺和颞颌关节33%体积的平均受照剂量＜38 Gy.全组患者未观察到Ⅳ级急性毒性反应,Ⅲ级皮肤、粘膜和咽急性毒性反应发生率分别为1.7%、15.0%和1.7%.随诊时间6～37个月(中位15.5个月),全组病例未观察到鼻咽复发,颈部淋巴结复发2例,远处转移7例,死亡9例.3年局部控制率、区域控制率、无远处转移率和总生存率分别为96.67%、94.06%、84.98%和74.97%.结论:IMRT提高了局部晚期鼻咽癌靶体积的分次和总剂量,周围敏感器官的受照剂量均在可耐受范围,急性毒性反应较轻,局部和区域控制率较满意.治疗失败的主要原因是远处转移.