呼吸控制技术在肺部肿瘤精确放射治疗中的应用

为了克服呼吸运动对肿瘤精确照射造成的不利影响,在放疗过程中运用各种呼吸控制技术限制肿瘤的呼吸运动范围,尽量减少肿瘤在每一个呼吸周期内的最大位移量,实践证明这些方法都能够有效地提高肿瘤的治疗增益比.我们比较了已有的多种呼吸控制方法的优缺点,并重点介绍了肿瘤呼吸运动位移误差补偿技术的具体实现过程,展望了呼吸运动控制技术的前景.     

应用OriginLab对调强放射治疗中剂量体积直方图的建模初步分析

目的以非小细胞肺癌调强放射治疗中剂量体积直方图（DVH）为研究对象,旨在建立数学模型,分析由呼吸运动所致靶区位移对剂量分布的影响。方法选取临床上采用调强放射治疗的非小细胞肺癌8例,通过在放射治疗计划系统中设置治疗床在单一方向上特定步长的位移,模拟呼吸运动造成的靶区位移,获取位移后的DVH曲线数据,采用数据分析软件OriginLab8.0对DVH曲线进行拟合,比较模型之间的拟合效果,并对位移前后的参数变化作初步分析。结果高斯模型和费米模型都能较好地拟合DVH曲线,但费米模型的残差平方和较高斯模型更小,AIC值相对更小;2个模型的参数计算结果经过转换后数值上一致;对于临床靶区或肿瘤靶区未移出计划靶区的位移时,剂量均值下降,方差增大,并未呈现出对称性变化。结论费米模型更适合应用于今后的DVH曲线建模研究。模型中的参数有助于在临床放射治疗计划系统中利用DVH曲线参数评价肿瘤靶区的剂量体积关系。     

自适应放射治疗靶区运动补偿系统的设计

为了进一步减小肿瘤放射治疗中靶区运动造成的误差,设计了一套自适应靶区补偿运动的系统和方案,并完成了系统设计和模拟试验。通过控制系统采集患者靶区标记点当前时间的运动位置,与参考点的位置进行比较以控制治疗床向当前时间运动方向相反的方向移动。治疗床的三维运动由控制系统控制三个独立的步进电机实现,控制电机的运动就能实现对治疗床的控制。通过模拟实验表明,本系统能减小放射治疗过程中由于呼吸等运动造成的靶区运动的误差。本系统具有实时性好、运动精度高的特点,具有较高的临床应用价值。     

基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法研究

探讨一种基于双目视觉实时监测和跟踪人体的呼吸运动情况,减少肿瘤靶区组织因呼吸等运动产生位移而引起的治疗误差,以实现在放疗过程中减少呼吸运动对精确放疗产生的影响。采用放置治疗床上方的双摄像机,实时采集带有标记物的图片传送给计算机,使用余弦算法对放置胸腹体表的标记物进行特征识别,对视差信息进行图片匹配,采用双目视觉和小孔成像原理计算标记物三维坐标,通过监测标记物随时间变化的具体坐标可获取标记物是否因呼吸等运动产生位移。实验中,实时测量9个标记物的三维坐标。实验结果表明,9个体表标记物的测量值与实际值之间的平均误差小于±1 mm,其标准误差值小于0.12 mm,且计算一次9个标记物三维坐标需要35 ms。基于双目视觉的呼吸运动跟踪是一种高精度、良好实时性与稳定性的跟踪方法,可以减少呼吸运动对精确放疗产生的影响。     

基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法研究

探讨一种基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法,以减少在胸腹部的肿瘤放射治疗中由于呼吸等因素造成肿瘤位置动态位移而引起的治疗误差。使用由双摄像机组成的计算机视觉系统,实时匹配出标记物在左右两摄像机采集的图像中的具体坐标,依据双目成像的基本原理,计算出标记物在腹部表面的三维坐标值,结合时间参数,计算出该特征点三维坐标的变化情况,以此来完成对呼吸运动的实时跟踪。在目标跟踪过程中,使用鲁棒性强的SIFT(scale invariant feature transform)算法作为目标图像匹配的方法,并且在算法设计过程中,采用动态选择待匹配图像和局部搜索的策略。实验结果表明,目标图像匹配精确,减少了提取图像SIFT特征所需要的大量时间。在一个呼吸周期内,视觉测量的标记物的最大运动范围与实际测量值不超过0.2 cm,且能够做到实时性计算。该模型的运行精度高,能够较好地实时跟踪人体的呼吸运动。     

3DCT联合4DCBCT在中下叶肺癌SABR放疗靶区外放边界中的应用研究

目的:利用四维锥形束CT（4DCBCT）扫描获取放疗靶区摆位误差和呼吸运动误差,计算肿瘤立体定向消融放射治疗（SABR）中计划靶区体积（PTV）外放边界大小。方法:回顾性分析19例中下叶肺癌SABR治疗患者,治疗前4DCBCT扫描,共72次扫描图像。根据4DCBCT与定位CT的配准结果,评估放疗靶区分次间摆位和呼吸运动误差,确定PTV外放边界大小。结果:放疗靶区摆位误差在左右、上下、前后3个方向上分别为（0.11±0.29）、（0.02±0.58）、（0.05±0.26） cm,放疗靶区呼吸运动误差在3个方向上分别为（-0.06±0.34）、（0.09±0.68）、（0.06±0.23） cm,利用ICRU83#报告公式计算PTV外放边界,在3个方向上分别为1.13、2.15、0.90 cm。结论:4DCBCT可有效评估放疗靶区摆位和呼吸运动误差,并确定中下叶肺癌SABR治疗中PTV外放边界大小。利用本方法计算的外放边界比原来RTOG提出的外放标准更加精确,可个体化评估放疗靶区外放边界。     

呼吸运动对4DCT扫描下靶区体积及位移的影响

【摘要】目的:探讨基于4DCT扫描图像勾画的靶区体积和位移与呼吸运动状态下肿瘤运动频率及幅度的关系。方法:使用自制的人体胸部模体及呼吸运动平台驱动直径为2 cm的小球做正弦运动（周期分别为3.0、3.8、6.0 s,幅度分别为1、2 cm）以模拟肺部肿瘤运动,再进行4DCT扫描。对每组4DCT图像中的10个时相进行大体肿瘤体积（GTV）靶区勾画并对每组4DCT图像中10个时相的GTV进行融合得到内靶区（ITV）。基于平均密度投影（AIP）和最大密度投影（MIP）进行自动靶区勾画,分别获得ITVAIP及ITVMIP。分析GTV体积与小球实际体积的关系,GTV体积和GTV中心位移与小球运动频率和幅度的关系,以及ITVP、ITVMIP及ITVAIP与小球运动范围的体积VP（理论ITV体积）的关系。结果:GTV体积与对应时相小球运动速度无相关性,但GTV中心偏差与小球运动速度呈弱相关性,小球运动速度越快,GTV中心位移的偏差越大。ITV和PTV体积与肿瘤运动周期无关,仅与运动幅度有关。ITVMIP和ITVP的体积与ITVAIP相比更接近理论ITV体积,而ITVAIP体积比理论ITV体积小。结论:对于胸腹部放疗的患者使用适当的呼吸管理手段控制患者呼吸或引导患者平稳呼吸有利于提高放疗精准度;基于MIP勾画的ITV靶区能够更好地反映肿瘤的运动。     

放疗靶区呼吸运动对CT模拟定位图像重建的几何体积精度的体模实验研究

目的:研究放射治疗病人的不同呼吸运动状态对CT模拟定位扫描的图像重建精度的影响以及对放射治疗计划设计和评估的影响。方法:使用动态体模模拟放疗患者肺部靶区的呼吸运动,测试和计算不同运动周期和幅度下用于治疗计划设计的CT扫描的图像重建几何体积的变化。体模运动单元包含1cm和2cm的两个统一密度的球体和边长3cm的正方体,分别设定在沿CT定位床轴向以±1cm和±2cm的幅度作运动周期为3s,4s,5s,6s和10s的匀速振动。CT扫描条件为螺距1.5,层厚5mm,扫描速度1Slice/s。在CT模拟定位工作站上对扫描的原始数据进行三维图像重建,以自动阈值勾画方式计算模拟靶区体积大小,并与体模的实际几何体积比较确定误差。结果:(1)在体模运动方向有明显的几何体积误差,且可能形成明显的成像间隙。(2)重建的模拟运动靶区体积变化与其物理体积大小和运动状态相关。在选定的CT扫描参数和靶区体积的运动状态下,CT扫描图像重建的体积误差最大达66.7%,在振幅为2cm时相隔2cm的模体图像甚至可能发生部分重迭。(3)靶区图像的几何中心可能发生偏差,从而造成治疗计划设计的射野中心偏差。结论:在呼吸运动幅度和周期分别大于2cm和4s时有必要对定位患者采取呼吸限制方式进行CT模拟定位扫描或根据实际测量结果评估靶区体积误差可能带来的计划误差。     

鼻咽癌放疗采用非共面多野适形照射所致剂量学优劣对比

目的:对于鼻咽癌放疗病人进行三维适形、非共面多野适形和调强放射治疗三种方式比较,分析其各自优缺点,指导临床应用。方法:收集病人资料,经CT定位后通过计划系统设计。三维适形计划设计给于病人面颈联合野对穿照射后缩小范围避开脊髓对穿照射同时加照电子线野,达到预防量后再次缩小照射范围并对原发灶区域放疗至根治量;非共面多野适形计划设计在三维适形面颈联合野基础上加照鼻前野和颅顶野,避免使用X线与电子线衔接照射,达到预防量后缩小范围对原发灶加量;调强计划设计使用逆向治疗计划设计,给于目标组织一定的剂量与体积后计算,通过调整使各靶区或正常组织精确受量,提供优于传统放疗的靶区剂量覆盖和正常组织保护。结果:分析计划数据可见,三维适形计划中靶区剂量均匀性欠佳,对于腮腺无法起到保护作用;非共面多野适形计划靶区均匀性优于前者且对于腮腺有较好保护,但对于脑组织和视觉系统存在一定损伤,由于入射路径较长引发随机性放射损伤概率增加;调强放射治疗计划在靶区内剂量均匀性和正常组织受量可控性方面均优于前二者。结论:三维适形放射治疗使用广泛而操作简便,但不存在剂量学优势,非共面多野适形照射技术存在一定缺陷,但剂量学优于三维适形计划,调强放疗计划对于剂量的全面精确性控制,证明其应用于鼻咽癌放疗的绝对优势地位。     

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。