CT扫描电压与CT值-相对电子密度值转换曲线不匹配对放疗计划剂量的影响

目的:探讨选取不同放疗定位CT扫描电压和CT值-相对电子密度值（CT-RED）转换曲线对放疗计划剂量计算的影响。方法:利用大孔径CT模拟定位机在80、100、120和140 kV电压下对CIRS 062M模体进行扫描,分别建立不同电压下的CT-RED转换曲线;在均匀石蜡模体中心嵌入高密度材料,通过选择不同CT扫描电压与CT-RED转换曲线的组合条件,在计划系统（TPS）设计不同照射角度的放疗计划。分别在高密度材料前、材料中和材料后选取3个兴趣点I1、I2、I3,统计高密度材料的Dmean、D2、D98,分析CT扫描电压与CT-RED转换曲线不匹配时对以上3个兴趣点剂量（DI1、DI2、DI3）和高密度材料Dmean、D2、D98的影响。结果:CT扫描电压与CT-RED转换曲线不匹配的组合条件下,放疗计划剂量有较大差异,其中Dmean、D98、DI2、DI3影响较大,差异具有统计学意义（均P<0.05）。结论:放疗患者CT定位的扫描电压需要与TPS计划设计时选取的CT-RED转换曲线匹配,否则会造成高密度组织中的剂量和射野出口处的剂量计算有较大差异,从而影响放疗计划的准确性。     

基于多任务学习方法的单模多器官三维剂量分布预测研究

目的 构建可同时预测多个器官三维剂量分布的统一模型,自动学习多器官间几何解剖结构对其沉积剂量的影响。方法 收集同一肿瘤类型临床放疗计划,以多个危及器官的各体素为研究对象,其沉积剂量为剂量学特征,采用可学习不同任务间关系的正则化多任务学习方法,建立器官间的任务关系矩阵,构建器官间几何结构与剂量分布的关联。实验以15例鼻咽癌病例的IMRT计划所涉及的危及器官脊髓、脑干和左右腮腺为研究对象建立单模多器官关联,计算其体素预测剂量与临床计划剂量的相对百分误差,研究方法的可行性。结果 10例鼻咽癌IMRT计划用于训练,5例用于测试。 测试结果显示单模多器官方法预测精度较高、数据量需求少,其中脊髓、脑干、左右腮腺的平均体素相对处方剂量百分误差分别为(2.01±0.02)%、(2.65±0.02)%、(2.45±0.02)%和(2.55±0.02)%。结论 提出一种可在同一模型中预测多个器官剂量的单模多器官模型,该模型在提高预测精度的同时避免多次的单器官建模,为实现智能计划设计奠定良好基础。     

基于神经网络学习方法的放疗计划三维剂量分布预测

目的研究利用神经网络建立患者几何解剖结构特性与对应放疗计划三维剂量分布的关联模型,用以新患者的计划剂量 学特性预测。方法收集并应用25例固定13野临床前列腺癌IMRT/SBRT计划,处方剂量为50 Gy,以体素为研究对象,提取器 官体积、射线角度、器官位置关系等信息,采用神经网络构建剂量预测模型。随机选取20例用于训练,5例用于验证,以验证预 测方法的可行性与有效性。结果实验表明,模型训练误差较小,验证样本剂量差异小,预测结果准确。模型训练误差较小,点 对点平均剂量差异不高于0.0919±3.6726 Gy,DVH差异不超过1.7%。5例验证样本,剂量差异为0.1634±10.5246 Gy,百分剂量 差异在2.5%以内,DVH差异在3%以内。三维剂量分布显示剂量差异较小,预测剂量分布合理。模型对膀胱和直肠预测性能表 现较好,股骨头次之。结论本文使用神经网络学习方法成功建立了同肿瘤类型患者几何解剖结构特性和对应计划三维剂量分 布之间的关联,不仅可以为计划提供质量标准,还为实现自动计划控制和计划设计奠定基础。     

基于约束优先级列表的调强放疗自动多目标优化方法

本研究提出一种可将临床偏好量化为优先级列表,并在此基础上建立自动调整约束并生成该条件下优化解的IMRT多目 标优化方法。本优化方法由计划剂量学约束自动调整机制和约束下的基于体素权重因子的自动FMO模型嵌套组成。剂量约 束的自动调整需首先根据临床对各感兴趣区域剂量约束的重视程度提炼为约束优先级列表,后以列表为依据,分步对剂量约束 进行调整,使各约束随迭代进行时逐步达到最佳设置状态。剂量约束每调整1次,紧随调用基于体素权重因子的FMO模型,解 得满足当前约束的全局最优计划。为验证本优化方法的可行性与有效性,临床收集6例已治宫颈癌IMRT计划,使用本文方法 对其重新自动生成优化的计划,并比较原始（临床）计划和优化计划的质量,含计划DVH曲线和临床关注的剂量约束指征项的 具体数值,查看其计划质量提高成效。6例临床IMRT计划表明,使用本文方法生成的优化计划较原始计划可得到相当PTV覆 盖率、均匀性的同时,有效减少OAR受量,提高计划质量。其中,优化计划直肠的平均V45 从原始计划的（41.99±13.31）%降到 （32.55±22.27）%;膀胱的平均V45 从（44.37±4.08）%降到（28.99±15.25）%。计划优化过程可实现基本自动化。     

基于危及器官预测剂量分布与gEUD混合目标的调强放疗计划优化

目的 提出一种可充分利用危及器官预测剂量分布信息,同时最大限度地改善输出计划质量的调强放疗计划优化方法。方法 构建以危及器官预测剂量分布作为优化引导的新型通量分布优化模型,考虑到预测的不确定性,模型中同时耦合了危及器官的等效均匀剂量目标（gEUD）以在预测引导的基础上进一步改善最优化求解空间。为验证优化方法的有效性,实验选取8例宫颈癌调强放射治疗（IMRT）计划,利用该方法对其重新优化后比较所得计划与原始计划间在剂量分布和特定剂量学指征项上的质量差异。结果 该优化方法具有可行解且收敛快速,所得优化计划与原始计划相比,靶区内热点减少,其剂量均匀性提高;危及器官受量也均有改善,直肠V₃₀和V₄₅分别减小了（6.60±3.53）%和（17.03±7.44）%,差异有统计学意义（t=-4.954、-6.055,P<0.05）,膀胱V₃₀和V₄₅分别减小（14.74±5.61）%和（14.99±4.53）%,差异有统计学意义（t=-6.945、-8.759,P<0.05）。结论 所提出的基于预测剂量分布和gEUD混合目标的调强放疗计划优化方法可有效地利用预测剂量分布,并保障输出计划的优质性。     

俯卧盆腔固定装置在妇科肿瘤调强放疗计划中的剂量学影响

目的研究俯卧盆腔固定装置对妇科肿瘤调强放射治疗剂量学的影响。方法回顾性分析2020年8月至2021年6月在中山大学附属第三医院接受放疗的宫颈癌和子宫内膜癌患者共20例, 每位患者均采取两种方法勾画外轮廓, 第1种仅包含患者轮廓, 第2种包含患者轮廓和固定装置。每例患者在放疗计划系统(TPS)中分别用两组轮廓计算相同的7野调强计划, 通过剂量体积直方图(DVH)和计划相减来比较不带固定装置计划Planwithout和带固定装置计划Planwith间剂量学差异。在仿真人模体中使用EBT3胶片验证实际点剂量, 并分别比较其与上述两个计划剂量的差异。结果 Planwith的靶区100%、98%处方剂量的覆盖体积V50 Gy、V49 Gy和均值Dmean分别下降了19.75%、7.99%和2.54%(t = 8.96、10.49、22.09, P<0.01);皮肤的V40Gy、V30Gy、V20Gy、V15Gy和Dmean分别上升了51.79%、51.05%、45.72%、33.63%和10.80%(t = -2.54、-5.63、-15.57、-24.06、-13.88, P<0....