利用Delta4对放疗计划进行剂量体积直方图评价的可行性研究

目的:探讨Delta4在放疗计划验证过程中进行剂量体积直方图(DVH)评价的可行性。方法:将基于日志文件的三维剂量重建方法(利用Mobius FXTM实现)作为参考方法,采用Bland-Altman统计方法对基于Delta4的三维剂量评价方法和参考方法在宫颈癌和鼻咽癌容积调强放疗验证中的一致性进行分析,评价两种方法是否具有互换性,从而论证Delta4用于放疗计划DVH评价的可行性。Bland-Altman一致性分析利用的指标为日志文件重建剂量与Delta4实测剂量的均值和差值、TPS计算剂量和Delta4预测剂量的均值与差值,并以此分别绘制均值-差值散点图,通过观察散点分布区间来判断两种方法的一致性。结果:在鼻咽癌一致性分析中基于日志文件重建剂量与Delta4实测剂量、TPS计算剂量和Delta4预测剂量分别有99%的测量点和97%的测量点落在均值-差值散点图95%一致性区间内;在宫颈癌一致性分析中基于日志文件重建剂量与Delta4实测剂量、TPS计算剂量和Delta4预测剂量有95%的测量点落在均值-差值散点图95%一致性区间内,落在95%一致性区间外的测量点占比在5%之内。结论:基于Delta4的三维剂量评价方法和基于日志文件的三维剂量重建方法一致性很好,可以互换,因此使用Delta4对计划进行DVH评价是可行的。     

食管癌调强计划三维剂量验证中γ通过率最佳阈值的研究

目的 基于三维剂量验证系统EDose^TM,寻找食管癌调强放疗计划验证中利用γ分析方法判别计划是否通过的最佳阈值。方法 回顾性地选取25例经临床批准的食管癌7野调强计划,使用Edose^TM在计划CT中重建三维剂量,并进行γ分析和剂量体积直方图（DVH）评价。然后,按照以下两个准则对计划分类：DVH特定剂量学指标绝对百分剂量差异<5%视为临床可接受计划。3%/3 mm基准下,γ通过率>90%,认为计划通过。根据分类结果绘制出受试者工作特征（receiver operating characteristic,ROC）曲线,通过计算约登系数的方式寻找全局γ在5%/3 mm、3%/3 mm和2%/2 mm基准下的最佳通过率阈值,并对最佳阈值在计划判别中的敏感性和特异性进行分析。结果 全局5%/3 mm、3%/3 mm和2%/2 mm基准下的最佳阈值分别为98.66%、94.84%和78.56%。在常规阈值90%处,全局3%/3 mm基准下的敏感性和特异性分别为0.17和0.84,而最佳阈值同样条件下的敏感性和特异性分别为0.85和0.27;全局5%/3 mm和2%/2 mm基准下最佳阈值的敏感性分别为0.89和0.65,特异性分别为0.23和0.47。结论 在3%/3 mm基准下最佳阈值较常规阈值（90%）敏感性得到显著提升,提高了阻止不可接受计划通过的能力;在2%/2 mm基准下,最佳阈值的敏感性和特异性更为平衡（相对3%/3 mm基准）,一定程度上减少了不可接受计划通过的概率,同时也降低了可接受计划被误判的机会。     

宫颈癌容积调强计划验证中伽马通过率最佳阈值研究

目的 面向宫颈癌容积调强计划验证,基于Delta 4三维剂量验证系统,探寻在不同的伽马分析基准(百分剂量差异/一致性距离差异)下评判计划实施的最佳通过率阈值。方法 选取30例经临床批准的双弧容积调强(采用瓦里安RapidArc^TM技术)宫颈癌计划,利用Delta 4对其进行伽马分析和DVH评价。根据两个准则对全部计划进行分类:①DVH上所有特定剂量学指标的绝对百分剂量差异<5%视为临床可接受计划;②在2%/2 mm、3%/3 mm基准下伽马通过率超过90%或95%视为计划通过。基于此分类结果进行敏感性和特异性分析,并绘制受试者工作特征曲线(ROC),通过计算约登系数的方式寻找不同伽马分析基准(全局与局部2%/2 mm和3%/3 mm)条件下的最佳通过率阈值,最后通过分析敏感性和特异性来定量比较在常规阈值(90%和95%)和最佳阈值处区分计划是否能被临床接受的能力大小。结果 全局3%/3 mm和2%/2 mm基准下的最佳阈值点分别为98.3%和87.05%;局部相同基准下的最佳阈值点分别为97.55%和86.05%。在3%/3 mm测量基准下,最佳阈值相比于常规阈值(90%和95%)而言其全局和局部伽马敏感性可以达到0.93;而在2%/2 mm测量基准下最佳阈值的全局伽马敏感性为0.65,特异性为0.49;局部伽马敏感性为0.70,特异性为0.46,敏感性和特异性更为平衡。结论 利用最佳阈值点判别治疗计划是否通过可让敏感性和特异性之间取得较好平衡,一定程度上减少了不可接受计划因漏判给患者带来危害机会,同时降低了可接受计划因误判而增加物理师日常工作量概率。     

CRT+IMRT混合调强与IMRT技术在乳腺癌放疗计划的剂量学比较研究

目的 探讨适形放疗(CRT)+固定野调强放疗(IMRT)混合调强(HyIMRT)技术与IMRT技术在乳腺癌根治术后放疗计划的剂量学差异。方法 选取湘雅常德医院2019-2020年收治的左乳腺癌(10例)和右乳腺癌(10例)根治术后患者的CT图像,对患侧胸壁、内乳淋巴结区域及锁骨上淋巴结区域进行统一勾画,针对每例患者的CT图像分别设计HyIMRT计划与改进后的IMRT计划。比较计划靶区(PTV)和危及器官(OAR)相关剂量学参数,并使用Bland-Altman方法绘制两种计划方案的均值-差值散点图,判断两种计划方案的一致性。结果 两种计划乳腺癌PTV相关参数仅右乳98%靶区体积受到的照射剂量(D₉₈)、适形指数(CI)有明显差异(P<0.05),HyIMRT计划高于IMRT计划,其余参数均无明显差异(P>0.05)。左乳腺癌患者：相较于IMRT计划,HyIMRT计划在右肺、双肺5 Gy剂量所包绕的体积(V₅)及右乳平均照射剂量(D_mean)和5%乳腺体积受到的照射剂量(D₅)存在一定优势(...     

基于深度学习方法预测IMRT计划射野的γ通过率

目的:建立卷积神经网络（CNN）模型预测IMRT计划射野的γ通过率（GPR）。方法:从Eclipse治疗计划系统中选取48例脑胶质瘤患者的IMRT计划,共计260个照射野,制作每个计划基于电子射野影像系统测量的验证计划,并在Varian 23EX直线加速器上执行。利用portal dosimetry剂量测定软件包对计划剂量的计算值和电子射野影像系统实测值进行γ分析,得到射野在2%（global）/2 mm标准下的GPR。选取portal dosimetry系统计算的剂量分布图作为输入数据,并将数据集划分为训练集208个射野,验证集和测试集各26个射野。基于tensorflow框架建立CNN模型去学习射野的剂量分布图与GPR之间的相关性,并使用平均绝对误差对模型的预测效果进行评估。结果:在验证集和测试集上,96%样本的GPR预测误差都小于±3%,最大误差分别为3.09%和3.54%,平均绝对误差分别为0.99%和1.17%,模型预测和实际测量的GPR之间的皮尔逊相关性系数r分别为0.96和0.90。结论:深度学习CNN模型可以准确地预测脑胶质瘤患者IMRT计划射野的GPR,有助于物理师提前识别可能不能通过QA测量的计划,有效地促进临床放疗的QA工作。     

统计过程控制方法在加速器日常输出剂量稳定性中的研究

目的:运用统计过程控制(SPC)方法研究医用直线加速器6 MV X射线输出剂量稳定性。方法:使用PTW QUICKCHECK webline晨检仪采集湘雅常德医院Varian Trilogy加速器2019年1月12月257个工作日的6 MVX射线的中心轴输出剂量,使用SPC方法绘制均值-极差控制图(X-R图),将样本大小设定为2,观察129个样本点分布情况并计算过程能力指数(CP和CPK)判断加速器6 MVX射线输出剂量稳定性情况。结果:129个样本点中存在3个超过上控制线的数据异常点(119号、121号以及122号),提示物理师在此时间段内需人为干预调整输出剂量,过程能力指数CP=1.48和CPK=1.35,表明加速器6 MVX射线中心轴输出剂量在整个测量过程中处于稳定可控水平。结论:SPC方法可以实现对医用加速器6 MV X射线输出剂量的日常运行监测评估,为加速器质量管理提供信息参考依据,保证加速器运行处于安全稳定状态。     

肿瘤放疗中塑形垫结合热塑网膜体位固定方式的摆位误差研究

目的:探究塑形垫结合热塑网膜体位固定方法在放疗过程中较单一热塑网膜或真空垫固定方法能否减少摆位误差。方法:分析2018年1月至2019年12月于湘雅常德医院接受放疗的头颈和胸腹肿瘤患者66例,其中头颈肿瘤患者27例、胸腹肿瘤患者39例。15例头颈肿瘤患者使用头颈肩热塑面罩固定(A组),12例使用塑形垫结合头颈肩热塑面罩固定(B组);19例胸腹肿瘤患者使用真空垫固定(A组),20例使用塑形垫结合热塑体膜固定(B组)。对所有患者实施锥形束CT扫描,统计配准后得到左右(left-right,LR)、头脚(superior-inferior,SI)和腹背(anterior-posterior,AP)方向及旋转角度摆位误差值,分析不同体位固定方式间的摆位误差大小。结果:对于头颈肿瘤患者,B组在LR、SI以及旋转角度误差分别为(0.06±0.06)cm、(0.08±0.07)cm、(0.12±0.17)°,小于A组的摆位误差(0.10±0.11)cm、(0.13±0.14)cm、(0.25±0.47)°,差异具有统计学意义(P<0.05),AP摆位误差差异无统计学意义(P>0.05);对于胸腹部肿瘤患者,B组在LR和旋转角度误差分别为(0.10±0.08)cm、(0.09±0.18)°,小于A组摆位误差(0.14±0.12)cm、(0.22±0.39)°,差异具有统计学意义(P<0.05),在SI和AP摆位误差差异无统计学意义(P>0.05)。结论:在头颈肿瘤和胸腹肿瘤患者放疗过程中使用塑形垫结合热塑网膜的体位固定方式相比于其他单一体位固定方式而言,能够提升患者体位的重复性、稳定性,减少摆位误差。     

基于广义等效均匀剂量优化的直肠癌计划在固定野和容积旋转调强放疗中的比较

目的:比较基于广义等效均匀剂量(g EUD)优化的容积旋转调强和固定野调强技术直肠癌放疗的生物学参数和剂量学特点,为临床选择提供一定依据。方法:选取10名经过医生勾画靶区的直肠癌患者,对每位患者分别设计5野调强计划(5FIMRT)、7野调强计划(7FIMRT)和容积旋转调强计划(Rapid Arc),处方剂量为50 Gy/25 F。比较3组计划的平均剂量体积直方图和机器跳数,靶区适形度、均匀性,危及器官的正常组织并发症概率(NTCP)及靶区和危及器官的g EUD和物理剂量。结果:3组计划的靶区剂量均能达到临床要求。在适形度与均匀性上,Rapid Arc优于5 FIMRT和7 FIMRT(P0.05)。在小肠和膀胱保护方面,7FIMRT和Rapid Arc无差异(P0.05),且均优于5FIMRT(P0.05);对于双侧股骨头,Rapid Arc优于7FIMRT(P0.05),7FIMRT优于5FIMRT(P0.05)。Rapid Arc的机器跳数远小于5FIMRT和7FIMRT(P0.05)。结论:在基于g EUD优化的计划中,容积旋转调强计划和7野调强计划均优于5野调强计划。容积旋转调强计划和7野调强计划相比,在靶区适形度与均匀性,以及股骨头受量和效率方面具有优势。     

基于危及器官分区约束的等效均匀剂量优化在直肠癌容积调强放疗中的应用

目的:评估基于危及器官分区约束的等效均匀剂量优化在直肠癌容积调强放疗中的剂量学和生物学优势。方法:随机选取临床批准的经过剂量-体积优化的直肠癌容积调强放疗计划10例(PHY计划)。以PHY计划为基础,分别根据小肠,膀胱与靶区的位置关系,将危及器官进行分区并根据组织特性参数(a值)对剂量热点敏感性的不同,给予不同的a值进行等效均匀剂量优化(EUD计划)。根据a值越大对剂量热点越敏感这一特点,靶区与危及器官重叠部分的剂量相对其它区域来说较高,热点出现概率较大,取较大的a值进行等效均匀剂量优化(a=10)。重叠部分外扩9 mm且与小肠和膀胱相交区域的剂量热点出现概率相对重叠区域较低,a值取8和5;同理,其余小肠和膀胱区域由于远离高剂量的靶区,a值分别取6.7和2.3。最后对EUD计划和PHY计划的剂量学以及生物学进行比较,并且通过SPSS 22软件对所得数据的差异性进行分析。结果:EUD计划的靶区情况与PHY计划基本一致。进行分区处理的EUD计划中危及器官的剂量参数和正常组织并发症概率均有不同程度降低,其数据差异均具有统计学意义(P0.05)。其中,小肠和膀胱的平均剂量分别下降4.5、6.8 Gy;正常组织并发症概率下降40.0%和6.6%。结论:基于危及器官分区约束的等效均匀剂量优化在直肠癌容积调强放疗中能够在保持靶区不受影响的情况下显著降低危及器官的受照剂量以及放疗并发症概率,对改善计划质量具有一定意义。     

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。