X射线体元蒙特卡罗算法计划统计不确定度对直肠癌容积旋转调强放射治疗计划的影响

目的:研究Monaco放射治疗计划系统X射线体元蒙特卡罗(XVMC)算法中计划统计不确定度(SUpC)对直肠癌容积旋转调强放射治疗(VMAT)计划优化与剂量计算的影响。方法:回顾性选取2018年1-12月广西医科大学第一附属医院收治的10例直肠癌患者放射治疗资料,在Monaco放射治疗计划系统中采用XVMC算法,分别设置SUpC为0.25、0.50、0.75、1.00、1.25和1.50,设计6种VMAT计划(SUpC_(0.25)、SUpC_(0.50)、SUpC_(0.75)、SUpC_(1.00)、SUpC_(1.25)和SUpC_(1.50))进行优化和计算,比较6种不同VMAT计划中靶区最大剂量(D_(max))、平均剂量(D_(mean))、均匀性(HI)和适形度(CI)的差异,以及危及器官(OAR)的膀胱、小肠、股骨头和正常组织剂量差异,分析SUpC值对VMAT计划的控制点SUpC(SUpCP)、损失值loss、历史密度(HD)、优化计算时间(Time)、子野数(Segment)、机器跳数(MU)、出束时间(DT)等参数的影响。结果:随着SUpC增大,与SUpCP_(0.25)相比,其余5种计划靶区D_(max)、D_(mean)及HI分别增大,CI分别降低,差异有统计学意义(F=45.62、13.83、24.94、15.79,P<0.05),OAR膀胱的D_(max)、D_(mean)和正常组织的D_(max)、50 Gy剂量体积百分比(V_(50))分别增大,差异具有统计学意义(F=26.54、0.87、45.52、7.05,P<0.05)。与SUpCP_(0.25)相比,其余5种计划优化计算时间Time随SUpC增大分别减少,差异具有统计学意义(F=329.69,P<0.05)。SUpC≤1时,靶区D_(max)相比于SUpC_(0.25)时剂量偏差≤3%;SUpC≥1时,优化计算时间<10 min。结论:随着SUpC值增大,高剂量区域的D_(max)增多,靶区剂量被高估,靶区HI和CI变差,加速优化计算效率。针对Monaco计划系统进行直肠癌VMAT计划设计时推荐使用SUpC值为1,可以在保证计划质量最好的情况下有效提高直肠癌VMAT计划的优化效率,为直肠癌VMAT临床计划设计提供理论依据。

基于超声平面波的功率多普勒成像方法研究

基于平面波的超声成像方法可实现超快速的帧频,有利于检测人体组织中快速变化的信号,已成为超声领域研究的热点之一。采用多角度平面波相干复合的方法可有效抑制旁瓣,改善单一平面波的成像质量,权衡帧频和信噪比,可将其应用于血流的功率多普勒成像中。实验证明发射十个以上不同角度的平面波进行相干复合波束形成,B超图像对比度约为40 d B,且帧频可达1000 Hz。利用该方法在低速血流模型中进行实验,可以有效滤除组织信号,提取血流信号,信号强度表征血容量等血液动力学参数,说明基于平面波的功率多普勒方法对低速血流的检测具有较高的敏感性。在此基础上,深入探讨了复合图像采样帧数、时间分辨率和多普勒信息的关系。选取不同数量的复合图像计算血流功率多普勒信号,其帧频大于传统功率多普勒成像方法,可达百赫兹。复合图像帧数增多,帧频和时间分辨率降低,多普勒信息增强;反之亦然。高时间分辨率有利于快速血流检测,而提高灵敏度有利于微细低速血流检测。因此,基于平面波的功率多普勒成像技术有可能为心血管疾病和脑部血流检测开辟一条新思路。

射线能量和均整特性对宫颈癌容积旋转调强计划质量的影响

目的:探讨X射线能量和均整特性对宫颈癌容积旋转调强计划质量的影响.方法:回顾性选取15例宫颈癌患者,给所有患者分别使用4种能量模式(6 MV、10 MV、6 FFF、10 FFF),以相同的计划参数设置、相同的优化函数设置,设计4组容积旋转调强计划.比较4组不同能量模式计划的计量学差异,分析能量和均整特性对宫颈癌容积旋转调强计划质量的影响.结果:6 MV与10 MV计划的靶区剂量、危机器官受量、剂量分布的均匀性和适形性等参数的统计结果差异微小.与6 MV计划相比,10 MV计划的正常组织NT的V2Gy、V1Gy分别减少了1.2%、2.7%.均整模式计划的靶区剂量参数统计结果略优于非均整模式计划.四组计划的脊髓、直肠、膀胱、肾所接受的剂量和照射体积统计结果差异不大,差异无统计学意义(P>0.05).与均整模式计划相比,非均整模式计划的股骨头平均剂量Dmean降低1.2~1.7Gy,剂量体积V30Gy降低3.3%~4.7%,差异有统计学意义(P<0.05).6 FFF计划的正常组织NT接受的平均剂量Dmean和低剂量照射体积V比6 MV计划略小.10 FFF计划正常组织接受的平均剂量Dmean和低剂量照射体积V比10 MV计划略小(除V1Gy、V2Gy、V3Gy外);6 FFF计划比6 MV计划的机器跳数高27.2%,10 FFF计划比10 MV计划的机器跳数高44.2%;6 FFF计划比6 MV计划的执行时间长2.6秒,10 FFF计划比10 MV计划的执行时间长3.9秒.四组计划的执行时间差异不大,差异无统计学意义(P>0.05).结论:6 MV与10 MV两种能量对计划质量的影响差异微小,6 MV能量射线的计划能满足临床要求;均整模式计划在靶区覆盖率和均匀度上比非均整模式有微弱优势,但非均整模式计划保护股骨头有一定优势;高能量射线、非均整模式射线可以降低正常组织低剂量照射体积.

基准剂量优化在直肠癌术后放疗中的应用

目的:探讨Eclipse 8.6放射治疗计划系统中基准剂量计划(base dose plan,BDP)优化功能用于直肠癌术后调强放疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)的剂量学特性,并比较其与5野常规IMRT(R-IMRT)的剂量学差异。方法:选取直肠癌术后患者15例,分别设计5野R-IMRT计划和BDP计划,评估两组计划靶区和危及器官的剂量学参数和机器跳数(monitor units,MU)的差异。结果:BDP计划术后高危区PTV-1的适形性指数(conformity index,CI)(0.927±0.008)高于R-IMRT(0.915±0.016),均匀性指数(heterogeneity index,HI)(0.053±0.008)低于R-IMRT(0.055±0.007),差异均具有统计学意义(P <0.05)。BDP计划下膀胱D_(mean)、V_(30)、V_(40)、V_(50)低于R-IMRT(P<0.05),Dmax、V_(10)、V_(20)差异均无统计学意义(P> 0.05);小肠D_(max)、D_(mean)、V_(10)、V_(20)低于R-IMRT(P <0.05),V_(30)、V_(40)、V_(50)差异均无统计学意义(P> 0.05);股骨头和正常组织的受照射剂量均低于R-IMRT(P <0.05);MU(1130.93±72.23)略高于R-IMRT(1073.2±55.96)(P <0.05)。结论:IMRT和BDP计划均可满足直肠癌术后患者临床放射治疗的剂量需求,BDP计划的机器跳数有略微增加,但高危区适形度和均匀性,以及正常器官的保护均优于R-IMRT计划。

基于超快超声平面波成像的医学超声探头改进

目的基于平面波发射/接收原理的超快超声成像技术近年来已成为国际医学超声领域的研究热点,有望取代传统的聚焦扫描式超声成像技术。传统方式受其成像模式的限制,无法实现高帧频成像,而通过平面波发射以及相干复合方法,可大大提高超声成像的帧频。本文提出一个新的设想,即采用高程方向无聚焦换能器(non-elevation-focused probe,NEFP),相对于传统的高程方向有聚焦换能器(elevation-focused probe,EFP),可能有助于进一步提高超快超声成像技术的成像效果。方法首先简要介绍平面波相干复合成像的原理和方法,进而通过FieldⅡ软件仿真,验证相干复合成像方法对平面波成像图像质量的提升效果。最后,通过仿真和实验实现探头高程方向的发射声束聚焦模式,并对上述2种模式换能器的平面波成像效果进行了对比分析。结果使用平面波复合成像算法得到很好的成像效果,两种探头经对比,NEFP探头成像图像的对比度相对于EFP探头明显增强。结论对于超快超声成像方法,使用NEFP超声探头可以取得更优的成像效果。

控制点统计不确定度对直肠癌容积旋转调强放疗剂量计算的影响

目的 探讨使用Monaco计划系统X射线体素蒙特卡罗(XVMC)算法在直肠癌容积旋转调强放疗(VMAT)剂量计算中,不同控制点统计不确定度(SUpCP)对于计算精度和计算效率的影响,给出满足临床剂量计算的控制点统计不确定度。方法 选取直肠癌放疗患者19例,在Monaco计划系统中首先设置SUpCP值为3进行VMAT计划优化和剂量计算获取初始计划,再分别设置SUpCP为1~10(间隔为1)重新计算剂量,获得10组共190个VMAT计划剂量分布,评估靶区D_(max)、D_(mean)、D_(95%)、V_(50)、均匀性(HI)和适形度(CI)的差异,同时评估膀胱、小肠和股骨头的剂量,以及统计各组剂量计算所使用时间(T),分别采用Farmer型电离室和矩阵电离室对每个患者计划进行等中心点绝对剂量测量和三维剂量分布验证,分析绝对剂量偏差ΔD_(ISO)和伽马通过率γ_(33)、γ_(32)、γ_(22)。结果 随着SUpCP值增大,靶区D_(max)和HI增大,D_(95%)和V_(50)降低,膀胱的D_(max)增大,T显著降低,γ_(32)、γ_(22)降低(P<0.05)。靶区的D_(mean)和CI、膀胱的D_(mean)、小肠和股骨头的D_(max)和D_(mean)、ΔD_(ISO)和γ_(33)差异无统计学意义(P>0.05)。所有剂量计算结果的绝对剂量偏差ΔD_(ISO)均<1%,三维剂量分布通过率均>90%;SUpCP值<6时,靶区D_(max)不超过处方剂量的110%;SUpCP值>2时,剂量计算时间<5 min。结论 在Monaco计划系统使用XVMC算法进行直肠癌VMAT剂量计算时,建议设置控制点统计不确定度为3~5,可以快速获得较准确的剂量,同时在三维剂量验证伽马通过率分析时建议使用3%2 mm或2%2 mm标准,本研究为直肠癌VMAT的剂量精确计算提供临床应用依据。