基于三NaI(Tl)晶体探测器的放射源定位研究

设计了一种三NaI(Tl)晶体组成的γ射线源定位探测器系统,并通过模拟仿真及实验研究了三NaI(Tl)晶体探测器在137Cs辐射场中全能峰占比计数随距离及入射粒子方向变化的关系。结果表明:在远距离探测情况下,采用全能峰占比法可以有效消除源与探测器间距对角度分辨的影响。对于探测距离约为2.58m的1.36×10^6Bq的^137Cs源,测量的最大角度偏差≤1.72°,定位位置相对偏差为3.71%。

基于形变配准分析18例鼻咽癌放疗中肿瘤靶区和危及器官剂量变化

目的在鼻咽癌调强放疗过程中,靶区和危及器官的体积不断变化,可能导致其实际接受剂量与初次计划剂量不一致。本研究通过形变配准方法获得2次计划的累积剂量,为预测鼻咽癌调强放疗的治疗反应提供参考。方法收集2014-07-08-2018-05-02山东省肿瘤医院放疗科收治的18例进行同步加量调强放疗的鼻咽癌患者,在定位图像CT1上制定初次放疗计划Plan1,在治疗20~25分次后的复位图像CT2上制定放疗计划Plan2。利用Velocity将Plan2剂量与Plan1剂量分别刚性和形变配准累加得到Plan刚性和Plan形变。比较靶区和危及器官在Plan1、Plan2、Plan刚性和Plan形变的剂量-体积指标变化。结果18例鼻咽癌患者CT1和CT2中大体肿瘤靶区(gross tumor volume,GTV)分别为(79.28±49.66)和(64.47±42.39)cm3,Z=-3.724,P<0.001;左腮腺体积分别为(16.76±4.74)和(10.77±4.07)cm3,Z=-3.724,P<0.001;右腮腺体积分别为(16.63±4.40)和(10.46±3.99)cm3,Z=-3.724,P<0.001。形变配准左腮腺(t=5.158,P<0.001)、右腮腺(t=7.808,P<0.001)、左视神经(t=2.664,P=0.016)和脊髓(t=4.660,P<0.001)相似指数与刚性配准比较,差异有统计学意义。Plan2与Plan1相比,左右腮腺的V30以及脑干、左右眼球、左右晶状体、左右视神经的Dmax均下降,平均下降17.0%~60.1%。Plan形变与Plan1相比,GTV和肿瘤计划靶区(plan gross tumor volume,PGTV)的Dmean、D99,腮腺Dmean以及眼球和视神经Dmax变化均<5%。Plan刚性与Plan1相比,GTV和PGTV的Dmean、D95,腮腺Dmean、V30、D50以及眼球和视神经Dmax变化均<10%。结论鼻咽癌调强放疗过程中,肿瘤靶区及腮腺体积缩小,形变累加后靶区和危及器官各项剂量-体积指标与初次计划基本相当,因此初次计划的剂量-体积指标可以预测放疗过程中的疗效和放射性损伤。

基于磁共振图像制定鼻咽癌调强放射治疗计划的赋值方法研究

目的探讨不同CT值赋值法对鼻咽癌调强放射治疗(IMRT)计划剂量计算的影响,以及基于磁共振(MR)图像制定鼻咽癌IMRT计划的赋值方法。方法选取2018年3月至2018年11月在山东省肿瘤医院行IMRT的32例鼻咽癌患者,在其定位CT图像上勾画并统计骨骼、空腔、大脑、眼球、视神经、晶状体、腮腺、咬肌、皮肤等组织器官的群体化CT值。通过不同CT值赋值法生成伪CT:(1)CT1:对全组织整体赋予0 HU;(2)CT2:在CT1的基础上对空腔赋予群体化CT值;(3)CT3:在CT2的基础上对骨骼赋予群体化CT值;(4)CT4:在CT3的基础上对各个软组织分别赋予群体化CT值。在定位CT上制定鼻咽癌IMRT计划Plan0,再将Plan0分别移植到4个伪CT上重新进行剂量计算,得到Plan1、Plan2、Plan3和Plan4,并分别与Plan0进行剂量学比较。在定位MR图像上对各组织器官分别赋予群体化CT值并制定鼻咽癌IMRT计划。结果鼻咽癌患者的头颈部CT图像中,骨骼群体化CT值平均为621 HU,空腔群体化CT值平均为-720 HU,其余软组织群体化CT值范围为-20~70 HU。Plan1、Plan2、Plan3、Plan4与Plan0的剂量指标差异依次减少,其中Plan4与Plan0的剂量学参数差异最小,PTV D_(95)、PTV D_(99)、等中心点剂量、全组织D_(mean)、左右眼球D_(max)、左右晶状体D_(max)、左右视神经D_(max)、左右腮腺D_(mean)、左右腮腺V_(20)、左右腮腺D_(50)、脊髓D_(max)、脑干D_(max)、脑干D_(5)差异<1%,左右腮腺V_(30)差异<1.5%。像素点剂量分布比较,剂量分布差异>1%的区域主要分布于空腔间隙、骨骼周边以及皮肤。基于MR图像制定的鼻咽癌IMRT计划靶区满足95%处方剂量,各危及器官的受量均在剂量限制条件内。结论将所有器官和组织分别赋予群体化CT值的赋值方法较其他方法对鼻咽癌IMRT计划剂量计算影响最小,可以基本满足临床要求,应作为基于MR图像制定鼻咽癌IMRT计划时的首选赋值方法。

左侧乳腺癌根治术后调强放疗中剂量累加的研究

目的通过形变配准及刚性配准进行左侧乳腺癌放疗中靶区及危及器官剂量累加的研究,探讨二者受量的变化规律。方法回顾分析16例女性左侧乳腺癌根治术后患者,靶区包括锁上淋巴结引流区加胸壁,均采用6 MV X射线调强放疗(IMRT)。所有患者均接受定位、二程CT扫描,在定位图像(CT1)上制定放疗计划为Plan1,在二程定位图像(CT2)上制定放疗计划为Plan2。利用Velocity软件将Plan2的剂量进行刚性、形变配准到CT1剂量累加后获得Plan-rigid、Plan-deform。比较4个计划中靶区及危及器官的剂量学差异。结果CT2比CT1的CTV体积平均缩小6.64%;形变后靶区剂量均匀性指数(HI)提高23.05%,而形变后心脏、左、右肺戴斯相似系数(DSC)均低于形变前(0.94±0.01 vs.0.89±0.05、0.96±0.01 vs.0.91±0.03、0.96±0.01 vs.0.92±0.03),且差异均有统计学意义(Z=-3.208、-3.533、-3.535,P<0.05);心脏及左肺各剂量-体积指标在Plan2、Plan-rigid、Plan-deform与Plan1的组间差异均无统计学意义(P>0.05);在Plan-rigid组各剂量-体积指标均高于Plan-deform组。结论靶区及危及器官体积、剂量-体积指标变化较小的左乳癌根治术后患者在进行放疗剂量累加时,推荐使用刚性配准,且初次调强计划的剂量-体积指标可基本反映双肺及心脏的受量情况。

大体积肺癌IMRT初次及二次计划剂量学变化研究

目的采用刚性配准和形变配准方法获得大体积非小细胞肺癌(NSCLC)IMRT中靶区和危及器官(OAR)的累加剂量,并与初次计划的剂量进行比较。方法选择30例采用IMRT的大体积NSCLC患者,每位患者分别在放疗前和放疗20分次时进行4DCT模拟定位,基于初次4DCT的平均密度投影CT1-avg制定放疗计划为Plan1,基于二次4DCT的平均密度投影CT2-avg修改放疗计划为Plan2,分别采用刚性配准和形变配准方法将两次计划进行剂量累加得到Plan刚性和Plan形变。比较初次定位和二次定位之间大体肿瘤体积(GTV,以吸气末时相图像CT50%上的勾画为准)和OAR(OAR,以平均密度投影图像CTavg上的勾画为准)的体积变化,以及Plan2、Plan刚性、Plan形变的剂量体积指标相比Plan1的差异。结果二次定位和初次定位相比,GTV、心脏体积分别缩小44.2%、5.5%,患侧肺、健侧肺、全肺体积分别增大5.2%、6.2%、5.8%(P<0.05);对于内GTV(IGTV,10个4DCT时相的GTV融合而来)和计划靶体积(PTV)的D95%、D98%、V100%,Plan2与Plan1相近(P>0.05),Plan刚性、Plan形变较Plan1均略有下降(P<0.05);对于脊髓、心脏、患侧肺、双肺剂量,Plan2、Plan刚性、Plan形变较Plan1均降低(P<0.05),其中心脏V30Gy和Dmean分别降低27.3%、16.5%、15.3%和15.2%、6.6%、5.6%,双肺V20Gy和Dmean分别降低15.6%、4.5%、3.7%和15.7%、6.2%、5.1%;Plan形变的IGTV和PTV的D95%、D98%,心脏V40Gy,患侧肺和全肺的V20Gy、Dmean高于Plan刚性(P<0.05)。形变配准后OAR相似指数明显高于刚性配准(P<0.05)。结论Plan2中OAR剂量体积指标相比Plan1差别很大,因此它们在预测OAR放射性损伤方面均有较大偏差,而形变配准得到的剂量体积指标可以提高预测精度。

不同CT值赋值法对脑转移瘤放疗剂量计算影响的研究

目的研究不同CT值赋值法对脑转移瘤放疗计划剂量计算的影响,为基于磁共振(MR)图像进行放疗计划设计提供基础。方法选取35例接受放疗的脑转移瘤患者,每位患者在放疗前同一天分别进行CT和MR模拟定位,基于CT图像制定三维适形放射治疗(3D-CRT)或调强放射治疗(IMRT)计划为原计划Plan1。将CT图像和MR图像刚性配准,在CT和MR图像上勾画主要的组织和器官,计算各组织器官的群体化CT值。基于CT图像,采用3种CT值赋值法生成3组伪CT,分别为:全组织赋予140 HU;空腔、骨骼和软组织分别赋予-700、700和20 HU;不同组织器官分别赋予群体化的CT值。Plan1在3组伪CT上重新计算剂量分布,分别获得Plan2、Plan3、Plan4,然后比较这3组计划和Plan1的剂量学差异。结果骨骼、空腔平均CT值分别为(735.3±68.0)、(-723.9±27.0)HU,软组织的平均CT值基本分布在-70~70 HU。Plan2、Plan3、Plan4相比Plan1的剂量差异依次减小,在剂量指标比较中,眼晶状体最大剂量差异最大,分别可达5.0%以上、1.5%~2.0%、1.0%~1.5%,其余剂量指标差异的95%置信区间上限基本不超过2.0%、1.2%、0.8%。在像素点剂量比较中,局部靶区病例中差异>1%的区域主要分布在靠近射野的皮肤处,而全脑靶区病例中主要分布在骨骼与空腔、软组织交界处,以及靠近射野的皮肤处。此外,CT值赋值法在3D-CRT的剂量学差异大于IMRT,在全脑靶区病例大于局部靶区病例。结论不同CT值赋值法对脑转移瘤放疗计划剂量计算的影响显著,对骨骼、空腔和软组织赋予合适CT值,剂量计算偏差可基本控制于1.2%以内,而对各组织器官赋予群体化的CT值,可进一步将偏差控制于0.8%以内,满足临床要求。