基于深度学习的临床靶区与危及器官自动勾画方法在宫颈癌中的应用

目的探讨基于深度学习的临床靶区(CTV)与危及器官(OAR)自动勾画方法在宫颈癌中的应用,并评估其勾画精度,为临床提供参考。方法选取2021年1月至2022年12月中国人民解放军总医院第一医学中心130例宫颈癌患者的CT图像,由放疗医师统一勾画CTV及OAR。将其中100例患者的CT图像传至Manteia AccuLearning自主学习平台进行模型训练,并将训练好的模型导出至AccuContour自动勾画平台,对剩余30例患者进行CTV及OAR的自动勾画,与放疗医师手工勾画的结构进行比较。通过Dice相似系数(DSC)、95%Hausdorff距离(HD95)和对称位置的平均表面距离(ASSD)指标评价勾画效果。结果CTV的平均DSC为0.793,平均HD95为3.309 cm,平均ASSD为5.420 mm;对于OAR,除十二指肠和肠道外,左右肾、膀胱、左右股骨头、脊髓和直肠的平均DSC均≥0.836,平均HD95均≤3.323 mm,平均ASSD均≤1.881 mm。结论基于自主深度学习训练平台的OAR勾画方法可较为准确地实现宫颈癌患者CTV及OAR的自动勾画,提高工作效率。高度集成、流程化的深度学习自主训练平台可简便高效地完成对数据的清洗、参数调试与模型训练,大大提高临床应用的方便性,满足临床使用需求。

Elekta和Varian医用直线加速器束流特性的比较研究

目的：分析和评估Varian和Elekta两台医用直线加速器束流特性的差异,为临床准确地实施其质量保证（QA）和剂量学应用提供依据。方法：采用三维水箱测量,比较分析Varian Clinac i X和Elekta Precise直线加速器6 MV X射线辐射源的开野/60°楔形野条件下百分深度曲线（PDD）、输出因子以及束流离轴曲线等束流剂量学特性,并对电子束相同能量的PDD曲线及输出因子等数据进行分析处理。结果：Varian Clinac i X较Elekta Precise医用加速器在开野/楔形野条件下X射线辐射质均略低,其射野半影值（20%~80%）也较小。电子线平均能量Precise较Clinac i X加速器在4 Me V、6 Me V能量档上明显偏高;而12 Me V和15 Me V时较Clinac i X偏低。两台加速器X射线射野及电子线限光筒束流输出因子均一定程度上存在差异。结论：尽管两台医用加速器标称能量相同,但是因自身机头设计结构、参数条件或采用不同的校准标准,两台医用加速器X射线和电子线束流特性均存在一定的差异。在临床应用中需充分予以考虑其相对应的剂量学特点。

CyberKnife系统中肝癌计划实施剂量计算及验证的评价研究

目的采用Monte Carlo与Ray-Tracing算法实施剂量计算及验证,分析和评估肝癌典型病例CyberKnife计划的准确性、可靠性,为不同算法在临床应用中的选择提供参考。方法选择在我科行CK治疗的肝癌肿瘤患者33例,分别使用射线追踪(Ray-Tracing,RT)算法和蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)算法进行计划剂量计算并评估;另从中选取10例用固体水模对计划进行剂量验证。结果左叶肝癌靶区RT算法的平均剂量值为58.21 Gy,MC算法的平均值为57.76,两者相差0.45 Gy(0.78%);右叶肝癌RT算法的平均值为55.82 Gy,MC算法的平均值为54.60 Gy,两者相差1.22 Gy(2.23%);采用MC算法重新精算后,食管、胃、脊髓、肠道、十二指肠及肝脏的平均剂量均有所降低,差异有统计学意义(P<0.05);以MC算法剂量计算作为基准,肝癌患者中RT算法高估1.09%,差异有统计学意义(P<0.05);采用均匀固体水进行验证,RT和MC两种算法点剂量计算值与测量值差异均在±3%以内,采用3%/2 mm标准分析γ通过率均大于93%。结论本研究通过对RT和MC两种算法在肝癌肿瘤实施计划剂量计算及其验证开展了系统研究与测试,对其准确性及偏差进行了考证,可为CK系统中肝癌计划算法的选择和治疗实施提供依据,对临床具有一定的指导意义。

利用EDR_2胶片和EPID实施容积旋转调强治疗性能测试的评估

该文旨在研究和探讨利用EDR_2胶片和电子射野影像装置(EPID)实施Rapid Arc质量保证方法可能。利用两种工具进行比对测试,主要通过检测MLC到位精度、机架和剂量率变化能力及其三者同步控制能力,从三方面评价Rapid Arc技术性能指标。笔者利用栅栏式设定实施MLC的测试控制,比较静态/动态机架模式下两种工具均显示了较好的MLC精度;通过组合不同剂量率、机架旋转速度以及机架旋转角度范围,分析照射区域内两种剂量测量方法体现了很好的一致性,两者在区域内平均偏差分别为0.24%和0.19%,剂量值均保持在2%以内。EDR_2胶片和EPID均可作为Rapid Arc有效而可靠的检测工具。当然,日常VMAT QA测量过程中利用EPID系统将会提高工作效率。

G4 CyberKnife——全新式立体定向放疗设备及其临床应用

目的:研究G4 CyberKnife系统的结构及工作原理,探讨该设备的临床应用情况。方法:对放疗科新引进的G4CyberKnife进行研究,初步探讨该立体定向放疗设备在临床应用上的技术特点。结果:与其他立体定向设备相比,G4CyberKnife在影像引导靶区定位精度及动态追踪病灶等方面具有明显的技术优势。结论:G4 CyberKnife是一种全新式全身肿瘤立体定向放射治疗设备,其临床数据有限,从临床相关性角度上仍需要对其物理学和放射生物学的技术差异进行更多的研究。

基于图像引导下头颈部肿瘤放射治疗患者摆位误差的相关性分析

目的:探索头颈部肿瘤六维方向摆位误差的相关性,为提高临床摆位精准度提供依据。方法:选取30例鼻咽癌患者,使用Tomotherapy HD放射治疗系统对患者进行治疗,回顾性分析900次图像引导放射治疗(IGRT)的三维方向中左右(X)、上下(Y)、前后(Z)以及旋转方向中左右旋转(roll)、前后旋转(pitch)、顺时针和(或)逆时针旋转(yaw)的六维方向摆位误差相关性。结果:三维方向X、Y、Z均不存在相关性,Y与Z存在显著的中等负相关;旋转方向只有roll与pitch存在显著的较弱负相关;三维方向和旋转方向中X与roll存在显著的较弱负相关,X与yaw存在显著的中等正相关;Y与pitch、yaw均存在显著的较弱负相关;Z与pitch存在显著的较强负相关。结论:在头颈部肿瘤放射治疗摆位过程中应注意不同方向的相互影响关系,尤其注意前后方向、前后旋转与上下方向以及左右方向与顺时针和(或)逆时针旋转方向的摆位精确性。

早期宫颈癌术后螺旋断层放疗与常规调强放疗近期疗效及预后因素分析

目的探讨宫颈癌术后螺旋断层放疗（helicaltomotherapy，HT）与调强放疗（intensity—modulatedradiationtherapy，IMRT）近期疗效及预后影响因素。方法2008年7月30日-2013年1月31日我院行宫颈癌术后放疗患者270例，HT186例、IMRT84例。盆腔淋巴引流区照射DT46—50Gy／23～28F；高危淋巴引流区照射DT54—60Gy／25～28F；残留肿瘤及转移淋巴结照射DT64～66Gy／25～28F。阴道后装放疗2～4次，黏膜表面照射剂量8Gy／次。观察患者直肠和膀胱放疗反应及1。3年生存率，分析有无化疗、淋巴结转移个数、临床分期及病理类型与预后关系。结果HT组和IMRT组1级直肠反应发生率分别为29．03％和44．05％（P=0．016）；1级急性膀胱反应发生率分别为12．37％和16．67％（P=0．341）；直肠和膀胱均未出现≥2级急性反应发生。HT组和IMRT组1～3年总生存率分别为96.3％、90．5％、86．5％和93．1％、90．1％、71．9％（P=0．164）；两组I期患者1—3年总生存率分别为97．5％、88．9％、86．8％和91．O％、87．5％、78．6％（P=0．372）；1／期患者1～3年总生存率分别为95．2％、92．5％、86．2％和94．9％、92．2％、64．6％（P=0．226）。单因素分析显示有无化疗及淋巴结转移个数与预后相关；多因素分析提示有无化疗及淋巴结转移个数是影响生存的独立预后因素。结论HT在减少直肠急性放疗反应上比IMRT有明显优势。化疗及较少淋巴结转移可改善预后。

基于深度学习融合模型的算法在宫颈癌术后患者直肠自动分割中的应用研究

目的:针对宫颈癌术后患者直肠形态变化大、难以自动分割的研究难点,运用Dense V-networks网络模型,基于低数量样本进行训练,实现基于CT图像的直肠三维自动分割。方法:融合密集卷积网络(densely connected convolutional networks,DenseNets)与V型网络(V-network)2个网络模型,生成同时具备密集连接和残差结构的Dense V-networks网络模型,以降低需调整的参数数目、减少冗余计算,加快收敛速度,有效地解决训练三维数据时随深度增加出现的梯度消失/爆炸问题;其次选用100例宫颈癌术后患者的盆腔CT图像数据进行标注,其中80例作为训练集,20例作为测试集。将医生手动分割的直肠轮廓作为金标准,采用戴斯相似性系数、豪斯多夫距离、敏感性指数等6个指标分析融合模型的准确性。结果:6个指标平均值分别为0.84(戴斯相似性系数)、2.11 mm(豪斯多夫距离)、0.77(敏感性指数)、0.78(包容性指数)、2.46 mm(平均距离差)和0.71(质心偏差)。融合模型算法分割的直肠轮廓与医生手动分割的直肠轮廓重合度高。结论:在训练样本数量较少情况下,Dense V-networks融合模型算法可实现对形态差异较大的宫颈癌术后患者直肠的高效、精准分割。

运用ArcCHECK实施旋转调强全骨髓照射超长靶区的计划验证

探讨利用Arc CHECK对VMAT(Volumetric Modulated Arc Therapy)和HT(Helical Tomotherapy)全骨髓照射(TMI)超长靶区计划的验证方法。选取8例全身扫描患者,分别设计TMI计划。采用Arc CHECK对两组计划头颈、胸腹及盆腔三部位行验证分析。VMAT组采用模体Merge功能通过平移治疗床实现,HT组采用双计划(参考/执行)法得以完成,三部位验证通过率分别为98.9%±1.9%/94.3%±1.5%、98.4%±1.8%/96.5%±1.2%、97.4%±2.1%/94.1%±1.9%。表明利用Arc CHECK的Merge功能能较好地完成VMAT超长靶区的验证,采用双计划法实现了对HT超长靶区及远离中心部分靶区的验证。

静态调强放疗射野等中心选择对二维电离室矩阵验证通过率的影响

探讨静态调强放疗计划设计中射野等中心选择对二维电离室矩阵剂量验证通过率的影响。选10例患者资料,以相同目标约束条件分别设计以靶区中心(PO)、x/y方向各偏离靶中心8 cm(PX/PY)为射野等中心的3组计划,采用PTW729二维电离室矩阵行机架角归零式二维绝对剂量验证,以不同验证条件行计划整体和单野γ分析。发现PO通过率最高,整体高于单野,PY组随窄缝漏射量的增加而变差。表明射野等中心选择直接影响验证通过率,设计中应尽量靠近靶区中心。

下咽癌静态调强放疗与两种射野宽度设计螺旋断层治疗的剂量学研究

目的:通过比较下咽癌常规静态调强(SaS IMRT)与钨门宽度分别设置1.05 cm、2.50 cm两种螺旋断层治疗(Heli-cal tomotherapy,HT/HT1.05、HT2.50)的剂量学差异,探讨两种照射技术的特点及剂量学优势的可能性。方法:选择10例下咽癌术后患者分别设计SaS IMRT、HT1.05、HT2.50三组治疗计划,分别比较三组计划靶区及危及器官的剂量分布、剂量体积直方图(DVH)中的多个指标情况。另外,对不同照射技术间MU数与治疗时间予以评估。结果:SaS IMRT计划的靶区覆盖度、均匀性、适形度均不如两组HT计划,HT1.05计划较HT2.50计划在靶区剂量分布上有较为明显的优势。与HT2.50计划相比,SaS IMRT降低了腮腺以及口腔的受照剂量但增加了脊髓、脑干的最大剂量,而HT1.05计划较前两组相比能够得到更好地正常组织保护,但平均治疗时间为HT2.50计划组的2.42倍。结论:三组治疗计划均能得到较好的剂量分布,而HT1.05在靶区剂量分布以及周围危及器官的保护上具有明显的优势。

螺旋断层放射治疗机MVCT影像质量的测量分析

目的分析螺旋断层放射治疗MVCT的影像质量。方法用CatPhan600体模测量测试MVCT值均匀性和线性、影像噪声、空间分辨率,低对比度和几何精确性,分析螺距对图像质量的影响,并对影响图像质量的因素进行讨论。结果MVCT影像CT值成线性分布,但是和参考CT值有一定的差别,均匀性较好,空间分辨率为4Lp/cm,低对比度分辨率差于诊断CT和锥形束CT,但可以满足图像引导的要求,几何准确性较好,图像无明显形变发生。结论MVCT影像质量不如常规诊断CT,但图像质量可以满足临床治疗中的影像引导的要求。

螺旋断层放疗机束流输出稳定性测量及分析

目的:Hi-Art 2.2.4螺旋断层放疗系统作为国内一种新的调强放射治疗设备,笔者通过20周实验测量,分析其剂量、能量输出变化情况,实现对螺旋断层放疗系统束流稳定性的检测,从而寻求建立起其有效的测量束流输出的质量保证体系。方法:按照每天在固定机架/固定床和旋转机架/固定床条件下测量该系统剂量输出,通过初始6周测量机器内循环水温对输出剂量的影响,20周时间内来实现考察该系统稳定性情况。在SSD=85cm、射野大小5cm×40cm条件下,采用矩形等效固体水1.5cm深度来实现固定机架静态剂量输出的测量;而射野大小5cm×40cm条件下利用圆柱形均匀等效水模体来测量旋转机架照射束流动态的稳定性。通过实施测量1.5cm、10cm及20cm不同深度处的剂量比值来对束流射线质变化予以评估。结果:在最初20周时间内Hi-Art系统束流输出剂量校准稳定性维持在±2%以内,而能量射线质保持在±1.5%以内。水温小于38℃条件下系统输出剂量存在一定的不确定性。结论:经过近5个月的测量分析,笔者建立起了Hi-Art螺旋断层放疗机束流输出稳定性测量体系。该系统为我院患者的调强放射治疗提供了一套稳定的平台,具有稳定动态/静态输出剂量和较小的能量变化漂移。

局部晚期喉癌和下咽癌容积旋转调强与螺旋断层放疗的剂量学研究

目的比较局部晚期喉癌和下咽癌Rapid Arc(RA)容积旋转调强放疗与螺旋断层放疗(HT)剂量学差异,探讨2种调强技术特点及剂量学优势。方法选取10例喉癌(4例)和下咽癌(6例)术后患者,分别设计RA、HT两组治疗计划,比较靶区及危及器官剂量分布、剂量体积直方图(DVH)等指标情况,并对机器跳数(MU)与出束时间予以评估。结果两者均实现了95%以上靶体积的剂量覆盖,并体现出类似的剂量均匀性。RA组腮腺、口腔V10较HT组分别降低了9.6%、13.6%(P=0.03/0.00),而HT组V40却降低了13.4%、13.7%(P=0.00/0.21)。在减少正常组织(NT)受量上RA更具优势,而HT实现了对脊髓更好的避让。RA/HT两组计划的平均机器跳数和出束时间分别为820 MU/5367 MU、377 s/150 s。结论两种旋转调强技术均能较好地实现喉癌和下咽癌照射,且RA在减少低剂量照射及计划实施效率上更具优势。

断层径照技术在乳腺癌保乳术后患者放射治疗中的应用

目的:探讨断层径照(TD)技术在乳腺癌保乳术后放射治疗中的应用,为临床治疗提供参考。方法:选取30例乳腺癌保乳术后患者,对其分别设计TD适形放射治疗(TD-CRT)、TD调强放射治疗(TD-IMRT)及常规调强放射治疗(IMRT)三组计划,计划靶区(PTV)处方剂量为50Gy/25次。根据剂量体积直方图(DVH)评估靶区和危及器官(OAR)受量,并根据三种技术的治疗时长评估执行效率。结果:TD-IMRT组计划PTV的Dmean、D2、D98及适形度指数(CI)均优于IMRT及TD-CRT,且差异有统计学意义(F=8.847,F=4.837,F=5.175,F=9.622;P<0.05),靶区均匀性指数(HI)无统计学意义;对于OAR,TD-IMRT所受辐射剂量均低于IMRT及TD-CRT,且差异有统计学意义;TD-IMRT治疗时间长于TD-CRT,但是较IMRT治疗时间明显缩短。结论:三种技术均能达到乳腺癌保乳术后放射治疗临床要求,TD-IMRT技术具有更好的靶区剂量分布,同时危及器官受量明显降低,且治疗时间合理,因此,TDIMRT可作为乳腺癌保乳术后放射治疗的优选技术。

直肠癌术前容积旋转调强放疗和螺旋断层放疗的剂量学比较

目的 比较直肠癌术前同期加量放疗中容积旋转调强放疗（volumetric modulated arc therapy，VMAT） 和螺旋断层放疗（helical tomotherapy，HT） 计划的剂量学差异。 方法 对10 例Ⅱ～Ⅲ期直肠癌术前同步放化疗患者分别进行VMAT 和HT 的计划设计，统一给予肿瘤原发病灶及转移淋巴结（ 肿瘤大体靶区，pGTV） 处方剂量56.25 Gy/25 F，高危复发区域和区域淋巴引流区（ 计划靶区， PTV）50 Gy/25 F，利用剂量体积直方图评价靶区剂量分布和危及器官照射剂量。 结果 与HT 计划相比，VMAT 计划的pGTV 适形指数（conformity index，CI）CI pGTV 变差（t =-2.803，P =0.005），PTV 的中位剂量和最小剂量（D 98 ） 升高（t =8.895、3.663，P =0.000、0.005）。对小肠的保护VMAT 计划优于HT 计划，VMAT 计划的小肠V 15 比HT 计划降低约19%（t =-3.802，P =0.004）。VMAT 计划骨盆V 10 低于HT 计划（t =-7.047，P =0.000），但骨盆V 30 高于HT 计划（t =4.704，P =0.001）。对膀胱的保护HT 计划略优于VMAT 计划。VMAT 计划机器跳数比HT 计划降低约89%（t =-2.666，P =0.008）。 结论 直肠癌术前同期加量放疗中采用VMAT 技术可获得与HT 计划相当的剂量分布，对小肠保护略有优势，机器跳数明显降低，但其疗效还需进一步临床评估。

加速器锥形束CT成像参数对空间分辨率的影响

目的分析加速器机载kV锥形束CT(CBCT)成像参数对空间分辨率的影响。方法采用CatPhan600模体的CTP528模块,分别改变管电压、管电流、准直器、扫描范围和重建精度,测量XVICBCT的空间分辨率。结果管电压从80kV增至140kV时,空间分辨率从5lp/cm增加到7lp/cm。管电流对空间分辨率影响较小。准直器型号、重建精度和机架旋转范围对空间分辨率影响较大。结论 CBCT的影像质量随成像条件变化范围很大,实际应用时需要根据条件合理选择参数,减少患者辐射剂量的同时得到最佳的影像质量。

二维半导体阵列实施旋转调强治疗计划验证的剂量学评估

目的:调强放射治疗的剂量学质量保证是一项较为繁琐的工作。本文主要探讨二维阵列实施螺旋断层调强计划的剂量学特性,并对其在日常旋转调强放疗质量保证中的地位进行评估及分析。方法:采用Sun Nuclear公司MapCHECKTM二维半导体探测器阵列及其相配套MapPHAN等效固体水模体对10例螺旋断层计划实施其剂量学验证。笔者将MapCHECKTM置于MapPHAN模体中,冠状及矢状位摆放分别测量获取模体中阵列的冠状和矢状面剂量分布。束流照射后将二维阵列剂量测量平面分布与计划系统模体计划中计算平面结果实现比较,定量评估其绝对剂量验证情况。探讨其不同位置摆放来实现其测量方法的可行性。结果:通过利用MapCHECKTM二维半导体阵列采用两种摆位方式对10例特定患者的螺旋断层放疗计划进行剂量学验证,软件定量分析所测量与计算绝对剂量分布的结果均显示出了较为理想的一致性。MapCHECKTM阵列测量剂量分布与螺旋断层治疗计划系统模体计划中计算剂量相比较,采用Gamma法(3 mm/3%、4 mm/4%)进行评估,γ≤1的冠状和矢状位探测器平均通过率分别为96.8%/99.38%、96.99%/99.49%。建立了3%/3 mm(通过率为90%)的Gamma分析推荐标准。结论:MapCHECKTM二维阵列可成功地实现螺旋断层调强计划的剂量学验证,提供了一套精确而快捷的旋转剂量学验证工具。

基于两种旋转调强全骨髓照射新技术的研究

目的:探讨Rapid Arc(RA)容积旋转调强放射治疗与螺旋断层放射治疗(Helical Tomo Therapy,HT)两种旋转调强技术在全骨髓照射中的可行性及剂量学差异。方法:选取8例行全身扫描的患者,采用Eclipse 10.0计划系统自动勾画模块进行靶区勾画并予以适当修改后外放3 mm生成照射靶区,分别设计RA与HT两种旋转调强计划,处方剂量为12 Gy/10 F。通过剂量体积直方图(DVH)、等剂量曲线等参数评价和比较两种治疗计划靶区及危及器官的剂量分布,并评估机器跳数(MU)和出束时间。剂量验证采用Sun Nuclear Arc CHECK系统,通过分析各部位剂量验证通过率评估各自临床实施的安全性及准确性。结果:靶区剂量分布上两种方法均能达到较好的覆盖度且具有类似的适形度(0.54±0.05vs 0.52±0.07,P=0.45),而靶区剂量均匀性HT具有明显的优势(RA/HT的HI值分别为0.19±0.02 vs 0.13±0.02,P=0.00)。在危及器官的保护上,除全脑、口腔、腮腺以及小肠和直肠外,HT均表现出一定的优势。RA/HT两组计划的平均机器跳数和出束时间分别为2566 MU/12293 MU、568 s/875 s。头颈、胸腹、盆腔三部分的计划验证的通过率分别为98.9%±1.9%/94.3%±1.5%、98.4%±1.8%/96.5±1.2%、97.4%±2.1%/94.1%±1.9%。结论:两种旋转调强技术均能较好地实现全骨髓照射且实现射野间的无缝衔接,且RA具有更高的射线利用率,均可应用于全骨髓的临床照射。

鼻咽癌螺旋断层治疗中物理参数优化因素的分析

目的通过设定不同物理参数实施鼻咽癌螺旋断层治疗计划的设计,分析研究其剂量学特点,从而寻求探讨物理参数的最佳匹配。方法应用铅门宽度(jaw width,JW)、螺距(Pitch)和束流强度调制因子(modulation factor,MF)的物理参数组合,对5例鼻咽癌患者实施螺旋断层计划设计。将3种铅门宽度和7种螺距进行组合,设定相同的优化条件,每例患者设计产生21个计划。同时在获得理想机架周期及剂量分布的基础上得到合适的束流强度调制因子。采用等剂量曲线、体积直方图、剂量均匀性指数、适形指数和治疗时间等物理指标实施对治疗计划的评估。结果鼻咽癌螺旋断层计划中较小的铅门宽度和螺距,显示出更好的适形指数和对周围正常组织的保护。选择较小的铅门宽度、螺距,与优化靶区剂量、降低正常器官受量显著相关,且治疗时间与铅门宽度呈反比关系,其中JW1.05/Pitch2.0时间最长为1569.2s,JW5.0/Pitch5.0时间最短仅为296.0s。结论 JW较Pitch对治疗时间和计划质量的影响更大,而MF增加可提升计划质量同时轻微影响治疗时间。