放疗计划定量评估在宫颈癌外照射精准放疗流程管理中的应用

目的通过对宫颈癌外照射放射治疗计划的量化评估,探究放疗计划中存在的问题以指导临床,降低出错几率,提高放疗计划质量,完善放疗流程。方法选取2019年5月~2022年1月在中山大学肿瘤防治中心进行放射治疗的227例宫颈癌患者,将经临床批准且实施的放疗计划通过计划系统至Plan IQ^(TM)工作站。根据ICRU83号报告、GEC-ESTRO工作组的推荐指南及本中心临床要求制定评估指标,经高资历临床医生批准后对计划进行量化评估。总结记录放疗计划中存在的问题,同时,对评分较低的计划重新再计划,分析再计划前后的差异性。结果通过对277例宫颈癌放疗计划分析得出:(1)靶区得分不及格主要是大体肿瘤GTV、计划靶区PGTV(CI、V_(66Gy)),分别为10.6%、65.2%、1%。得分0的有:计划靶区PGTV(CI)、大体肿瘤GTV、计划靶区PCTV(D_(98%)、HI),分别为0.4%、10.1%、0.4%、0.4%。OARs中不及格的主要是肠道(直肠、小肠、结肠),比例≥20.7%。且直肠、小肠、结肠、肾、股骨头存在得分为0的情况;(2)资深剂量师在PGTV(V_(60 Gy)、D_(98%))、PCTV(CI)、CTV(D_(98%))上优于初级剂量师(P≤0.046),且在脊髓和小肠的保护方面一致性优于初级剂量师(P≤0.034);(3)俯卧位组计划在满足靶区要求的情况下,肠道的剂量明显低于仰卧位组计划(P<0.05)。选择得分低的20例放疗计划进行再计划,结果再计划靶区的GTV(Dmin)、PTV(V_(45 Gy)、D_(98%))高于原计划(P<0.05)。在OARs中,小肠(V_(40 Gy)和V_(30 Gy))、结肠(V_(40 Gy)和V_(30 Gy))、膀胱(D35%)的剂量均明显低于原计划(P<0.05)。结论放疗计划的量化评估在提高放疗计划质量的同时,可实现放疗计划质量及放疗流程的风险管理。

基于能量特征的脑电信号特征提取与分类

为了快速、有效地提取脑电特征,提高分类正确率,采用带通滤波和小波包分析的方法提取Mu、Beta节律对应的脑电信号,在时域范围内,将信号幅度的平方作为能量特征值;在频域范围内,采用AR模型功率谱估计法所得的功率谱密度作为能量特征值。根据运动想象脑电信号特点,构造左右通道信号能量差值的符号特性作为分类判别依据,进行分类测试,方法简单。初步实验结果表明,所利用的两种方法的分类正确率达87.857%。

Monaco不同设计模式及不同调强放疗技术对前列腺癌的剂量学比较

目的分析比较Monaco计划系统中靶区优先(Pareto)与正常组织优先(Constrained)两种不同设计模式、动态调强(dynamic MLC,DMLC)和容积旋转调强(volumetric modulated arc therapy,VMAT)在前列腺癌放疗中的剂量学差异。方法选取Monaco计划系统中12例前列腺癌患者,(1)采用1野2弧(1F2A)VMAT技术,分别在Pareto和Constrained两种设计模式制定放疗计划;(2)同一优化条件下,分别制定9野动态调强(9F DMLC)、1野1弧VMAT(1F1A)、1野2弧VMAT(1F2A)、2野2弧(1个野1个弧,2F2A)VMAT 4种不同调强计划。比较不同计划靶区剂量分布、适行性指数(CI)、均匀性指数(HI)和危及器官的受量。结果Pareto设计模式在PTV靶区适形性、PTVnd均匀性优于Constrained设计模式,但在部分正常器官的高量控制方面较差。9F DMLC、1F2A VMAT技术在靶区剂量分布均优于1F1A、2F2A VMAT技术,在正常组织限量方面、9F DMLC均优于3种VAMT技术。在治疗执行效率方面,1F1A最优。结论对正常组织限量严格要求的放疗计划,可以选择Constrained设计模式下的9F DMLC技术,其次可选择1F2A VMAT技术。

基于Mu/Beta节律想象运动脑电信号特征的提取

背景:不同的运动会产生不同的脑电信号,脑机接口技术就是利用脑电信号的特异性,通过现代信号处理技术和外部的连接实现人脑与外部设备的通信。以实现脑机接口在线研究的目标,首先要解决的是脑电信号处理的速度问题。目的:研究快速、准确地提取脑电信号特征及分类的方法。方法:充分利用想象运动过程中,脑电信号中Mu/Beta节律的事件相关同步化和去同步化特性,以2003年BCI竞赛数据为处理对象,采用带通滤波和小波包分析的方法提取Mu、Beta节律,提取C3、C4两通道上的能量平均值形成二维特征向量,利用matlab自带的classify函数进行分类。结果与结论:通过对训练数据进行测试得到较为合适的参数,利用该参数对同等条件下的训练数据和测试数据分别进行判别,分类正确率分别达到87.857%和88.571%。

改良铸造铝硅合金磨料磨损性能的研究

以ZL101为基础,通过添加Cu、Ni、V、Mn和RE元素,制备了改良铸造铝硅合金材料。磨料磨损试验表明,改良合金的磨损失重量、体积相对磨损率均小于ZL101,且磨面磨损均匀,微凸点割裂基体程度较轻,无裂纹出现,磨料磨损性能优于传统ZL101铝硅合金。

由DICOM医学图像文件获得设备无关位图的方法

目的:根据临床调查,DICOM3.0医学图像文件格式的解析及解决其显示问题是医学图像处理的基础,对医学影像技术的研究有重要意义。方法:首先针对DICOM3.0标准,系统分析了DICOM医学图像文件格式,主要阐述了文件信息头和数据元素的格式,提出了在Windows平台下利用线性调窗实现DICOM图像的DIB位图显示。结果:利用线性调窗成功实现了CT、MR图像的显示,同时针对默认状态下显示效果欠佳,采用手动调窗改善显示效果。结论:实验证明,该方法能较好地实现DICOM医学图像的显示,满足一定的临床需求,同时也为后续工作奠定基础。

扩充型动态楔形板楔形因子的校正方法及跳数计算

目的研究瓦里安扩充型动态楔形板楔形因子计算修正方法,比较楔形野中心点处手工和治疗计划系统计算结果相对测量结果的剂量/跳数差异。方法对于瓦里安直线加速器的6 MV、10 MV光子线,使用指形电离室测量水下10 cm处不同动态楔形野的楔形因子及射野中心点的剂量,采用治疗计划系统计算相应射野的剂量/跳数。使用加速器输出分割模型手工计算射野的楔形因子,并采用常数因子修正手工计算结果。对手工计算、治疗计划系统计算和测量结果进行比较,分析三种方法下常规二维治疗计划下动态楔形野的楔形因子和射野中心点跳数的误差。结果以测量结果为标准,校正后,手工计算的楔形因子误差明显减小。其中,6 MV光子线下,60°楔形角下对称野最大相对误差由4.2%减小到1.3%,非对称野最大相对误差由-4.7%减小到-1.8%。10 MV所有楔形野相对误差由最大-3.0%降低到1.1%。手工计算跳数与测量结果对比,对称野相应射野跳数计算相对误差在2%以内,但部分非对称野最大相对误差超过5%。比较治疗计划系统计算结果与测量结果,其最大相对误差小于1.5%。结论使用常数因子可以有效减小输出分割模型计算楔形因子的误差。对于常规二维治疗计划楔形野的跳数计算来说,校正后对称野射野中心点的计算结果符合临床治疗要求,但对于射野边缘与等中心最短距离小于4 cm的非对称野来说,需要使用相应的非对称射野处方剂量计算方法,或者采用测量方法或利用治疗计划系统计算相应的射野跳数。

臂丛神经在乳腺癌术后锁骨上下淋巴引流区放射治疗的三维剂量学研究

目的:探讨臂丛神经在乳腺癌术后锁骨上下淋巴引流区放射治疗中的剂量学特点及其受照射剂量与患者体格特征之间的潜在关系。方法:选取31例乳腺癌中晚期乳腺癌根治术后患者,依据放射治疗肿瘤协作组中相关规定勾画出臂丛神经,运用Pinnacle 8.6计划系统为每例患者设计放射治疗计划,处方剂量为5000 cGy/25次。结果:锁骨上下淋巴引流区照射时臂丛神经接受的平均剂量(D mean)较不行锁骨上下淋巴引流区时照射明显增加(4439.22 cGy±413.36 cGy和97.12cGy±19.95 cGy,t=136.746,P=0.00);接受大于4000 cGy、4500 cGy、5000 cGy和5250 cGy所占体积百分比分别为79.287%±10.737%、68.22%±12.63%、49.25%±16.58%和28.52%±18.98%。臂丛神经所接受D mean与EUD显著相关(r=0.966,P=0.000);最大剂量与患者身体指数BMI(r=-0.435,P=0.014)、体重(r=-0.450,P=0.011)和年龄(r=-0.398,P=0.026)均呈负相关。结论:臂丛神经所接受的剂量主要由锁骨上下淋巴引流区照射所造成的;体型偏瘦、年龄越小的患者,臂丛神经接受的最大点剂量偏高。

全段食管癌旋转容积调强与固定野静态调强和三维适形放疗计划的剂量学比较

【目的】通过比较旋转容积调强(VMAT)、静态调强(Step&shoot IMRT)和三维适形放射治疗(3DCRT)技术在全段食管癌的剂量学差异,探讨适于全段食管癌的放射治疗方法。【方法】选取10例晚期全段食管癌患者,分别制定3野(前野+两后斜野或者两前斜野+后野)3DCRT,5野和7野静态IMRT,360°单弧VAMT和部分弧VMAT五种放疗计划。比较不同计划靶区剂量分布、适形度指数(CI)、均匀性指数(HI)以及危及器官受量,筛选出合适的治疗方案。同时记录加速器的总机器跳数(MU)和治疗时间,以评估不同技术的执行效率。【结果】靶区剂量对比显示IMRT和VMAT技术在靶区覆盖率、适形度和剂量分布均匀性方面均优于3DCRT,VMAT主要剂量学指标略优于IMRT。VMAT和IMRT显著降低了脊髓、心脏和双肺V5、V10剂量。与3DCRT和IMRT治疗相比,VMAT治疗时间最短,所需MU最少。【结论】对全段食管癌治疗,VMAT与静态IMRT较传统3DCRT有明显的剂量学优势,尤其是VMAT技术,在满足临床剂量学要求的同时,可以显著缩短治疗时间,有利于减轻治疗中不确定因素的影响及患者的不适。

基于自适应Unet网络的鼻咽癌放疗危及器官自动分割方法

目的探讨鼻咽癌放射治疗中的危及器官(OARs)的自动分割的准确性。方法在自动分割模型研究中,经CT扫描和医生手动分割后,选取147例鼻咽癌患者的CT图像及其对应勾画的OARs结构,并对其进行完全随机化分组,分成训练集(115例)、验证集(12例)、测试集(20例)。采用自适应直方图均衡化对CT图像进行预处理。利用端到端训练提高建模效率,实现一种基于三维Unet的改进网络(AUnet),将器官大小作为先验知识引入卷积核大小设计中,使网络能自适应地提取不同大小器官的特征,从而提高模型的性能。比较自动与手动分割的DSC(Dice Similarity Coefficient)系数和豪斯多夫(HD)距离以验证AUnet网络的有效性。结果测试集的平均DSC和HD分别为0.86±0.02和4.0±2.0 mm。除视神经、视交叉外,AUnet与手动分割结果无统计学差异(P>0.05)。结论引入自适应机制后,AUnet能较为准确地实现基于CT图像对鼻咽癌的危及器官的自动分割,临床应用中可大幅度提高医生的工作效率及分割的一致性。

原位反应铸造法制备Ti(C,N)颗粒增强铁基复合材料的研究

结合我国资源特点,以45钢、钛铁、生铁等为主要原料,研究了在大气环境下采用原位反应铸造法制备Ti(C,N)颗粒增强铁基复合材料的工艺方法。结果表明,利用中频感应电炉熔炼合金,通过向铁液中添加含氮附加物原位反应铸造法制备Ti(C,N)颗粒增强铁基复合材料的技术是可行的;复合材料组织由细粒状珠光体加上针状珠光体基体和Ti(C,N)增强颗粒组成;材料铸态综合力学性能得到了最优的组合:抗弯强度1 532.67 MPa,洛氏硬度58.5 HRC,冲击韧度7.18 J/cm2。

改良铸造铝硅合金常温耐腐蚀性能的研究

在传统ZL101铸造铝硅合金的基础上,通过添加Cu、Ni、Mn、V、RE等合金元素,研制了改良铸造铝硅合金,并对该改良合金常温(25℃)下在酸、碱、盐腐蚀介质中的耐腐蚀性能进行了研究。研究结果表明,常温下在酸、碱、盐腐蚀介质中,改良铸造铝硅合金耐腐蚀性能均优于ZL101合金。

Ti(C,N)颗粒增强铁基复合材料磨损性能的研究

以45钢、钛铁、生铁等为主要原料,在大气环境下、利用中频感应电炉、通过添加含氮附加物、采用原位反应铸造法制备了Ti(C,N)颗粒增强铁基复合材料。研究了所制备复合材料的油润滑摩擦磨损性能、干摩擦磨损性能以及冲击磨料磨损性能。结果表明,在有润滑和无润滑条件下的干摩擦,复合材料的耐磨性能都远大于正火45钢;在中、低冲击工况下,复合材料磨料磨损性能优于高锰钢和高铬铸铁。

四种治疗计划系统中靶区边界外扩算法应用的比较研究

目的:对比分析目前国内临床常用的四种治疗计划系统所使用的边界外扩算法在外扩体积上的差异,以及在剂量学上的影响。方法:选取四种治疗计划系统对于同一临床病例中相应的临床靶区进行3 mm和5 mm的全向外扩,比较分析外扩后形成的PTV体积差异;采用与临床实施时完全一致的计划条件设置参数,统计总的机器跳数以及各剂量覆盖体积的差异。结果:四种治疗计划系统采用的边界外扩算法对于相同体积的外扩结果均不相同,Xio治疗计划系统采用边界外扩算法对于靶区外扩后的体积最小,与Monaco系统近似,Pinnacle治疗计划系统对于靶区的外扩体积最大,Eclipse治疗计划系统外扩靶区体积略小于Pinnacle系统。在剂量学方面,所需总的机器跳数无显著区别,但是相同剂量所覆盖的面积不同,与外扩体积大小成正比。结论:四种治疗计划系统对于相同临床靶区外扩成计划靶区体积是不同的,因此造成了正常组织的可能接受了不必要的高剂量照射或靶区漏照。

改良铸造铝硅合金电化学腐蚀试验及分析

在传统ZL101铸造铝硅合金的基础上,通过添加Cu、Ni、Mn、V、RE等合金元素,研制了改良铸造铝硅合金,并对该改良合金进行了电化学腐蚀试验。试验结果表明,在3.5%NaCl系统下,改良铸造铝硅合金自腐蚀电位远高于传统ZL101铸造铝硅合金,自腐蚀电流密度远小于传统ZL101铸造铝硅合金,耐腐蚀性能良好。

Ni元素对原位自生TiCp／Fe复合材料组织和性能影响的研究

探讨了Ni元素对TiCp/Fe复合材料组织结构、力学性能及有害相的作用。结果表明,Ni元素对抑制TiCp/Fe复合材料中的石墨有害相有明显的作用,可以显著减少,甚至完全消除TiCp/Fe复合材料中的片状石墨有害相。同时,在Ni元素合金化作用下,TiC增强相数量增多,珠光体片层间距变小,这有效提高了TiCp/Fe复合材料的力学性能。

基于运动想象的脑电信号特征提取与分类

目的:以在已知类别的2种运动想象任务下采集的EEG信号为训练样本,识别测试样本中的运动想象任务。方法:在频域范围内,采用AR模型功率谱估计法所得C3、C4通道的功率谱密度,确定ERD/ERS较明显的频率范围;在时域范围内,比较C3、C4通道信号的能量差异,确定ERD/ERS较明显的时间段。采用带通滤波和小波包分析的方法提取训练集想象运动过程中ERD/ERS生理现象较明显的节律信号,分别采用线性分类器、支持向量机(SVM)实现测试集运动想象脑电数据的分类。结果:分类最佳正确率为87.14%。结论:小波包分析法能够较准确地提取想象左、右手运动的脑电信号的本质特征,结合支持向量机实现较好的抗干扰能力和分类性能。

非小细胞肺癌有无均整器模式下容积旋转调强放疗计划的剂量学比较

目的比较非小细胞肺癌(NSCLC)放疗中,有无均整器模式下容积旋转调强(VMAT)计划的剂量学差异,评估两种模式的特点。方法随机选取51例NSCLC患者,用相同处方剂量PGTV(65 Gy)、PTV1(60 Gy)、PTV2(45 Gy)和相同计划参数在Monaco计划系统上分别设计VMATFF和VMATFFF。对剂量学参数、机器跳数、调制幅度系数、优化时间和出束时间,分别进行统计学分析比较。结果非均整模式(FFF)和均整模式(FF)对靶区PGTV、PTV1、PTV2的D_(min)、D_(max)、D_(mean)、V95、V105、HI、CI均相近(P=0.055~0.767),两种计划的优化时间和调制幅度相近(P=0.653、0.601)。FFF模式下5个OAR(双肺、脊髓、脊髓-03、心脏、食管)的最小剂量皆有降低,且有统计学意义(P=0.000~0.001),肺-V5(%)较于FF有一定降低(P=0.032)。虽然FFF的机器跳数是FF的机器跳数的1.13倍(P=0.000),但FFF的平均出束时间减少为FF的79.41%(P=0.000)。结论两种计划均能满足临床要求,且在靶区覆盖和剂量分布上相似,FFF对OAR的保护有一定优势,两种计划的复杂程度相似。虽然FFF机器跳数增加,但出束时间反而下降,因此FFF比FF有更高的治疗效率。由于靶区体积对FFF和FF的各项参数不敏感,故不论NSCLC靶区体积大小,VMAT计划的FFF和FF模式都适用。

摆位误差对肝癌立体定向放射治疗剂量学的影响

目的:在锥形束CT(CBCT)图像引导下,测量立体定向放射治疗(SBRT)中肝癌的摆位误差,并讨论摆位误差对靶区PTV和危及器官(OAR)剂量的影响。方法:回顾性分析接受SBRT的肝癌患者13例,每日放射治疗前行CBCT扫描,与计划CT图像进行灰度配准,根据肿瘤靶区及OAR位置获取患者移床参数,在计划系统中计算剂量分布,并分析移床参数对靶区PTV、OAR剂量和均匀性指数(HI)、适形度指数(CI)等一系列剂量学参数的影响。结果:校正后X、Y、Z方向上的摆位误差分别为(0.47±2.00)、(1.54±4.16)、(0.10±2.77)mm,Y方向上的摆位误差较大。相对于最小位移,最大位移对靶区、HI和CI影响大;对于OAR,与原始计划相比,左肾、小肠最大位移的剂量分布在Dmean、Dmax上具有统计学意义,右肾最小位移的剂量分布在Dmean上具有统计学意义。结论:≤3 mm的摆位误差对靶区剂量的影响比>5 mm的影响小,但对于最小剂量和覆盖率仍然影响显著。应该尽可能减小摆位误差,以实现精确放疗。

不同配准算法对晚期食管癌自适应放疗累积剂量的影响

目的:研究不同配准方法对晚期食管癌自适应放疗累积剂量的影响并为临床应用提供指导。方法:选取11例不可手术的晚期食管癌患者,将两程放疗计划均导入Velocity软件,并以第二程计划CT图像(CTB)作为primary image,第一程计划CT图像(CTA)作为secondary image,用4种配准方法,即Rigid(Rd)、Deformable Multi Pass(DMP)、Rigid+Deformable Multi Pass(Rd+DMP)、Rigid+Extended Deformable Multi Pass(Rd+EDMP)进行图像配准及剂量叠加。采用危及器官(OAR)相似性指数(DSC)来评价不同配准方式的精确度,并采用配对t检验和秩和检验分析不同配准方式下靶区和OAR累积剂量的差异。结果:DMP和Rd+DMP配准下肝、脊髓和脊髓外扩3mm的DSC均高于Rd+EDMP、Rd(P<0.05),Rd方法下心脏的DSC略大于Rd+EDMP(P=0.02)。不同配准方法下靶区累积剂量表现为:Rd+DMP、Rd+EDMP方法下PGTV的D50%、Dmean略低于Rd方法(P=0.035,0.044)。Rd+DMP方法下PGTV的V100%稍高于DMP(P=0.026),且比Rd+EDMP方法高0.653%(P=0.008)。Rd+DMP方法下PGTV-nd的D98%、V105%略高于DMP(P=0.046,0.023),Rd方法下PGTV-nd的V100%分别比DMP、Rd+DMP方法高2.118%、2.137%(P=0.028,0.037)。PTV1在不同配准方法下累积剂量均无统计学意义(P>0.05)。4种不同配准方法下OAR累积剂量表现相对一致,DMP方法下肺的V10 Gy、V20 Gy、V30 Gy、V40 Gy、Dmean及心脏的V20 Gy、V30 Gy、V40 Gy、Dmean均低于Rd方法(P<0.05)。同样,DMP方法所得脊髓的Dmean均分别比Rd+DMP、Rd+EDMP方法低(P<0.05)。肝和脊髓外扩3 mm在以上4种配准方法下累积剂量的剂量学分析中,各参数均无统计学意义。结论:DMP、Rd+DMP配准精度相对较优、且DMP方法下OAR累积剂量一致性低于其它3种配准方法,故DMP方法可作为晚期食管癌自适应放疗累积剂量评估的优选方案。