前列腺癌碳离子治疗直肠剂量体积直方图预测模型

目的基于日本经验建立局部效应模型(LEM)下前列腺癌碳离子治疗直肠剂量体积直方图(DVH)预测模型,为临床降低直肠不良反应发生率提供参考。方法收集局限期前列腺癌患者计划CT图像76例,采用微剂量动力模型(MKM)进行治疗计划;然后,基于与MKM计划相同的射野,采用LEM重新计算生物剂量获得LEM计划,并在LEM计划中提取直肠几何特征及DVH参数。采用线性回归法对其中61例计划信息进行建模,余15例计划用于验证。结果61例患者计划靶体积沿左右方向外扩1 cm后与直肠交叠部分体积同直肠体积比值可作为预测直肠DVH的特征参数。15例患者预测DVH同LEM计划DVH的拟合度优(R^(2)=0.964),基于预测DVH进一步预测直肠不良反应与基于LEM计划DVH预测直肠不良反应的结果一致。结论线性回归方法可建立较为准确的前列腺癌碳离子治疗直肠DVH预测模型,可能为临床降低直肠不良反应发生率提供一定参考,还有待于临床大样本数据进一步验证。

不可切除局部晚期食管癌患者放免联合治疗后发生≥2级放射性肺炎的列线图预测模型

目的 探讨不可切除局部晚期食管癌患者放免联合治疗后发生≥2级放射性肺炎的危险因素,并构建列线图预测模型。方法 选取2020年1月—2023年1月于徐州医科大学附属医院接受放免联合治疗的不可切除局部晚期食管癌患者110例,收集临床资料进行回顾性分析。观察指标为胸部放疗完成后6个月内放射性肺炎的发生情况。采用单因素和多因素logistic回归分析确定不可切除局部晚期食管癌患者治疗后发生≥2级放射性肺炎的独立危险因素,并构建预测模型。结果 本研究纳入的110例食管癌患者中,33例(30.0%)出现≥2级放射性肺炎。多因素logistic回归分析显示,年龄、吸烟史、计划靶体积(PTV)和V25(肺部接受25 Gy剂量的体积百分比)是不可切除局部晚期食管癌患者治疗后出现≥2级放射性肺炎的独立预测因子。受试者工作特征(ROC)曲线显示,本研究所构建的列线图敏感度和特异度分别为0.758和0.818,曲线下面积(AUC)值达到0.851(95%CI:0.776~0.926),说明列线图具有良好的区分能力。校准曲线显示,≥2级放射性肺炎的实际发生率与列线图预测的≥2级放射性肺炎发生率之间具有较高的一致性。决策曲线分析进一步证实,该模型显示出良好的临床效益。结论 本研究构建了包含年龄、吸烟史、PTV和V25的列线图预测模型,可用于食管癌患者放免联合治疗后发生≥2级放射性肺炎的个体化预测。

DVH预测模型在VMAT计划培训中的应用

目的:以宫颈癌为例,探索使用剂量体积直方图(DVH)预测模型培训放疗物理师容积旋转调强(VMAT)计划设计的可行性及其效果。方法:随机选取20例宫颈癌测试病例对3名见习物理师进行两个阶段培训(第一阶段15例,第二阶段5例)。每位物理师分别采用两种方法设计VMAT计划:传统人工计划(MP)和基于DVH预测模型引导的自动计划(KBP)。对比不同阶段两种计划靶区和危及器官的各种剂量学参数,并做相应统计分析。结果:与人工计划相比,自动计划在明显提高PGTV靶区V_(60)覆盖(P<0.001),改善高剂量控制(V_(66))(P=0.027)的情况下,显著降低膀胱(P<0.001)、直肠(P<0.001)、左右肾(P=0.001和P<0.001)以及左右侧股骨头(P<0.001和P<0.001)等绝大部分正常组织器官的受照剂量。在提高计划合格率的同时,亦减小了计划者间的质量差异。结论:DVH预测模型有助于深化物理师对VMAT初始优化参数设置的理解,加快培训进度,提升VMAT计划设计水平。

机器学习在肺癌VMAT计划中对危及器官剂量预测的可行性

目的:探讨机器学习在肺癌容积旋转调强(VMAT)治疗计划对心脏和肺的剂量体积直方图(DVH)预测的可行性。方法:选取51例肺癌VMAT计划,随机选取其中43例为训练组,剩余8例为验证组。分析训练组中患者的解剖信息与两侧肺V5、V20和心脏V30、V40的相关性。采用机器学习方法,以解剖信息为输入、危及器官(OAR)的DVH为输出,分别构建并训练关于两侧肺以及心脏的人工神经网络模型。将验证组中8例VMAT计划中的解剖信息分别输入到已经构建好的人工神经网络模型,分别预测OAR的DVH。结果:两侧肺V5、V20和心脏V30、V40受自身体积大小影响可忽略,受OAR与靶区的空间相对位置关系影响较大。患侧肺、对侧肺、心脏的人工神经网络结构模型中隐藏层分别含有41、38、34个神经结点,线性回归系数分别为0.994、0.975、0.986。对验证组中患侧肺和对侧肺的V5、V20的预测误差分别为2.70%±1.83%、2.84%±1.97%和13.7%±7.8%、0.72%±0.75%,对心脏V30、V40的预测误差分别为3.20%±0.63%、2.1%±1.5%,仅对侧肺V5的预测值和实际值差异有统计学意义(P<0.05)。结论:采用人工神经网络方法可以对肺癌VMAT计划中解剖信息与OAR的DVH数据进行学习,构建的人工神经网络模型可预测出患侧肺、心脏V25~V60和对侧肺V20的DVH数据,可为临床计划设计提供参考。

基于DVH重建模型评估三维γ法则在剂量验证中的可靠性

目的构建及评估VeriSoft剂量体积直方图(DVH)重建模型,并基于此模型探讨三维γ在剂量验证评估中的可靠性。方法建立Octavius 4D1500DVH重建模型,使用固定及旋转野照射由固体水、Razor电离室、EBT3胶片、自制泡沫构建的模体,采用测量及DVH重建结果验证模型准确性。选取郑州大学第一附属医院2022-07-01-2022-12-31容积旋转调强技术(VMAT)治疗的肺腺癌患者20例,男8例,女12例,中位年龄58岁。所有患者均采用Monaco计划,VersaHD投照并用1500阵列测量。在10%阈值、3%/3mm~1%/1mm任意组合标准时计算实测、计划剂量间全局、局部三维γ通过率。用VeriSoft DVH由实测及患者计划信息重建评估各器官DVH偏差。最后将所得偏差同上述γ通过率做相关分析。结果Razor、EBT3测量、DVH重建与计划剂量偏差<4.46%。全局γ3%/2mm评估时检测出3例大偏差测试。PTV、CTV、GTV平均剂量偏差小,心脏V30Gy、V40Gy及患侧肺最大剂量平均偏差大,分别为9.27%、14.25%和9.51%。心脏平均剂量偏差与所有γ通过率呈极强相关,靶区中仅GTV平均剂量与γ通过率程中等强度相关。结论DVH重建模型构建方法可靠,所建模型准确。基于Octavius 4D三维γ评估剂量验证会出现假阴性,建议将其与VeriSoft DVH重建共同用于剂量验证评估。

血清hsCRP浓度预测非小细胞肺癌放疗后发生急性放射性肺炎的价值

目的评价非小细胞肺癌治疗前血清超敏C反应蛋白浓度(hsCRP)、肺受照射体积剂量参数与急性放射性肺炎发生的关系。方法326例非小细胞肺癌(NSCLC)患者放射治疗前先检测其血清hsCRP浓度,采用调强放疗联合或不联合化疗进行治疗,急性放射性肺炎按照CTC AE 4.0进行评价,≥2级的急性放射性肺炎为研究终点。结果2级及以上急性放射性肺炎患者共64例,占19.0%,放疗前hsCRP浓度低的患者发生放射性肺炎的几率明显降低(9.9%Vs 31.9%,P<0.001);双肺V5>45%、V20>23%、V30>16%和MLD>1300cGy的患者发生急性放射性肺炎的风险比分别为2.16、2.26、2.39和1.97,差异有统计学意义(P<0.05)。结论放疗前血清hsCRP高浓度是急性放射性肺炎的高危因素之一,hsCRP联合放疗计划剂量学参数能够更好的预测肺炎的发生,对于治疗前hsCRP高浓度的NSCLC患者剂量学参数最好能满足V5<36%、V20<17%、V30<13%、MLD<1000 cGy等条件,才能有望将急性放射性肺炎发生几率控制在10%以内。

鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量预测模型建立与验证

目的运用医学数据分析方法，建立鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量预测模型并评估其准确性。方法从鼻咽癌治疗数据库中选取50例相同射野角度的IMRT计划，获取腮腺DVH。自编软件计算腮腺中每个体素点到靶区边缘距离，统计并生成DTH。对DVH和DTH数据进行主成分分析，并以DVH主成分为因变量，以DTH主成分、腮腺体积和靶区体积为自变量进行多元非线性回归．构建DVH预测模型。选取另外10例鼻咽癌IMRT患者，利用模型对腮腺剂量进行预测，并与原有IMRT计划设计的DVH进行比较以验证预测模型的可靠性和准确性。结果DTH和DVH数据97％以上信息可以通过2、3个主成分进行表示。构建的腮腺DVH模型平均拟合误差为（0±3．5）％。10例验证病例显示腮腺预测DVH曲线形状与原TPS计划结果高度一致，平均偏差（-0．7±4．4）％，模型预测的准确性高达95％。结论该模型能有效预测鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量分布．可作为评估和验证治疗计划腮腺受量的质量保证工具。

新型宫颈癌放疗计划评价工具对膀胱毒性的预测价值

目的评价剂量表面积直方图(dose and surface histogram,DSH)对宫颈癌患者放射性膀胱炎(radiation cystitis,RC)的预测价值。方法筛选2013年5月—2023年5月河北北方学院附属第一医院HIS系统接受图像引导放疗的宫颈癌患者190例,将患者分为试验组(n=100)和对照组(n=90),收集其资料行回顾性研究。分别采用DSH和剂量体积直方图(dose and volume histogram,DVH)评价试验组和对照组患者膀胱剂量分布。以DVH为参考,采用受试者工作特征曲线评价DSH对RC的预测价值。结果2组基线资料和RC发生率比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。DSH同DVH各项评价指标比较差异均有统计学意义(均P<0.05)。S_(45)和V_(45)对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级RC发生率的预测价值均为低等(均P<0.05);S_(50)和V_(50)对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级RC发生率的预测价值均为中等(均P<0.05);S_(55)~S_(57)和V_(55)~V_(57)对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级RC发生率的预测价值均为高等(均P<0.05)。结论同DVH相比,DSH对宫颈癌IGRT致RC发生率的预测价值同其基本一致,未来有望成为新的放疗计划评价工具。

基于剂量体积直方图对胸中段食管癌调强放疗分割模式的优化研究

目的基于放疗计划中的剂量体积直方图(DVH),探讨危及器官(OAR)剂量体积参数对放疗分割模式的影响,为胸中段食管癌患者放疗方案的选择提供参考依据。方法选取2021-02-01-2021-12-31山东第一医科大学第二附属医院收治的52例胸中段食管癌患者作为研究对象。将放疗计划系统(TPS)中靶区和OAR的微分分布数据导出,计算每个OAR所受照射的剂量比值因子δ,代入加权后的线性二次模型(LQ)公式,分别计算肿瘤的辐射损伤生物效应E_(1)和OAR的辐射损伤生物效应E_(0)值,并绘制不同分割模式下OAR辐射损伤生物效应E_(0)曲线图。结果通过分析OAR辐射损伤效应值可知,在52例胸中段食管癌54Gy常规分割放疗中,脊髓宜选择分次剂量为2.00~2.38Gy、27~22次的分割模式;心脏宜选择分次剂量为2.00~4.48Gy、27~10次的分割模式;双肺宜选择分次剂量为2.00~2.58Gy、27~20次的分割模式。结论在保证肿瘤组织相同生物效应的基础上,52例胸中段食管癌患者辐射损伤生物效应最小的方案为分次剂量2.00~2.38Gy、27~22次。

基于危及器官DVH预测模型的前列腺癌自动计划研究

目的评估利用危及器官DVH预测模型来实现前列腺癌自动计划的可行性。方法从42例前列腺癌放疗计划数据库随机选择30例作为训练集,根据膀胱、直肠与靶区边界的空间距离将其依次分割成层厚为3mm的亚体积元(Ai),采用偏正态高斯函数拟合各Ai的微分DVH,优化得微分DVH的精确数学模型;利用嵌入在Pinnacle脚本中的C^++子程序获取另外12例验证集患者OARs的各Ai体积,基于建立的数学模型预测各OARs的DVH参数,将其作为目标函数生成个性化Pinnacle脚本实现自动计划。配对t检验比较原临床计划、预测值和自动计划的剂量差异。结果DVH预测结果显示其膀胱、直肠60Gy以上剂量的体积分数均低于原临床计划;自动计划的膀胱V70、V60、V50以及直肠V70、V60值均比原临床计划明显降低(P<0.05),但靶区的覆盖率和适形度基本不变,均匀性略降低(P>0.05)。结论基于危及器官DVH预测模型的前列腺癌自动计划降低了OARs照射剂量,提高治疗计划设计效率。

基于EUD的鼻咽癌VMAT计划危及器官DVH预测方法

目的评估通过最小化基于等效均匀剂量(EUD)的损失函数优化放疗计划中危及器官(OAR)剂量体积直方图(DVH)预测方法的实用性。方法随机选取2020—2021年在中国医学科学院肿瘤医院深圳医院完成鼻咽癌容积调强弧形治疗(VMAT)的66例患者的治疗计划,其中50例用于训练循环神经网络(RNN)模型,其余16例用于测试模型。研究基于RNN构建了DVH预测模型,并为66例患者均设计了一个9野等权重的三维适形计划。训练时将OAR每个分野对应的DVH作为模型输入,VMAT计划的DVH为预期输出,通过最小化基于EUD的损失函数计算的预测误差训练模型。预测准确度用预测值和真实值之间的平均偏差和标准偏差表示。根据DVH预测结果为测试病例重新优化计划,使用Wilcoxon配对检验和箱线图比较新计划和原计划OAR的EUD和感兴趣DVH参数(如脊髓等串型器官的最大剂量)的一致性和差异性。结果基于EUD的损失函数训练得到的神经网络能够得到更好的DVH预测结果。根据预测DVH得到的新计划与原计划具有很好的一致性:在绝大多数情况下,两组计划的计划靶区(PTV)的D98%都大于95%处方剂量,脑干、脊髓和晶状体的最大剂量和EUD的差异均无统计学意义(P>0.05)。相较于原计划,新计划在视交叉、视神经和眼球的最大剂量平均减少1.56 Gy以上,EUD平均减少1.22 Gy以上,颞叶的最大剂量和EUD分别平均增加了0.60 Gy和0.30 Gy。结论基于EUD的损失函数提高了DVH预测的准确性,确保预测的DVH能够在治疗方案优化中给出适当的剂量目标,并提高计划质量的一致性。

细胞因子联合DVH参数预测放射性肺炎的临床研究

目的评价肺癌胸部放疗前及照射40～50 Gy时血浆中TGF-β、IL-6及ACE含量变化、肺受照射剂量体积因素与放射性肺炎发生的关系。方法67例肺癌患者按治疗常规给予放疗或(和)化疗;男60例,女7例,中位年龄58岁(26～81岁)。放疗前、照射40～50 Gy时采血冻存,采用酶联免疫吸附法检测血液中TGF-β、IL-6及ACE含量。放射性肺炎根据CTC AE3.0标准评价,评价终点为≥2级放射性肺炎。结果存活患者中位随访时间22.6个月。2级以上的放射性肺炎发生率25.4%。自放疗开始至发生放射性肺炎的中位时间73天。放疗前、放疗40～50 Gy时血浆中TGF-β、IL-6含量以及其在放疗期间的变化与放射性肺炎无明显相关性。发生放射性肺炎组患者的疗前、疗中血浆ACE含量明显低于未发生肺炎者(P=0.033、0.004)。发生放射性肺炎组的全肺接受10 Gy照射体积(V10)为44%,高于未发生肺炎组的39%(P=0.029)。健肺MLD、V10、V15、V20分别高于未发生肺炎组(1931 cGy:990 cGy、52%:35%、48%:23%、37%:10%,P<0.05)。将生物因素ACE含量和DVH参数联合分析发现疗中血浆ACE含量和全肺V10组合是放射性肺炎最强的预测因素。疗中ACE含量ACE>506 ng/ml且全肺V10≤40%时,放射性肺炎的发生风险最低,13例中无一发生;但如果ACE≤506 ng/ml且全肺V10>40%时,放射性肺炎风险达50%(6/12);其他情况疗中ACE>506 ng/ml且V10>40%或疗中ACE≤506 ng/ml且V10≤40%时,放射性肺炎发生率26.7%(P=0.008)。结论(1)放疗前、放疗中血浆ACE含量低是放射性肺炎发生的高危因素。(2)血浆ACE联合DVH参数V10有望作为预测放射性肺炎发生的指标。