鼻咽癌放疗中自适应再计划体积与剂量的变化

目的探讨鼻咽癌(NPC)放疗中自适应再计划的必要性和对剂量的改善。方法回顾性分析2014年7月—2017年12月中山大学肿瘤防治中心的89例NPC患者数据,患者均接受25+7分次的自适应再计划放疗。比较第一次CT扫描设计的放疗计划(计划A,25分次)与重新扫描CT后设计的自适应放疗计划(计划B,7分次)之间靶区和腮腺体积的改变。比较由计划A模拟扩展成32分次放疗的一次性计划(计划Ⅰ)与由计划A和计划B配准融合叠加生成的自适应再计划(计划Ⅱ)的靶区剂量学、均匀性指数、适形指数(CI)差异和危及器官(OAR)的剂量学差异。主要采用配对t检验进行统计分析。结果与计划A相比,计划B的大出血病变的大体肿瘤体积(GTVnx)和腮腺体积分别缩小13.14%和11.12%,转移淋巴结的计划临床靶区(PCTVnd)增大了7.75%(均为P<0.001)。计划Ⅱ中大出血病变计划靶区(PTVnx)的Dmean、D5%、D95%和高危计划靶区(PTV1)的D5%与计划Ⅰ相比均明显增大(均为P<0.05);计划Ⅱ中PTVnx和PTV1的CI比计划Ⅰ更接近1。在所有评估的OAR中,计划Ⅱ的Dmean、D50%、Dmax均明显比计划Ⅰ小(均为P<0.05)。结论放疗过程中,NPC患者会发生不同程度的原发肿瘤缩小、腮腺萎缩和淋巴结改变,再计划在放疗过程中是需要的,且能明显改善靶区和OAR的剂量。

磁共振图像引导放射治疗技术在胰腺癌治疗中的临床应用

胰腺癌是目前预后最差的实体肿瘤,相对于手术和化疗,放疗在胰腺癌治疗中的作用处于辅助地位。近年来,放疗技术出现了一些大的进展,这些进展逐步地在胰腺癌的诊疗过程中被应用。本文梳理了放疗技术在治疗胰腺癌方面的进展,重点介绍了磁共振图像引导放疗技术在胰腺癌治疗中的临床应用,旨在帮助读者了解胰腺癌放疗方面的进展,并展望未来的发展方向,为提高胰腺癌患者的生存率提供参考。

磁共振引导自适应放疗在脑转移瘤中的应用

脑转移瘤是常见的继发性恶性肿瘤,放射治疗是重要的局部治疗手段。但由于锥形线束CT(CBCT)等图像引导技术无法较好地实时显示颅内肿瘤体积、形状及瘤周水肿变化,影响了自适应放疗的精准性,限制了大剂量低分次放疗在脑转移瘤中的应用。磁共振(MR)图像具有较高的空间分辨率和软组织对比度,且无额外辐射损伤,较CBCT具有明显优势。MR引导的自适应放疗可以实时影像跟踪治疗过程中颅内肿瘤解剖形变及位置变动,并据此进行在线剂量重建,从而保证肿瘤组织得到足量照射、减少周围重要危及器官受量,达到动态的精准放疗。本文就MR引导自适应放疗在脑转移瘤中的应用进行综述。

头颈部肿瘤IMRT中适应性再计划预测因素和时间节点的研究进展

在头颈部肿瘤IMRT疗程中,适应性再计划有助于改善由于解剖结构变化导致的剂量学不确定性,并能提高患者的局部控制率和生活质量。研究表明患者治疗前有较大淋巴结、治疗中体重明显下降等是疗程中再计划的重要预测因素;在放疗开始第4周后靶区及危及器官的缩小趋于稳定,建议第3或第4周行 1-2次适应性再计划。

形变配准算法在肺癌自适应放疗中的应用研究

目的 探讨在肺癌自适应放疗中,图像形变配准方法对患者受量评估的影响.方法 在Raystation治疗计划系统平台上,用两种不同的形变配准算法（混合形变配准和生物动力学形变配准）、不同的形变次序（以放疗前图像作为参考图像和以放疗中期图像作为参考图像）,共4种不同的形变配准方法为基础计算累积剂量.选择11例接受自适应放疗的肺癌患者,处方剂量在35.0～61.6 Gy之间,用4种形变配准方法分别计算肺、心脏和GTV的Dmean以及GTV的D98和D2,比较其剂量学差异.结果 用4种不同形变方式计算得到的11例患者肺Dmean的标准差在0.07～0.70 Gy;心脏Dmean的标准差在0.01～0.79 Gy;GTV的Dmean标准差在0.01～2.23 Gy,D98的标准差在0.02～6.51 Gy,D2的标准差在0.01～0.97 Gy.结论 图像形变配准方式的选择对肺癌自适应放疗的累积剂量计算造成了不可忽视的不确定性.

宫颈癌自适应放疗中基于自配准与图谱库的自动勾画比较

目的分析MIM软件在宫颈癌自适应放疗中基于自配准与图谱库的自动勾画的可行性与准确性。方法选取60例宫颈癌患者的CT图像及勾画结果建立Atlas模板库。随机选取15例宫颈癌患者初次计划CT (pCT)与重新计划CT (rCT),由资深临床医师勾画CTV和危及器官。分别以刚性和形变两种配准方式将pCT的勾画传送到rCT图像上;并对各rCT图像行基于Atlas模板库的自动勾画,统计3种方法所需时间。利用Dice相似性系数(DSC)、交叉指数(OI)、Hausdorff平均距离(AHD)、质心距离(DC)评价勾画结果,并进行单因素方差分析。结果Atlas组、刚性组和形变组完成1例所需平均时间分别为89.2、22.4、42.6 s。对于CTV和直肠的DSC、OI和AHD,刚性组和形变组与Atlas组之间不同(P<0.001),小肠的OI在刚性组和形变组与Atlas组之间有不同,CTV的DSC平均值分别为0.89(刚性组和形变组)、0.76(Atlas组)。对于膀胱、盆骨和股骨头,形变组的勾画结果最优。结论形变组的勾画结果优于刚性组和Atlas组,3种勾画方式均能快速地完成靶区和危及器官的自动勾画。

Ethos智能优化引擎在宫颈癌自动计划生成中的性能评估

目的评估Ethos在线自适应放疗平台智能优化引擎(IOE)自动优化性能及其临床可行性。方法回顾性分析11例Halcyon加速器治疗的宫颈癌术后患者的资料,患者所用计划均为Eclipse中采用的4个全弧容积弧形调强放疗(VMAT)手工计划(Manual-4Arc),处方剂量为45 Gy分25次。将所有患者影像和结构导入Ethos模拟器,基于科室剂量限值要求添加合适的临床目标,靶区归一到95%覆盖,之后采用IOE进行自动计划生成,得到7、9、12野均分固定野调强放疗(IMRT)计划(IMRT-7F、IMRT-9F、IMRT-12F)和2、3弧的VMAT计划(VMAT-2Arc、VMAT-3Arc)。使用单因素方差分析对6种计划进行剂量学比较,并基于分析结果进行Turky事后多重比较进行优劣判断,评估IOE自动优化性能。结果高量方面,对于计划靶区(PTV),IMRT-12F计划的D 1%最低,且与Manual-4Arc计划存在显著性差异(P=0.004);靶区覆盖方面,所有方法制作出来的临床靶区均满足临床要求,Ethos在线自适应计划虽在计划制作时做了归一,但PTV靶区覆盖率略微不足。对于距离靶区较近的危及器官,比如膀胱,其V_(30 Gy)、V_(40 Gy)及D_(mean)在6种计划之间的差异有统计学意义。膀胱的受量排序基本为IMRT-12F<IMRT-9F<Manual-4Arc<IMRT-7F<VMAT-3Arc<VMAT-2Arc。直肠的V_(30 Gy)和D_(mean)在6种计划之间的差异有统计学意义,其受量排序基本与膀胱一致,除了IMRT-7F<Manual-4Arc计划。直肠V_(40 Gy)、小肠D_(max)及D_(mean)在6种计划之间的差异无统计学意义。对于离靶区较远的器官如左右股骨头、脊髓和骨髓受量排序基本为IMRT-12F<IMRT-9F<IMRT-7F<VMAT-2Arc<VMAT-3Arc<Manual-4Arc。结论Ethos IOE为宫颈癌术后放疗患者自动生成的计划可以达到与手工计划相当的质量,临床使用时优先选择自动生成的IMRT-12F和IMRT-9F计划。

MR加速器在头颈部肿瘤自适应放疗中的临床应用

自适应放疗(ART)通过在放疗中适应肿瘤和正常组织轮廓变化从而提高了头颈部肿瘤治疗比。基于MR加速器的MR引导放疗(MRgRT)是目前创新性的头颈部肿瘤ART模式。MR加速器基于MR能实现每日ART, 同时也能在治疗中进行实时MR成像。通过每日ART能明显提高头颈部肿瘤治疗靶区准确性, 更好地避开周围重要危及器官。虽然目前发表的关于MRgRT在头颈部肿瘤ART的临床应用和实施技术的研究逐渐增加, 但总体上这个新型的放疗模式还处于初步发展阶段。本文将对基于MR加速器的MRgRT在头颈部肿瘤ART中的基本原理、临床应用及前景进行综述。

利用深度学习方法预测鼻咽癌患者放疗疗程中的解剖图像

目的利用深度学习预测鼻咽癌患者疗程中的解剖图像,用于及时发现鼻咽癌患者放疗疗程中可能发生的解剖结构变化。方法收集2020年1月1日至2022年12月31日于中国医学科学院肿瘤医院就诊的230例T 3-T 4期鼻咽癌患者的图像资料,包括计划CT(pCT)和各分次的锥形线束CT(CBCT)图像。使用3D Unet神经网络预测放疗第k+1周的解剖图像,输入包括pCT、第1-3天的CBCT和第2-k周的各1次CBCT。训练了4个模型分别用于预测第3-6周的解剖图像。在预测图像和真实图像上勾画出鼻咽原发肿瘤(GTV_(nx))和左右腮腺,通过评估预测图像和真实图像上勾画结构的一致性来评估模型性能。结果本研究提出的方法能较准确预测整个放疗疗程中的解剖图像。预测与真实图像上感兴趣轮廓的一致性较高,GTV_(nx)、左腮腺、右腮腺的戴斯相似性系数平均值分别为0.96、0.90、0.92,平均豪斯多夫距离分别为3.28、4.18、3.86 mm,平均最小距离分别为0.37、0.70、0.60 mm。结论利用深度学习方法预测鼻咽癌患者疗程中解剖图像的方法准确可行,有助于提前预测和准备治疗策略,实现个性化治疗。

锥形束CT生成伪CT的深度学习方法

目的针对前列腺癌放疗,研究锥形束CT(CBCT)生成伪CT的深度学习方法,以满足自适应放疗的需要。方法纳入瓦里安On-Board Imager采集的74例前列腺癌患者的CBCT图像及其模拟定位CT图像,并使用MIM软件进行形变配准。将数据按简单随机法分为训练集(59例)和测试集(15例)。使用U-net、Pix2PixGAN和CycleGAN学习CBCT到模拟定位CT的映射。以形变配准后CT作为参考图像,评价平均绝对误差(MAE)、结构相似指数(SSIM)和峰值信噪比(PSNR)。另外单独分析了图像质量,包括软组织分辨率、图像噪声和伪影等。结果使用U-net、Pix2PixGAN和CycleGAN生成图像的MAE分别为(29.4±16.1)、(37.1±14.4)、(34.3±17.3)HU。在图像质量方面,U-net和Pix2PixGAN生成的图像存在过度模糊的问题,导致了图像失真;而CycleGAN生成的图像保留了CBCT图像结构且改善了图像质量。结论CycleGAN能有效地提高CBCT图像质量,有更大的潜力应用于自适应放疗中。

放疗中基于双任务循环网络的单投影重建胸部CT方法研究

目的基于cycleGAN建立双任务循环网络,实现基于单角度投影的三维CT合成模型用于胸部肿瘤的自适应放疗,并评估图像生成质量和剂量精度。方法收集南京医科大学附属常州第二人民医院收治的胸部肿瘤容积弧形调强放射治疗(VMAT)患者45例,并筛选公共数据集图像991例作为预训练数据集,使用ASTRA算法获取多角度投影图像。公共数据集划分为训练集800例、验证集160例和测试集31例,医院患者数据划分为训练集40例、测试集5例。分别输入合成CT模型和多角度投影预测模型,实现双任务的训练。最终测试仅使用合成CT模型获取预测CT图像进行图像生成质量[包括平均绝对误差(MAE)、峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)]以及剂量学评估。结果合成CT的图像质量评估指标显示,图像合成精度较高,MAE为0.05±0.01,PSNR为19.08±1.69,SSIM为0.75±0.04。基于合成CT计算的放疗剂量分布也与真实分布接近,3%/3 mm标准下γ通过率平均为93.1%。结论由cycleGAN修改的双任务循环网络,可以快速准确地从单角度投影预测三维CT,可以应用于胸部肿瘤自适应放疗的工作流程。图像生成质量和剂量学的评估均显示合成CT质量可以满足放疗的临床要求。

非手术肺癌放疗靶区变化的锥形束CT观察

目的 用千伏级锥形束CT （KVCBCT）离线分析非手术肺癌大体肿瘤体积（GTV）随放疗变化规律。方法 18例患者分为2个组,A组[13例, 依据GTV变化分为A〈sub〉1〈/sub〉（10例）、A〈sub〉2〈/sub〉（3例）组] 常规放疗（1.8~ 2.2 Gy/次）,每周治疗前采集1组KVCBCT;B组（5例）加速放疗（5~ 8 Gy/次）,每次治疗前采集1组KVCBCT。在治疗计划系统上融合KVCBCT和CT图像后分析GTV变化。结果 A组GTV缩减〉20%者占77%;A〈sub〉1〈/sub〉组在治疗第4周（第20次治疗） GTV递减变化达最大,GTV缩减（0.94±9.94）%,最大缩减－56.76%;A〈sub〉2〈/sub〉组GTV变化与治疗时间无关。B组GTV缩减（－7.41±1.76）%,最大缩减－15.91%,缩减≤10%占71%,GTV随治疗进行变化较小。 结论 GTV变化随治疗进行无统一变化趋势,在第20次治疗时若GTV缩减〉20%建议用自适应放疗。

基于脚本函数实现ART计划剂量评估方法研究

目的基于脚本函数实现ART计划剂量评估的方法，使各版本PinnacleTPS均可以完成动态计划模块具有的放疗计划移植功能。方法首先编写并嵌入脚本。然后在后程影像空间设置照射等中心点。再通过执行脚本程序完成照射野导出、导入和设置权重．实现放疗计划在不同影像空间的移植。分别用本方法和PinnacleTPS的动态计划模块完成对1例鼻咽癌患者的ART计划评估．从计划参数和剂量学角度对比两种方法差异。结果与动态计划模块相比，通过本方法移植的放疗计划保持了前、后程计划参数的一致性。两种方法的等中心位置存在偏差，从而导致剂量分布不同。如果将两种方法生成的ART计划移植在相同等中心位置，则剂量分布结果完全一致。结论提出的ART计划评估方法准确、简便、易行，适用于各种版本PinnacleTPS，且不额外占用图像存储空间。该方法提高了评估自适应放疗剂量的灵活性和精度，也为开展临床及科研工作提供了技术支持。

头颈部肿瘤ART体积和剂量比较：系统评价与Meta分析

目的 对头颈部肿瘤放疗ART靶区与OAR体积和剂量变化系统评价与Meta分析，说明ART在治疗中作用。 方法 文献检索纳入相关研究，分析指标原发肿瘤（GTV-T、GTV-N）与腮腺体积；靶区D95、Dmean，同、异侧腮腺（I-PG、C-PG）Dmean，脊髓、脑干Dmax。 结果 17个研究336病例纳入Meta分析。原发肿瘤与腮腺体积变化明显，GTV-T、GTV-N、I-PG第15—20天及第20天后体积显著减小（P〈0.05），C-PG第20天后显著减小（P＝0.004）。实际剂量分析，原发肿瘤D95、Dmean无变化，脊髓Dmax第20—25天增加2.26 Gy （P＝0.000），脑干Dmax第20天前无显著变化（P＝0.090），第25天后增加1.78 Gy （P＝0.020），I-PG Dmean第20—25天增加2 Gy （P＝0.000），C-PG Dmean第20天前增加，第25天后无显著变化（P＝0.110）。ART剂量分析，脊髓、脑干Dmax均下降（MD＝-2.15，95% CI为-3.12～-1.18，P＝0.000；MD＝-2.20，95% CI为-3.32～-1.09，P＝0.000），I-PG Dmean下降约3.5 Gy，敏感性分析显示C-PG Dmean结果不稳定。 结论 原发肿瘤、腮腺体积显著变化，脊髓、脑干Dmax，腮腺Dmean实际剂量显著增加，GTV-T、GTV-N剂量变化不明显，ART能很好保护OAR剂量要求，对同步放化疗局部晚期头颈部肿瘤患者第15—20天及第25天左右实施ART计划可能获得较好剂量增益。

头颈部肿瘤ART-IMRT四种方案剂量学评估

目的 研究头颈部肿瘤ART-IMRT分次放疗中采用不同频次再计划方案时,靶区与OAR解剖结构变化规律,以及对其剂量影响.方法 选取山东省肿瘤医院28例头颈部肿瘤患者入组研究,其中鼻咽癌19例、喉癌4例、上颌窦肿瘤5例,患者均接受常规分割治疗.每周第1天进行1次CBCT扫描作为参考图像,共采集6次.将CBCT与计划CT配准得到＂伪CT＂图像.实施4种再计划方案,无再计划作为参考,分别得到实际剂量与计划预测剂量,并评估两种剂量差异.多组间比较采用非参数Friedman检验,两组间比较采用配对t检验.结果 PTV、CTV、左右腮腺6周中每周体积差异均有统计学意义（P=0.041、0.046、0.024、0.017）.4种再计划方案中两腮腺的实际剂量与计划预测剂量比较P值均〈0.05,且4种方案中两腮腺的两种剂量之间差异与参考方案相比分别下降5.02%、11.17%、12.08%、13.19%.结论 再计划可确保靶区足够剂量,使OAR受量控制在安全范围内;再计划频次越高,实际剂量越接近计划预测剂量,2次再计划方案效率最高.

基于参考图像的ABAS软件自动勾画技术在头颈部肿瘤中的应用研究

目的评估ABAS软件对头颈部肿瘤自适应调强放疗患者基于cT图像自动勾画靶区与危及器官轮廓的吻合度。方法对随机抽取的10例已勾画轮廓的头颈部肿瘤患者设计两种形变自动勾画方式，第1种对每例患者进行基于各自CT图像的形变自动勾画，第2种是随机抽取2例患者CT图像作为参考进行其余8例的形变自动勾画。利用形状相似性系数（DSC）及交叉指数（OI）评估自动勾画与人工勾画的吻合性，并行两种勾画方式差异配对t检验。结果第1种的所有器官DSC和OI值均〉0．80，下颌骨均最高（〉0．91）。大体肿瘤体积DSC值最低（0．81），临床靶体积的为0．82；而临床靶体积OI值最低（0．79），大体肿瘤体积的为0．82。第2种的只对危及器官进行勾画并将脊髓和脑干综合起来分析，所有DSC均在0．70左右，下颌骨DSC和OI值均较高，这与其骨性解剖结构密切相关。第2种勾画结果中绝大多数明显低于第1种的（t=3．24～8．26，P=0．014～0．000），只有右腮腺接近有统计学意义水平（t=2．08，P=0．075）。结论ABAS软件用于自适应调强放疗患者的内部轮廓勾画可达到非常满意结果，而对常规调强放疗患者轮廓勾画应仔细选择参考图像以最大限度满足临床需要。

基于MR引导放疗系统肺癌SBRT初步临床应用

目的初步观察MR引导下非小细胞肺癌体部立体定向放疗(SBRT)的可行性,并对有无磁场环境下剂量学差异进行分析。方法前瞻性的入组3例SBRT的非小细胞肺癌患者,均应用MR引导加速器放疗。治疗计划分别应用有磁场模型和无磁场模型进行优化和剂量计算,同时在常规加速器进行患者备用计划的制备。比较有无磁场模型剂量的分布差异。同时对靶区覆盖度、计划通过率、治疗时间进行描述,并比较常规加速器备用计划和有磁场模型下执行计划的复杂度等差异。结果3例患者分次治疗时间为(36.67±6.11)min,在线自适应计划平均时间为(14.4±1.7)min,患者基本耐受。治疗前计划的γ通过率(3%/3mm)平均为98.9%,疗中在线计划γ通过率(3%/3mm)为98.5%,靶区覆盖度达99.1%,满足临床需求。有磁场情况下肺部低剂量区剂量略低于无磁场情况,但肋骨和皮肤剂量因磁场存在略高于无磁场计划。在线自适应计划的机器跳数略高于参考计划,常规加速器备用计划机器跳数在相同靶区覆盖度情况下明显低于MR加速器计划。随访结果显示患者无不良反应,近期疗效均为部分缓解。结论在考虑磁场影响情况下可获得满足临床需求的治疗计划,证明MR加速器引导的肺癌SBRT放疗具有可行性,但治疗时间较长,治疗流程较为复杂。

MR加速器在肺癌放疗中的应用及基本应用流程

放疗是肿瘤治疗的重要手段之一。图像引导放疗是目前实现肿瘤精准放疗的主流技术。MR加速器能在放疗过程中对肿瘤进行MRI, 实现肿瘤的实时追踪与监控, 完成MR引导的自适应放疗。本文将综述MR加速器在肺癌中的相关研究与应用。

MR引导放疗在胰腺癌中的应用

放疗是治疗胰腺癌的重要手段。但受胰腺运动等因素影响,放疗疗效难以充分发挥。更高效的胰腺癌放疗有赖于运动管理方式的改进与高质量的图像引导。新兴的MR引导放疗技术软组织分辨率高、无额外辐射、能进行功能成像,经过大量研究评估与验证,其在靶区与危及器官的精准勾画、辅助运动管理和自适应放疗等方面有着巨大优势,有望更好地发挥放疗在胰腺癌治疗中的作用。本文就MR引导放疗在胰腺癌治疗中的应用作一综述和展望。