重复CT扫描提高运动靶区勾画范围准确性研究

目的 通过运动靶区的模拟,探讨CT扫描对运动肿瘤靶区勾画范围准确性的影响,寻找提高运动靶区准确显示的方法.方法 以不同频率和振幅做简谐运动的靶区在CT机上扫描,每组分别重复扫描24次,然后对组内24次扫描图像每2、3次扫描随机分组融合.在Pinnacle计划系统中勾画靶区,分析运动对靶区沿运动方向长度的影响.结果 随运动幅度增加,CT扫描所得球形靶区最大体积与方形靶区最大长度都增加,球形靶区最小体积与方形靶区最小长度减小.运动频率对靶体积及长度影响较运动幅度小.对静止扫描长度为3.3 cm、运动频率为20和幅度为2 cm的方形运动靶区24次扫描中最大长度5.1 cm是最小长度2.1 cm的2.4倍.对组内24次扫描图像每1、2、3次融合,融合后靶区长度平均值±标准差分别为（3.77±1.20）、（4.18±0.91）、（4.52±0.59）cm.结论 随运动频率和幅度增加,CT扫描图像与靶区整个运动范围偏差增大.随扫描次数增加,融合所得靶区长度逐渐增加.在没有条件采取措施控制靶区运动情况下,重复CT扫描能简便有效地提高运动靶区勾画范围准确性.

锥形束CT预测前列腺癌靶区运动的研究

目的分析前列腺癌首次放疗前和代表相对计划CT分次间靶区位移的分次放疗前锥形束CT(CBCT)校准数据之间的关系,以期预测分次间靶区位移。方法选取16例前列腺癌患者为研究对象,记录其首次放疗前CBCT校准位移值和分次放疗前CBCT校准位移平均值,分析两者之间的相关性并初步建立分析、预测靶区运动的一元回归方程模型。结果16例患者首次放疗前左右、头脚、腹背方向的CBCT校准位移绝对值为(0.384±0.270)、(0.980±0.570)、(2.462±1.105)mm,平均分次放疗前CBCT校准位移绝对值为(0.719±0.464)、(1.387±0.757)、(2.884±1.607)mm。首次放疗前CBCT校准位移绝对值和平均分次放疗前CBCT校准位移绝对值在左右方向上呈弱相关(r=0.359,P>0.05),在头脚方向上呈弱相关(r=-0.326,P>0.05),在腹背方向上呈强相关(r=0.833,P<0.01)。结论临床仅可应用腹背方向上首次放疗前CBCT校准位移预测分次间靶区位移(背向),但试验过程仍需优化。

肺癌放疗中活动靶区常规CT定位和PET/CT定位的模体研究比较

目的:肺癌靶区运动是影响放射治疗效果的重要因素之一,目前有很多方法试图解决这一问题,如4D-CT,呼吸门控,慢CT,等,但各有缺陷,都不理想。本文使用模体研究常规CT定位和PET/CT定位并比较。材料和方法:将不同形状CT模体/灌注F18-FDG模体,固定于呼吸运动平台上,使用Simens Biograph64同机PET-CT不同条件扫描(64排CT和39环PET),瓦里安Eclipse治疗计划系统三维重建,勾画并比较体积差异。结果:快速CT扫描运动模体,最大丢失体积达-50.8%(36.2 cm3);PET图像同物体运动轨迹体积比较最大差异-16.3%,且没有出现变形现象。PET图像所有体积小于真实运动轨迹体积,这同显示条件有关系。结论:快速CT只能随机捕捉运动物体部分体积并存在变形情况,不适合应用于活动肿瘤(肺癌)放射治疗计划定位;PET-CT能够较稳定地反映运动物体运动轨迹,且没有图像变形,能较好代表内靶区,并且操作相对简单,病人容易耐受。

新型精确放射治疗肿瘤靶区呼吸控制系统的研制

目的:在实施精确放射治疗过程中,随呼吸运动而运动的人体器官要达到一定的精度较为困难。许多胸腹部器官均会伴随呼吸运动产生一定程度的偏移,需对偏移通过各种方法进行补偿。根据临床实际需求,研制出一套新型精确放射治疗中肿瘤靶区呼吸控制系统。方法:基于现有主动呼吸控制系统的组成结构与思路,研制由气囊、控制箱、患者手柄开关、电脑、控制箱、气囊自动控制器、呼吸传感器及通讯工具等构成的新型精确放射治疗中肿瘤靶区呼吸控制系统,选用Pneumotach型的PowerCube肺功能的呼吸传感器,运用C++高级编程语言编写呼吸控制系统的软件程序。结果:可较好地帮助患者进行呼吸控制,减少肺部肿瘤随人体呼吸运动而发生偏移,提高治疗准确性。结论:该系统集弥散、振荡及通气等功能于一体,可实现在现有仪器上进行改装,达到放射治疗中肿瘤靶区呼吸控制的设计目的,并成功用于临床。

基于体表运动监测预测肺部肿瘤靶区运动可行性研究

目的研究通过在线光学体表监测预测肺癌靶区位置运动的可行性。方法选取16个肺癌病例立体定向体部放疗(SBRT)计划中不同方式获取的CT图像进行实验模拟,以计划CT及原始靶区位置作为基准参考,以四维CT中10个时相的CT和每次锥形线束CT(CBCT)为浮动对象,在其上勾画浮动靶区位置。采用双目视觉表面成像法获取基准和浮动图像体表点云数据,并通过主成分分析提取点云特征信息进行比较。使用随机森林算法对特征信息差和对应靶区位置差拟合,构建靶区位置在线预测模型。结果左右、头脚、腹背方向,选取的主成分方差解释度分别为99.76%、99.25%、99.58%,模型对靶区位置的预测均方根误差(RMSE)为0.0447、0.0837、0.0616 mm。结论基于体表光学数据在线预测肺部靶区实时位置具有可行性,可为临床放疗中靶区位置在线监测验证和剂量评估提供参考。

离子束治疗中的靶区运动补偿方法

相对于被动式束流配送系统,由患者呼吸因素而引起的肿瘤靶区运动会对主动式束流配送系统下的离子束放射治疗带来非常严重的影响,造成离子束辐射场剂量分布的严重畸变,甚至对肿瘤靶区周围的健康组织造成严重损伤,很大程度上影响离子束治疗的疗效。因此,在主动式束流配送系统下,建立针对由呼吸因素引起的运动肿瘤靶区的适形调强照射方法就显得必要,且具有重要意义。系统介绍了呼吸运动探测、4D-CT以及目前主要的3种运动补偿方法(多次扫描、呼吸门控和主动跟踪技术),并对这3种方法在靶区适形度、稳健性以及技术复杂度等方面进行了比较。在靶区适形度方面主动跟踪技术优于门控技术,而门控技术又优于多次扫描技术;在稳健性方面多次扫描技术优于门控技术,而门控技术优于主动跟踪技术;在技术复杂度方面,多次扫描技术最简单,其次是门控技术,而主动跟踪技术最复杂。

肺癌组织间插植放疗患者靶区运动对脊髓最大剂量的影响

目的研究肺癌的铱源后装近距离组织间插植照射中靶区的运动对于脊髓剂量的影响。方法以西南医科大学附属医院肿瘤科2016-01-01-2017-01-31收治的10例铱源后装近距离组织间插植照射肺癌患者CT影像资料为基础,分别对每一组CT影像资料勾画9个半径为5 mm的圆柱体模拟脊髓,并设置圆柱体与临床靶区体积(CTV)的距离分别为0、5、10、15、20、25、30、40和50 mm,用于模拟脊髓的距离变化。在SPSS 19.0中采用线性、二次项和指数3种拟合方式分别拟合模拟脊髓最大剂量(Dmax)与随距离变化的曲线,对回归方程和回归参数分别进行F检验和t检验,并比较拟合优度R2。采用积分的方式分析靶区运动对于脊髓剂量的影响。结果 CTV的D95%平均值为(10 054.63±17.52) cGy(10 029.17~10 086.01 cGy),Dmax线性拟合公式为y=-146.17x+6 808.50(R2=0.65,P<0.01),Dmax二次项拟合公式为y=4.75x2-380.24+8 517.08(R2=0.81,P<0.01),Dmax指数拟合公式为y=7708.44e-0.046x(R2=0.90,P<0.01)。脊髓和靶区距离的估算误差会影响Dmax,当距离误差达到1 mm或-1 mm时,对Dmax的影响可达-4.71%和4.50%。同时,靶区运动也会影响Dmax,当运动幅度分别为1、2、3、5、10 mm时,Dmax的影响分别为0.05%、0.21%、0.48%、1.32%和5.29%。结论利用铱源后装机开展肺部肿瘤近距离组织间插植照射时,只读取计划系统中脊髓Dmax进行脊髓剂量的安全评估存在缺陷。评价脊髓Dmax时,应该充分考虑CT图像中靶区运动相位和幅度等因素的影响。

自适应放射治疗靶区运动补偿系统的设计

为了进一步减小肿瘤放射治疗中靶区运动造成的误差,设计了一套自适应靶区补偿运动的系统和方案,并完成了系统设计和模拟试验。通过控制系统采集患者靶区标记点当前时间的运动位置,与参考点的位置进行比较以控制治疗床向当前时间运动方向相反的方向移动。治疗床的三维运动由控制系统控制三个独立的步进电机实现,控制电机的运动就能实现对治疗床的控制。通过模拟实验表明,本系统能减小放射治疗过程中由于呼吸等运动造成的靶区运动的误差。本系统具有实时性好、运动精度高的特点,具有较高的临床应用价值。

图像引导放射治疗的研究现状

图像引导放射治疗(IRGRT)开创了从精确放疗到准确放疗的时代,图像引导放射治疗在实际工作中因几种方式联合使用效果更佳。由于IGRT在国内外使用才刚刚起步,利用各种方式实现的IGRT都有自其优、缺点,到目前为止还没有一个非常完美且成熟的IGRT。四维放疗结合跟踪技术是趋势,四维影像定位相对较成熟,四维计划设计和四维治疗实施还有待进一步研究。本文扼要介绍图像引导放射治疗的研究现状,以及各种图像引导放射治疗的实现方法和本身存在的问题并就今后研究的方向提出自己的看法。

前列腺肿瘤单方向X射线成像定位的算法比较

目的:利用单方向X射线成像定位算法来实时定位肿瘤靶区可以提高放射治疗精度,应用简便的同时能够降低对病人曝光的成像剂量。但是由于缺少沿射线束方向上的运动信息,如何有效地利用之前的运动信息来保证定位精度是需要解决的一个问题。方法:针对前列腺肿瘤,选择4种典型的实时定位算法,并使用十位患者的Calypso磁场定位数据进行模拟定位来比较它们的定位效果。这四种定位算法分别是α分布图法、两种基于高斯概率密度分布的算法和贝叶斯概率密度分布法。结果:α分布图法的rmse(均方根误差)小于5 mm,但是最大误差能达到50 mm;高斯概率分布法1的rmse小于2.6 mm,最大误差小于6 mm;高斯概率分布法2的定位结果中多数病人的rmse小于1.5 mm,最大误差小于7 mm,而有部分病人的rmse大于4.5 mm,最大误差大于30 mm;贝叶斯概率密度分布法的rmse小于2.5 mm,最大误差小于8.8 mm。结论:高斯概率密度分布法1和贝叶斯概率密度分布法相对优于其它两种;尤其是贝叶斯概率密度分布法能够最好地适用于各种类型的前列腺肿瘤运动的实时定位。

不同运动幅度下笔形束质子与调强光子治疗的肿瘤剂量鲁棒性对比研究

目的通过量化不同运动幅度下笔形束质子(PBSPT)计划和调强光子(IMRT)计划的剂量差异,分析PBSPT计划和IMRT计划在不同图像中对靶区运动的鲁棒性。方法搭建幅度为4和_(8mm)的胸部仿真模体运动平台,扫描平均密度投影(AIP)、最大密度投影(MIP)和平扫CT模拟定位影像。使用Eclipse计划系统在6组运动模体CT影像上生成PBSPT计划和IMRT计划,2种计划的单次照射剂量均为200 cGy。将AIP PBSPT计划分别配准到吸气末(T0)和呼气末(T50)相位影像上,计算其剂量分布。同时,将3组图像中的PBSPT计划进行鲁棒性分析。使用胶片采集实际照射剂量学参数,通过配对t检验或秩和检验评估放疗计划的鲁棒性。结果运动幅度增大,T0和T50中的AIP光子ΔV_((100))中位值分别为-7.15%和-7.50%,质子ΔV_((100))中位值分别为-18.45%和-16.10%。AIP光子Δ(V_(R)-V_(TR))中位值分别为-37.09和-38.03 cm^(3),质子Δ(V_(R)-V_(TR))中位值分别为-3.80和-2.27 cm^(3)。质子无剂量扰动下V_((100))差异无统计学意义,t=1.538,P=0.185;最大剂量扰动下靶区V_((100))差异有统计学意义,t=2.925,P=0.033。光子戴斯相似性系数(DSC)_(8mm)均大于DSC_(4mm),在所有图像中差异有统计学意义,t值分别为-2.666、-3.674和-24.648,P值分别为0.045、0.014和<0.001。AIP图像和平扫CT图像的质子包容性系数(SI)_(8mm)较SI_(4mm)出现明显下降,差异有统计学意义,Z值分别为-2.908和-2.945,P值分别为0.004和0.003。质子均匀性指数(HI)_(4mm)和HI_(8mm)差异有统计学意义,t值分别为-4.134、-2.913和-16.997,P值分别为0.009、0.004和<0.001。结论PBSPT计划对靶区运动较IMRT计划更为敏感。MIP图像中的计划能保证靶区受到足量处方剂量照射,但会在周围产生较大高量区域,不能更好地保护危及器官。在运动幅度较大的情况下,平扫CT图像不能正确反映靶区位置和大小,易对剂量分布产生影响。