Model Analytics辅助的智能放疗计划建模

目的:利用瓦里安公司开发的Model Analytics(MA)工具减少人工处理RapidPlan模型离群值的繁琐和主观因素导致模型构成的不确定性,评估MA工具在效率、改善统计学参数及模型优化效果等方面的表现。方法:(1)选取81例优质计划导入RapidPlan系统并建立初始模型;(2)将初始模型上传MA进行自动分析统计,根据报告提示对离群值进行批量统计学确认,比较模型验证前后统计学指标的变化;(3)利用20例测试病例评估统计学确认前后Rapid Plan模型的剂量学表现,并与原临床计划比较。结果:MA只需几分钟便可得到构成模型计划的几何学、剂量学等特征统计,5轮分析共找出8个股骨头剂量学离群值,分别高于各自预测范围上限的11.11%、5.88%、5.56%、5.56%、5.00%、5.26%、5.56%和5.88%,R^2由0.32提高至0.45;仅用一轮分析便找出所有3个膀胱几何和剂量学离群值,其中几何离群值分别高于均值62.22%或低于均值55.35%,剂量学离群值高于预测范围上限3.33%,处理完离群值后,R^2由0.35升至0.37。测试计划表明,Rapid Plan计划质量显著优于人工计划(P<0.05),使用验证前后的模型可分别降低股骨头剂量23.15%和27.55%,降低膀胱剂量8.14%和6.79%。结论:使用MA工具可快速获取模型构成计划的整体描述,并准确查找出模型中的离群值,从而提高智能放疗计划建模的效率,但统计学确认对模型的剂量学表现影响不大。

RapidPlan精炼模型方法在宫颈癌中的应用

目的:提出一种RapidPlan精炼模型的新方法,试图减少建模的工作量以及提高模型的质量和预测能力,并验证该精炼模型方法在宫颈癌病例中的应用。方法:随机选取20个已经批准并完成IMRT计划治疗的宫颈癌病例,导入RapidPlan数据库并建立DVH预测模型,定义为初始模型。然后利用初始模型重新预测20个病人的治疗计划,得到20个新计划,并导入新的数据库以此建立新的DVH预测模型,称之为精炼模型,并将该模型确定为特定病种的最终模型。为了明确在宫颈癌模型中精炼模型是否比初始模型有更好的预测能力以及能预测出更优的结果,通过比较两个模型的训练参数并分别用两个模型预测新入选的10个训练库以外的已经批准并治疗完成的IMRT计划,比较两组计划的DVH图和相关结构的计划质量指标V_(30)、V_(40)、D_(mean)。结果:在宫颈癌模型中精炼模型训练参数优于初始模型,两种模型预测计划的靶区适形度和均匀性差异均无统计学意义(P>0.05),且精炼模型预测的新计划中危及器官剂量低于初始模型,且差异具有统计学意义(P<0.05)。结论:该精炼模型的方法应用在宫颈癌中能提高模型质量和模型预测能力,该方法在减少宫颈癌RapidPlan制作的工作量的同时,大大改善了RapidPlan模型预测的结果。

直肠癌术前同步推量RapidPlan模型用于术后单一处方计划优化的改造测试

目的:测试直肠癌术前同步推量RapidPlan模型用于术后单一处方计划优化的可行性,探索改造和拓展已有模型的应用方法。方法:(1)对现有直肠癌术前同步推量41.8 Gy(PTV)/50.6 Gy(PGTV)RapidPlan模型进行改造;(2)复制直肠癌术后单一PTV处方临床计划18例(45 Gy的7例,50 Gy的11例),保持布野条件、能量、加速器配置及原有剂量算法等不变,将PTV分别匹配模型中的PGTV和PTV,预测可实现的DVH区间并重新优化;(3)将自动计划靶区剂量归一至与临床计划相似后比较各剂量学参数。结果:单一处方靶区匹配模型中的PTV会导致严重的剂量热区,匹配PGTV的RapidPlan计划质量和临床计划相似或略好,但其危及器官剂量学参数的标准差均小于临床计划。结论:直肠癌术前同步推量Rapid Plan模型可用于术后单一处方放疗计划的自动优化并且其质量一致性更好,但需将单一靶区匹配给模型中最高处方剂量对应的靶区结构。

Rapidplan简化模型在宫颈癌VMAT计划设计中的应用

目的探索Rapidplan的简化模型在宫颈癌旋转容积调强(Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT)计划设计中的应用。方法选取60例手动优化临床应用(Clinical Manual Optimization,CMO)的宫颈癌VMAT计划,导入Eclipse13.6计划系统Rapidplan自动计划模块,进行第一次训练后根据训练日志剔除异常计划,剩下48例进行第二次训练,生成Rapidplan简化模型。再抽取10例资深物理师认可并临床执行的宫颈癌VMAT放疗计划,作为测试组,利用简化模型生成自动计划,与原CMO计划进行主要参数的对比,判断简化模型的可行性。结果简化模型生成的自动计划相比于原CMO计划,PTV靶区的D;降低了0.8%(P=0.003),D;提高了0.5%(P=0.04),均匀度指数(Homogeneity Index,HI)值降低了0.01(P=0.018),适形度指数(Conformity Index,CI)则无统计学差异(P=0.085)。危及器官(Organ At Risk,OAR)直肠V;与小肠V;无统计学差异(P=0.721,P=0.271),膀胱V;则降低了7%(P=0.03)。结论宫颈癌VMAT治疗中,Rapidplan简化模型生成的自动计划质量总体优于手动计划,可满足临床需求。

基于蒙特卡罗模拟的直肠癌术前容积调强放射治疗计划剂量验证

目的:通过蒙特卡罗模拟评价基于各向异性解析算法(AAA)直肠癌术前容积调强放射治疗计划(VMAT)的剂量计算精度。方法:选取20例基于AAA和Rapid Plan模型优化的直肠癌术前VMAT计划,通过对比蒙特卡罗模拟与治疗计划计算结果的平均剂量体积直方图、靶区适形度指数(CI)、靶区均匀性指数(HI)和Gamma 3D通过率等参数,评估基于AAA的VMAT治疗计划剂量计算的精度。结果:两种Gamma 3D评估策略通过率的均值与标准差分别为97.58%±0.47%(Max Dose方法)、92.46%±1.76%(Local Dose方法),且差异具有统计学意义(P<0.05);对PTV和PGTV的CI、Dmin和膀胱的D50%、Dmean等不符合正态分布的参数做相关样本非参数检验,除PGTV的CI和Dmin外,差异均具有统计学意义(P<0.05);其他服从正态分布的参数做配对样本T检验,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论:Rapidplan模型计划在低剂量区通过率较低,说明AAA射野边缘低剂量区计算偏差较大;靶区Dmin与AAA的精度较为相关,CI和HI相对于蒙特卡罗模拟结果有一定差异;AAA在股骨头和膀胱的D50%、Dmean相对蒙卡模型有不同程度的低估。

利用医科达病例训练瓦里安RapidPlan模型的可行性和剂量学评估

目的以直肠癌术前同步推量容积调强计划为例,验证跨平台建模的可能性,并以文献报道的北肿模型为参照,评估新模型的剂量学表现。方法将吉林国文医院Monaco医科达加速器68例计划的图像、结构和剂量导入RapidPlan替换北肿模型的81例训练集,保持模型生成条件规则参数不变。重新拟合后利用ModelAnalytics进行统计学确认和离群值处置,获得国文模型。另选11例国文验证病例测试两模型优化效果,基于RTOG0822中对小肠V35 Gy、V40 Gy和V45 Gy,股骨头V40 Gy和V45 Gy,膀胱V40 Gy和V45 Gy等指标评估质量。结果医科达数据成功建立RapidPlan模型且验证病例均一次性合格,结果大幅好于以68例训练集为代表的人工平均水平。北肿模型比国文模型更好保护了膀胱(V40 Gy从23.66降至21.64,降幅9.33%;V45 Gy从14.20降至13.40,降幅5.97%;均P<0.05)、小肠(V35 Gy从13.48降至11.23,降幅20.04%;V40 Gy从8.69降至7.21,降幅20.53%;V45 Gy从4.82降至3.80,降幅26.84%;均P<0.05)和股骨头(V40 Gy从1.13降至0.66,降幅71.21%,P<0.05;V45 Gy从0.10降至0.05,降幅100%,P=0.08)。结论RapidPlan可跨系统建模和应用,且对不同处方、加速器性能等具有良好兼容性。

不同多叶准直器对RapidPlan模型应用的剂量学影响

目的探讨RapidPlan模型在不同多叶准直器(MLC)系统间的建模和拓展应用情况。方法选取北京大学肿瘤医院2014年5月至2015年6月接受放疗的直肠癌患者的历史计划(配置为MMLC加速器)共81例和2017年11月至2019年5月接受立体定向放疗(SBRT)的肺癌患者的历史计划(配置为HDMLC的加速器)共35例, 分别训练M;Mmlc和M;Dmlc RapidPlan模型, 测试它们在同种及另一种MLC计划上的应用效果。结果无论对于M;Mmlc还是M;Dmlc, 两种MLC配置下RapidPlan对于相同病例在相同布野条件下生成的优化参数完全相同。将两种MLC配置下优化的计划分别归一至靶区满足最低处方要求后:(1)M;Mmlc优化的两种MLC计划的平均DVH几乎重合, 差异幅度不超过2%, PGTV靶区剂量适形性相似, 但HDMLC的均匀性指数(HI)比MMLC低20%, 除此之外的剂量学参数总体最大差异不超过0.97%;(2) M;Dmlc优化的PTV与IGTV DVH的尾部:HDMLC高于MMLC。其余DVH几乎重合。HDMLC计划与MMLC计划相比具体剂量学参数表现为:PTV适形指数(CI)值低0.96%;HI值高1.75%;16项危及器官剂量学参数中的9项前者表现更优;正常肺的V5 Gy(P<0.05)、V_(10 Gy)、V_(20 Gy)(P<0.05)、D_(1000 cm^(3))均更低;脊髓最大剂量高2.07%, D_(0.35 cm^(3))高2.88%, D^(1.2 cm^(3))高3.99%(P<0.05)。结论 RapidPlan模型在不同MLC之间展现了良好的拓展性和可共享性, HDMLC相对于MMLC的剂量学优势在肺SBRT患者的小体积肿瘤上有所体现, 该差异可以作为未来自动计划设计选择MLC配置的一个指导。

复杂处方和解剖分段的食管癌自动计划建模

目的:研究在复杂处方和解剖分段等临床条件下,基于瓦里安RapidPlan模块建立食管癌放疗自动计划整合模型的可行性及其剂量学特点。方法:收集301例多处方、多分段的食管癌放疗计划导入RapidPlan系统,在ModelAnalytics(MA)工具辅助下对模型进行统计学分析和离群值处置,建立初始模型。再利用未参与建模的40例临床食管癌治疗计划,通过RapidPlan模型对其进行重新优化以评估模型的自动优化效果,并以此作为反馈数据,进一步调试和优化迭代模型参数,分别对两组计划的各主要参数进行比较。结果:通过增大样本量和按剂量比例(而非命名规则)匹配结构等方法,本工作成功建立了复杂处方和解剖分段下的整合RapidPlan食管癌自动放疗计划模型。RapidPlan和临床计划对于不同器官的保护各有优势,但均符合临床要求。相对传统人工计划的试错过程,RapidPlan更加高效,且减少了主观因素差异造成的计划质量不一致。结论:本工作提出了在复杂解剖分段和处方条件下建立食管癌自动放疗计划整合RapidPlan模型的方法,并基于独立病例验证了其可行性和剂量学表现。