Tomotherapy不同MVCT扫描模式的成像剂量及对儿童患者位置验证精度的影响

目的:探究螺旋断层放疗(Helical TomoTherapy,以下简称TOMO)高能X线计算机体层摄影术(MVCT)3种扫描模式的成像剂量及其对儿童患者位置验证精度的影响。方法:使用Exradin A1SL电离室测量标准虚拟水模体(Cheese phantom)相同采样点处3种扫描模式的剂量。使用CIRS 1岁婴儿和5岁儿童仿真人模体模拟MVCT引导摆位流程,将“fine”模式引导的床值作为参考,比较其他两种模式的偏差值。结果:“fine”模式下的剂量约为“normal”模式下的2倍(2.003±0.048),“fine”模式下的剂量约为“coarse”模式下的3倍(3.056±0.099),与螺距的比例关系一致。“normal”模式的偏差符合临床容差范围(±1 mm),且结果[等中心点偏差:1岁婴儿:0.53 mm(头颈),0.25 mm(盆);5岁儿童:0.36 mm(头颈),0.12 mm(盆)]均优于“coarse”模式[等中心点偏差:1岁婴儿:0.59 mm(头颈),0.99 mm(盆);5岁儿童:1.11 mm(头颈),1.11 mm(盆)]。结论:TOMO MVCT的辐射剂量和位置验证精度与螺距成反比,“coarse”模式尤其是进出方向的引导精度欠佳,需予以特别关注和必要的人工干预。

Tomotherapy MVCT不同配准方式对头颈部摆位的影响

目的:评估螺旋断层放射治疗(Tomotherapy,TOMO)兆伏级CT(MVCT)不同配准方式对头颈部摆位的影响。方法:首先基于室内激光和体表标记对头颈部模体进行摆位,行MVCT图像引导并自动配准,误差修正后将其作为参考图像。随后进行单、双及3方向移床(-5~5 mm,步长1 mm),分别用Bone、Bone and Tissue和Full Image方式进行配准,最后记录左右(X)、头脚(Y)、腹背(Z)的摆位误差。结果:不同配准方式下,Bone的摆位误差最小。在Fine 1 mm模式下,Bone和Bone and Tissue配准存在显著差异,摆位误差分别为0.5(0.3,0.8)mm和0.6(0.4,0.8)mm;在Fine 2 mm模式下,Bone和Bone and Tissue配准同样存在显著差异,摆位误差分别为0.4(0.3,0.7)mm和0.5(0.4,0.8)mm。在Normal 2 mm和Coarse 3 mm模式下,3种配准方式均存在显著差异(P<0.05)。在Fine 2 mm和Normal 2 mm模式下,3种图像配准均无差异(P>0.05)。不同配准方式下,Y方向相关性最低。CTV-PTV外放Margin值在Bone配准方式下,X、Y、Z 3个方向分别为2.1、2.8、2.2 mm;Bone and Tissue配准方式下,X、Y、Z 3个方向分别为2.1、2.7、2.2 mm;Full Image配准方式下,X、Y、Z 3个方向分别为2.2、3.0、2.2 mm。结论:综合3种模式相同的扫描长度、扫描时间和剂量考虑,在TOMO临床治疗头颈部患者时,可选择Normal模式,优先选择Bone配准方式。

图像重建算法对兆伏级成像系统图像质量及自动配准精度的影响研究

目的:对比研究TOMO Radixact螺旋断层放射治疗系统不同迭代重建(IR)算法对兆伏级CT(MVCT)成像系统图像质量的改善及对自动配准精度的影响,探索适合临床应用的重建算法。方法:使用MVCT成像系统分别扫描Tomo-Phantom HE型模体和Catphan604型模体,分析MVCT图像重建算法中的标准(STD)算法、迭代重建通用(IR-G)算法、迭代重建软组织(IR-ST)算法3种重建算法生成的3组图像,分别计算3组图像的噪声指数(NI)、图像均匀性指数(UI)、调制传递函数(MTF)、低对比度可见度(LCV)和对比度噪声比(CNR)。利用Lucy模体进行自动配准算法准确性测试,通过对左右方向(x轴)、头脚方向(y轴)、垂直方向(z轴)以及y轴的自由旋转(Roll)4个维度的配准数据进行其对自动配准精度的影响验证分析。结果:IR-G和IR-ST重建算法的NI分别为39.58±0.10和14.62±0.26,优于STD算法的39.58±0.10,UI分别为19.87±0.83和15.84±2.51,优于STD算法的24.51±1.81,LCV分别为2.50±0.03和1.74±0.11,优于STD算法的3.67±0.04,且均有明显提升,但MTF50%的高对比度分辨率分别为0.23和0.21lp/mm,低于STD的0.32lp/mm,整体图像质量IR重建算法优于STD重建算法。自动配准算法准确性测试中,y轴方向上IR-G和IR-ST算法的配准精度分别为(0.360±0.142)mm和(0.245±0.050)mm,均高于STD算法的(0.145±0.136)mm,差异有统计学意义(Z=6.0、15.0,P<0.05),其余方向的配准精度差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:IR算法在噪声、均匀性及低对比度分辨率上均有优势,但高对比度分辨率有所降低,高对比度分辨率的降低并未导致自动配准精度降低。

螺旋断层MVCT在鼻咽癌自适应放射治疗中的剂量学研究

目的:研究螺旋断层放射治疗系统(TOMO)兆伏级CT(MVCT)成像(TOMO-MVCT)在鼻咽癌自适应放射治疗(ART)中直接用于剂量计算的可行性。方法:采用数表法随机选取20例行鼻咽癌TOMO治疗的患者,采集患者首次治疗的MVCT图像,在TOMO治疗计划系统中,将采集到的MVCT图像与放射治疗计划的千伏级CT(kVCT)图像进行融合配准。将治疗计划植入MVCT图像中,选取相应MVCT电子密度曲线进行剂量计算。比较分析基于MVCT和kVCT图像计算的靶区和危及器官(OAR)剂量分布差异。结果:MVCT相对于kVCT图像计算的肿瘤靶区(GTV)和计划靶区(PTV)剂量D95分布相对误差分别为(0.65±0.58)%和(0.66±0.73)%;OAR脑干、脊髓、左晶体、右晶体、左眼球、右眼球、左视神经、右视神经和垂体剂量Dmax分别为(0.70±1.16)%、(0.31±2.26)%、(-0.19±1.32)%、(-0.33±1.96)%、(-0.15±2.34)%、(0.37±1.32)%、(0.40±0.72)%、(0.29±0.55)%和(0.53±0.70)%;左腮腺和右腮腺的D50分别为(0.65±1.11)%和(0.26±0.86)%。结论:基于TOMO-MVCT成像与kVCT图像的剂量计算差异<2%。TOMO-MVCT图像可直接用于鼻咽癌ART的剂量计算。

基于断层调强放射治疗中扇形束兆伏级CT数据分析鼻咽癌的摆位误差

目的:基于断层调强放射治疗中扇形束兆伏级断层扫描数据分析鼻咽癌治疗分次间的摆位误差,探讨影响摆位误差的因素。方法:37例鼻咽癌患者于2015年2-9月期间接受断层调强放射治疗。所有患者分别于每日常规摆位后、断层调强放射治疗前行断层扫描,并与计划断层扫描匹配,获取误差数据。通过MPTV=2.5∑+0.7σ(MPTV:计划靶体积边界;∑:系统误差;σ:随机误差)计算MPTV。结果:患者校正前三维方向和旋转角度的误差绝对值均值分别为左右(2.102±0.040 6)mm;头尾方向(1.490±0.034 8)mm;前后方向(1.306±0.335)mm和旋转(1.392±0.038 4)度。对应的各方向MPTV为左右方向为3.467 5 mm,头尾方向为2.979 5 mm,前后方向为2.888 5 mm。分次间三维方向位移随时间逐渐增加且差异有统计学意义(P<0.05)。单因素分析显示体重下降和颈部淋巴结退缩影响摆位误差。结论:鼻咽癌调强放疗计划设计时均匀外放3 mm得到PTV并不合适,应个体化设计;同时摆位误差随治疗时间逐渐增大,在线纠正摆位误差保证了断层调强放疗的精确实施。

兆伏级扇形束CT在头颈部肿瘤放射治疗中的扫描策略研究

目的:探讨螺旋断层放射治疗(HT)系统兆伏级CT(MVCT)在头颈部肿瘤放射治疗中扫描条件的设定。方法:选取11例头颈部肿瘤患者,行MVCT扫描时采用不同层厚与范围组合,将扫描和计划图像配准后,对配准部位的进出(LNG)、左右(LAT)、升降(VRT)及旋转(ROLL)4个方向的偏差值进行分析。结果:对于鼻咽癌等靶区长的患者,相同扫描范围4 mm和6 mm的不同扫描层厚在LAT、LNG、VRT和ROLL的4个方向偏差值均无统计学差异;当不同扫描范围为颅底-下颏及喉-锁骨上时,在LAT、VRT和ROLL的3个方向的偏差值有明显统计学差异(t=-5.48,t=-2.56,t=-3.82;P<0.05)。对于垂体瘤等靶区短的患者,采用不同的扫描层厚及范围,配准结果无统计学差异。结论:靶区较长的头颈部肿瘤,可选择较宽层厚减少扫描时间,需关注不同配准区域形成结果的差异;对于靶区短的肿瘤,可采用较窄的层厚提高图像质量,使其易于临床配准。

引导螺旋断层放疗用兆伏CT图像质量定量分析

目的:定量分析螺旋断层放疗系统3种兆伏CT扫描模式获取的2套模体图像质量,探索和验证螺旋断层放疗系统兆伏CT图像的半自动质控方法。方法:分别使用螺旋断层放疗系统上螺距为4 mm、8 mm、12 mm/圈的Fine、Normal和Coarse模式,获取CatPhan504和Cheese模体的兆伏CT图像。基于Pylinac、Matlab和Eclipse软件自动分析对比3种模式下图像的空间分辨率、图像噪声和低对比度分辨率。结果:对CatPhan504空间分辨率模块的分析显示,Coarse模式的前3个线对(间距分别为0.500 cm、0.250 cm和0.167 cm)清晰但从线对4(间距为 0.125 cm )开始发生了明显混叠,而Normal和Fine的前4个线对均可清晰观测。Coarse、Normal和Fine模式下Cheese模体的总体不均匀度分别为0.157 7、0.136 8和0.122 9。3种成像模式所得Cheese图像的低对比度分辨率相近,且随着构造材料与局部背景CT平均差值的增大,插件的可观测性呈近乎线性增长。结论: 3种成像模式在3个图像质量评估指标上并未呈现一致优劣性。临床上螺旋断层放疗系统成像模式的选择可基于图像观测的需求,参考本研究的评估结果,从而做出决策,相关图像质量评估工作也可参考本研究的方法,定期进行相关质控测试。

螺旋断层调强放射治疗床沉降规律的测量和计算公式的拟合

目的:通过对螺旋断层调强放射治疗(TomoTherapy)治疗床沉降规律测量结果的分析,拟合计算公式,以指导靶区margin的外放以及图像引导扫描范围的选择。方法:从TomoTherapy治疗床床头敏感电子元件标记线开始,将治疗床划分成不同的压载区,设计26组系列压载方案,自床头标记线开始每隔10cm为1个沉降测量点,在机器等中心处测量治疗床的沉降值;根据测量结果拟合治疗床沉降值计算公式,并验证计算结果的准确性。结果:经过测量数据拟合与优化选择,得出治疗床等中心点沉降值y(mm)与治疗床等中心点前段承重x(kg)的关系公式为:y=-0.0781x-0.5557(r2=0.89)。结论:等中心处治疗床的沉降值与治疗床等中心前的承重呈良好的线性关系,拟合的线性函数可以很好的反应治疗床的沉降情况。针对人体体重分布特点,实测与计算值均反应胸腔及上腹部经过等中心点时床沉降变化的速度较快,对长靶区的治疗需要考虑治疗床沉降的影响。

兆伏级CT对胸腹段肿瘤放射治疗影响与提高治疗精度因素的研究

目的:运用高能X射线计算机体层摄影(MVCT)图像引导对胸腹部肿瘤螺旋断层放射治疗摆位误差进行评估,分析影响摆位精度的因素,提高临床放射治疗精度。方法:随机选取40例胸腹部肿瘤根治患者病例,通过MVCT图像引导下自动配准结合手工配准后所得到的1218组摆位误差数据与分布频次,分析减少临床摆位误差的方法,改进和提高放射治疗精度的流程规范。结果:通过计算可以得出系统误差±随机误差在X轴、Y轴及Z轴方向上分别为(1.43±1.24)mm、(5.12±1.41)mm及(1.55±1.18)mm,最终手动参与配准执行后为(1.36±1.18)mm、(5.02±1.35)mm及(1.46±1.12)mm。Y轴方向平均误差最大,其次是Z轴方向,X轴方向的平均误差最小。结论:胸腹部肿瘤摆位误差较大,但通过配准可以量化地减少摆位误差,经分析放射治疗流程中产生误差环节,总结有效提高摆位精度的方法,为精确放射治疗提供必要的质量保证。

基于螺旋断层放疗系统分析儿童髓母细胞瘤全颅全脊髓放疗的靶区外放边界

[目的]基于螺旋断层放疗(tomotherapy,TOMO)兆伏级图像引导系统(megavoltage computed tomography,MVCT),分析不同螺距及配准方式对儿童髓母细胞瘤全颅全脊髓放疗(craniospinal irradiation,CSI)摆位误差的影响,并探索最佳计划靶区(planning target volume,PTV)外放边界。[方法]选取25例儿童髓母细胞瘤,行TOMO放疗前每日MVCT图像引导,共计386次,图像采集范围选取头颈段和腰骶段,14例患儿MVCT扫描螺距选择Normal模式,11例选择Course模式,并在14例Normal螺距组选取Bone和Bone and Tissue两种配准模式进行组内对比。记录各方向的摆位误差进行差异分析,并计算PTV外扩边界。[结果]Normal螺距组头颈段和腰骶段的摆位误差均在Y轴和Roll方向小于Course螺距组(P<0.05),X轴和Z轴方向的摆位误差差异无统计学意义;头颈段Bone配准组摆位误差在Z轴和Roll方向小于Bone and Tissue配准组(P<0.05),X轴和Y轴方向的摆位误差差异无统计学意义;腰骶段Bone配准组摆位误差在X、Y、Z轴和Roll方向均小于Bone and Tissue配准组(P<0.05)。[结论]髓母细胞瘤患儿行CSI TOMO放疗时,MVCT选择Normal螺距Bone配准方式可有效地提高摆位误差精度。头颈段X和Z轴方向的建议PTV外放边界分别为2.3 mm和2.0 mm,腰骶段X和Z轴方向的建议PTV外放边界分别为3.2 mm和4.3 mm。CSI Y轴方向的建议PTV外放边界为6.2 mm。

食管癌患者螺旋断层治疗的摆位误差分析

目的 利用TOMO自带的MVCT图像引导系统,分析食管癌患者治疗摆位误差,指导计算CTV到PTV外扩间距.方法 随机抽取2016年间64例在我院接受TOMO治疗的食管癌患者,在每次摆位后行MvCT获得图像,并将其与定位时KVCT图像进行配准.记录患者在x、y、z轴平移和横截位旋转（roll）摆位误差并行t检验或单因素方差分析.利用M=2.5∑＋0.78计算PTV的外扩间距.结果 颈段、胸上段、胸中段、胸下段的CTV-PTV外扩间距在x、y、z轴向略有不同;胸上段食管癌患者使用头颈肩膜固定在y轴向平均摆位误差低于体膜固定（P=0.000）;体膜固定时第5、6周z轴摆位误差略小于前几周（P=0.036）;3秘图像配准模式得出的摆位误差相近（x轴P=0.868,y轴P=0.491,z轴P=0.169,roll方向P=0.985）.结论 食管癌患者摆位误差较大,TOMO自带的图像引导系统MVCT可以很大程度减少摆位误差,确保每次治疗精度.同时建议临床上在不同食管癌分段使用不同CTV-PTV外扩间距.胸上段食管癌患者建议使用头颈肩膜来固定.