ArcherQA系统在磁共振引导在线自适应放疗计划独立验算中的应用研究

目的探究将ArcherQA系统用于Elekta Unity 1.5T磁共振加速器上开展的磁共振引导自适应放疗计划独立验算的可行性。方法利用均匀水模体验证了ArcherQA在磁场下的剂量计算精度,然后利用抽签法随机选取32例在Unity上接受磁共振引导在线自适应放疗的患者,包含脑、纵隔、肝、肾、椎体等5个治疗部位、32个离线计划,177个在线计划。分别比较ArcherQA独立验算结果与ArcCheck测量结果、Monaco计划系统计算结果的γ通过率(3 mm/3%、2 mm/2%,阈值10%),定量评估ArcherQA系统对Unity在线计划独立验算的准确性和效率。结果ArcherQA系统可以较为准确地计算出磁场下光子线的剂量分布,在3 mm/3%标准下,水模体中方野验证结果γ通过率均高于99%。在更严格的2 mm/2%标准下,除20 cm×20 cm射野外,其他方野的γ通过率也都超过95%。对于治疗计划验证,ArcherQA计算的结果与ArcCheck测量数据,以及Monaco计划系统的计算数据都表现出较好的一致性,在3 mm/3%标准下平均γ通过率可达到99%以上,2 mm/2%标准下平均γ通过率也超过97%。ArcherQA的在线计划独立验算效率较高,177个在线计划独立验算所需的时长范围为50~150 s,平均时长约为108 s。结论ArcherQA可以准确并高效地计算出磁场下光子线的剂量分布,能够用于磁共振引导自适应放疗中离线和在线治疗计划的独立验算,是一种有效的补充验证手段,为患者治疗计划安全提供保障。

基于临床质子加速器的DeepPlan笔形束模型构建

目的:基于佛罗里达大学质子放疗中心(University of Florida Health Proton Therapy Institute,UFHPTI)质子加速器在笔形束扫描模式下的临床实验数据,在DeepPlan中构建相应模型,验证模型构建的准确性并初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。方法:在DeepPlan质子模块中建立UFHPTI质子加速器的笔形束计算模型,并将剂量计算结果与临床实验数据进行对比,包括30组积分深度剂量(Integrated Depth Dose,IDD)、30组空气中质子束斑发散大小、1组多能量多点照射下的纵向扩展布拉格峰(Spread Out Bragg Peak,SOBP)和横向剂量分布,以此验证模型构建的准确性。最后以UFHPTI的两个前列腺癌临床放疗计划为指导,将DeepPlan计算结果与商用放疗计划系统RayStation计算结果通过PTW公司的VeriSoft软件进行gamma分析。结果:DeepPlan质子模块计算产生的30组IDD与UFHPTI加速器的临床实验数据平均相对误差为0.01%,最大相对误差为0.23%;30组空气质子束斑发散大小与临床实验数据平均相对误差为0.15%,最大相对误差为1.14%。在多能量多点照射下,DeepPlan质子模块计算产生的SOBP与临床实验数据平均相对误差为1.07%,最大相对误差为3.91%;横向剂量分布和临床实验数据平均相对误差为1.92%,最大相对误差为4.09%。针对两个前列腺癌的放疗计划,DeepPlan质子模块与RayStation计算的三维剂量结果在以3 mm/3%的标准下每个子野的gamma通过率都达到95%以上,其中病例1两个子野(270°和90°方向)的gamma通过率分别为96.4%和97.5%,病例2两个子野(270°和90°方向)的gamma通过率分别为99.3%和98.9%。结论:在DeepPlan中构建了与UFHPTI质子加速器相匹配的笔形束模型,该模型可初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。

基于级联3DU-Net的CT和MR视交叉自动分割方法

目的:基于级联3D U-Net,利用配对患者头颈部数据[CT和磁共振图像(MRI)],取得比仅CT数据更高分割精度的视交叉自动分割结果。方法:该级联3D U-Net由一个原始3D U-Net和改进的3D D-S U-Net(3D Deeply-Supervised UNet)组成,实验使用了60例患者头颈部CT图像及MRI图像(T_(1)和T_(2)模态),其中随机选取15例患者数据作为测试集,并使用相似性系数(DSC)评估视交叉的自动分割精度。结果:对于测试集中的所有病例,采用多模态数据(CT和MRI)的视交叉的DSC为0.645±0.085,采用单模态数据(CT)的视交叉的DSC为0.552±0.096。结论:基于级联3D U-Net的多模态自动分割模型能够较为准确地实现视交叉的自动分割,且优于仅利用单模态数据的方法,可以辅助医生提高放疗计划制定的工作效率。

MRI-only放射治疗方案中基于深度学习生成伪CT最新进展

MRI-only放射治疗(放疗)的关键在于基于MRI生成伪CT图像(sCT)。深度学习(DL)方法促进了MRI-only放疗相关研究进展。本文着重就MRI-only放疗方案中基于DL生成sCT的研究进展进行综述。

ArcherQA三维剂量验证系统在鼻咽癌调强放疗计划中的应用

目的探讨ArcherQA三维剂量独立验证系统在鼻咽癌调强放疗计划验证中的可行性。方法回顾性选取Eclipse治疗计划系统(TPS)制定的105例鼻咽癌患者调强放疗计划,分别利用ArcherQA与Portal dosimetry(PD)验证系统进行剂量验证。比较ArcherQA与PD的γ通过率(3 mm/3%,TH=10%),以及ArcherQA与TPS在靶区剂量(D_(mean))、D_(90%))与危及器官剂量(D_(mean))上的差异,并分析ArcherQA结果中各危及器官的三维γ通过率情况。结果ArcherQA计算得到的平均三维γ通过率为(99.04±1.01)%,PD测量结果的平均二维γ通过率为(99.49±0.78)%,二者差异具有统计学意义(t=-3.35,P<0.05)。ArcherQA与TPS在靶区的剂量学差异为:GTV:D_(mean)(0.57±0.48)%,D_(90%)(0.65±0.56)%;平均γ通过率:GTV(97.67±3.43)%,GTVnd-L(97.80±4.35)%,GTVnd-R(97.82±4.07)%,CTV1(97.88±2.44)%,CTV2(96.64±4.32)%;各靶区平均剂量差异为CTV1(0.57±0.46)%,GTVnd-L(0.85±0.55)%,GTVnd-R(0.73±0.55)%,CTV2(0.88±0.52)%;ArcherQA结果中各危及器官的平均γ通过率为脑干(99.93±0.22)%,视交叉(99.17±2.82)%,眼晶状体(100±0)%,脊髓(99.56±1.05)%,甲状腺(99.00±2.06)%,气管(87.86±10.42)%。各危及器官平均剂量,除左侧视神经、右侧海马、右侧腮腺外,差异均具有统计学意义(t=-14.62~4.82,P<0.05)。结论ArcherQA基于高性能图形处理器平台,采用高精度蒙特卡罗算法,可根据患者CT图像快速并准确地计算出体内的三维剂量分布和γ通过率,并给出各感兴趣区域的剂量-体积直方图(DVH)指标参数比较,可用于鼻咽癌调强放疗计划验证,不占用加速器机时,有利于提高工作效率。