圖像形變配準(zhǔn)引導(dǎo)胸中上段食管癌放療計(jì)劃修正的研究.pdf

1、目的：
　　影像引導(dǎo)放療是通過(guò)獲取患者的在線影像（每次放療實(shí)施前獲取的影像），并針對(duì)腫瘤位移和形狀的變化，采取移動(dòng)治療床的方法校正位置誤差。這種方式的局限在于無(wú)法校正腫瘤及其周圍重要器官之間的相對(duì)位置變化和變形，會(huì)導(dǎo)致腫瘤漏照或正常組織受到不應(yīng)有的照射。通過(guò)自主研發(fā)的具有圖像形變配準(zhǔn)及在線優(yōu)化功能的圖像引導(dǎo)放療工作站軟件，由集成在醫(yī)用直線加速器上的錐形束CT（Cone-Beam CT, CBCT）在線采集胸中上段食管癌調(diào)強(qiáng)放射治療

2、（intensity modulated radiotherapy，IMRT）食管病變及周圍正常組織器官解剖圖像，通過(guò)形變配準(zhǔn)在線影像和計(jì)劃CT影像，獲得腫瘤和周圍重要器官的位移和變形信息，并根據(jù)這些信息，在原始放療計(jì)劃的基礎(chǔ)上，快速在線優(yōu)化調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃，使新產(chǎn)生的放療計(jì)劃適應(yīng)上述位移和變形（在線產(chǎn)生的調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性需要經(jīng)過(guò)型檢實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證），對(duì)比放療計(jì)劃修改前后的臨床可接受情況，評(píng)價(jià)放療圖像引導(dǎo)工作站軟件應(yīng)用于胸中上段食管癌

3、的臨床療效和安全性。本研究也是在線自適應(yīng)放療中新技術(shù)和新方法在臨床應(yīng)用的有益性嘗試。
　　方法：
　　1、實(shí)驗(yàn)?zāi)M在定位和治療時(shí)，腫瘤和（或）危及器官的位置、形狀發(fā)生的變化。通過(guò)圖像引導(dǎo)放療工作站軟件，在線修改調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃。最后參照AAPM119號(hào)報(bào)告的要求，對(duì)比在線產(chǎn)生的新的調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃在固體水中的劑量測(cè)量數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性。
　　2、5例胸中上段食管癌調(diào)強(qiáng)放射治療（IMRT）患者入組

4、，并且保證靶區(qū)頭腳方向不大于15厘米，每周行CBCT擺位驗(yàn)證和校正。每次CBCT圖像掃描后，用圖像引導(dǎo)放療工作站軟件在線融合圖像和在線勾畫靶區(qū)并評(píng)價(jià)原始放療計(jì)劃，若原始放療計(jì)劃理想，則不需要修改放療計(jì)劃，否則在線修改放療計(jì)劃。分析研究經(jīng)過(guò)在線計(jì)劃系統(tǒng)優(yōu)化后的計(jì)劃對(duì)靶區(qū)及正常組織（脊髓和肺）受量影響。
　　結(jié)果：
　　1、對(duì)射野進(jìn)行了逐個(gè)測(cè)量，所用伽馬標(biāo)準(zhǔn)為3％/3mm。將膠片輻射劑量測(cè)定法標(biāo)準(zhǔn)化為與電離室測(cè)量相一致的一個(gè)點(diǎn)或

5、一個(gè)區(qū)域。此處置信限表示為與100%的差值。結(jié)果為97.69±2.66，置信限值為7.5或92.5%。電離室測(cè)量，對(duì)于靶區(qū)內(nèi)的高劑量低梯度區(qū)域，測(cè)量劑量和計(jì)劃劑量間的平均差異為0.012±0.019，符合0.049的置信限（平均值+1.96σ）。對(duì)于低劑量回避結(jié)構(gòu)，測(cè)量劑量和計(jì)劃劑量間總體平均差異變?yōu)?.0093±0.01，符合0.029的置信限值。復(fù)合野膠片測(cè)量，合并所有膠片平面所得平均值為95.4±3.1。使用相同方法建立置信限，但

6、置信限公式略有不同：(100–平均值)+1.96σ。所得數(shù)值為10.7，或89.3%。93%的膠片結(jié)果顯示伽馬線的通過(guò)率為89%或更高。
　　2、5例胸中上段食管患者共獲得30套CBCT圖像，30套mCBCT圖像。CT計(jì)劃與實(shí)際計(jì)劃的PTV靶區(qū)適形度CI和劑量均勻性HI的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。可見，在線修改計(jì)劃后所生成的靶區(qū)適形度CI和劑量的均勻性HI均高于計(jì)劃CT，相對(duì)于CT計(jì)劃，實(shí)際計(jì)劃中同脊髓最大劑量，雙肺平均劑量 Dmean

7、明顯降低，上述差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)；另外，雙肺V20實(shí)際累積計(jì)劃中也顯著降低，以上差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　結(jié)論：
　　放療圖像引導(dǎo)工作站軟件由劑量計(jì)算、圖像配準(zhǔn)、計(jì)劃修改和計(jì)劃評(píng)估等模塊組成。本工作站基于梯度信息的變形配準(zhǔn)算法、GPU加速的Collapsed Cone劑量計(jì)算和局部直接機(jī)器參數(shù)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，已基本實(shí)現(xiàn)了放療計(jì)劃的在線快速優(yōu)化功能。同時(shí)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在線放療計(jì)劃系統(tǒng)的調(diào)強(qiáng)劑量計(jì)算的準(zhǔn)確性已達(dá)到AA

8、PM119號(hào)報(bào)告要求的標(biāo)準(zhǔn)。在放療圖像引導(dǎo)工作站軟件應(yīng)用于胸中上段食管癌調(diào)強(qiáng)放療的臨床研究中，在線計(jì)劃和原始計(jì)劃DVH圖比較得出，經(jīng)過(guò)在線優(yōu)化的放療計(jì)劃明顯提高了腫瘤靶區(qū)的劑量，同時(shí)減少了肺、脊髓等正常組織的受量。放療圖像引導(dǎo)工作站軟件，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)患者在不離開治療床的情況下，快速解決腫瘤及其周圍重要器官的變形和相對(duì)位置變化的問(wèn)題，另一方面通過(guò)改善放射治療的劑量準(zhǔn)確性，在治療過(guò)程中可以根據(jù)解剖影像的變化對(duì)放療劑量予以相應(yīng)調(diào)整，對(duì)放療計(jì)