圖像形變配準引導胸中上段食管癌放療計劃修正的研究.pdf

1、目的：
　　影像引導放療是通過獲取患者的在線影像（每次放療實施前獲取的影像），并針對腫瘤位移和形狀的變化，采取移動治療床的方法校正位置誤差。這種方式的局限在于無法校正腫瘤及其周圍重要器官之間的相對位置變化和變形，會導致腫瘤漏照或正常組織受到不應有的照射。通過自主研發(fā)的具有圖像形變配準及在線優(yōu)化功能的圖像引導放療工作站軟件，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強放射治療

2、（intensity modulated radiotherapy，IMRT）食管病變及周圍正常組織器官解剖圖像，通過形變配準在線影像和計劃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，在原始放療計劃的基礎上，快速在線優(yōu)化調強放療計劃，使新產生的放療計劃適應上述位移和變形（在線產生的調強放療計劃劑量計算的準確性需要經過型檢實驗驗證），對比放療計劃修改前后的臨床可接受情況，評價放療圖像引導工作站軟件應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放療中新技術和新方法在臨床應用的有益性嘗試。
　　方法：
　　1、實驗模擬在定位和治療時，腫瘤和（或）危及器官的位置、形狀發(fā)生的變化。通過圖像引導放療工作站軟件，在線修改調強放療計劃。最后參照AAPM119號報告的要求，對比在線產生的新的調強放療計劃在固體水中的劑量測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)，以驗證調強放療計劃劑量計算的準確性。
　　2、5例胸中上段食管癌調強放射治療（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擺位驗證和校正。每次CBCT圖像掃描后，用圖像引導放療工作站軟件在線融合圖像和在線勾畫靶區(qū)并評價原始放療計劃，若原始放療計劃理想，則不需要修改放療計劃，否則在線修改放療計劃。分析研究經過在線計劃系統(tǒng)優(yōu)化后的計劃對靶區(qū)及正常組織（脊髓和肺）受量影響。
　　結果：
　　1、對射野進行了逐個測量，所用伽馬標準為3％/3mm。將膠片輻射劑量測定法標準化為與電離室測量相一致的一個點或

5、一個區(qū)域。此處置信限表示為與100%的差值。結果為97.69±2.66，置信限值為7.5或92.5%。電離室測量，對于靶區(qū)內的高劑量低梯度區(qū)域，測量劑量和計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）。對于低劑量回避結構，測量劑量和計劃劑量間總體平均差異變?yōu)?.0093±0.01，符合0.029的置信限值。復合野膠片測量，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%的膠片結果顯示伽馬線的通過率為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計劃與實際計劃的PTV靶區(qū)適形度CI和劑量均勻性HI的差異均有統(tǒng)計學意義?？梢?，在線修改計劃后所生成的靶區(qū)適形度CI和劑量的均勻性HI均高于計劃CT，相對于CT計劃，實際計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)計學意義)；另外，雙肺V20實際累積計劃中也顯著降低，以上差異均有統(tǒng)計學意義。
　　結論：
　　放療圖像引導工作站軟件由劑量計算、圖像配準、計劃修改和計劃評估等模塊組成。本工作站基于梯度信息的變形配準算法、GPU加速的Collapsed Cone劑量計算和局部直接機器參數(shù)優(yōu)化等關鍵技術，已基本實現(xiàn)了放療計劃的在線快速優(yōu)化功能。同時，經過嚴格的實驗驗證，在線放療計劃系統(tǒng)的調強劑量計算的準確性已達到AA

8、PM119號報告要求的標準。在放療圖像引導工作站軟件應用于胸中上段食管癌調強放療的臨床研究中，在線計劃和原始計劃DVH圖比較得出，經過在線優(yōu)化的放療計劃明顯提高了腫瘤靶區(qū)的劑量，同時減少了肺、脊髓等正常組織的受量。放療圖像引導工作站軟件，一方面能夠實現(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位置變化的問題，另一方面通過改善放射治療的劑量準確性，在治療過程中可以根據(jù)解剖影像的變化對放療劑量予以相應調整，對放療計