CT造影剂对放射治疗计划剂量分布影响的研究

发布时间：2017-12-10 23:07

  本文关键词：CT造影剂对放射治疗计划剂量分布影响的研究

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【摘要】：放射治疗计划是一个根据患者的肿瘤分布的位置及形态所确定的放射治疗方案。由医生根据肿瘤的病理给出一定的处方剂量和危机器官的限量,治疗计划系统(Treatment Planning System,TPS)通过设计合理的照射野,合理的权重等剂量计算并优化,得出医生满意的剂量分布。在放射治疗计划的设计阶段,CT模拟定位图像为建立放射治疗计划提供了图像基础,它是由表达组织密度的CT值重建后显示的图像,因此人体组织器官的CT值与该组织器官的密度值是相对应的。计划系统(Treatment Planning System,TPS)可根据人体组织密度对于射线的不同的衰减系数通过一定的算法进行剂量计算,所得出的剂量分布将直观的显示在CT图像上,因此在CT平扫图像上设计放疗计划所显示的剂量分布是与患者实际所受的剂量相符。通过静脉注射造影剂使得部分组织器官的CT值增大的CT增强扫描图像,其CT值所对应的密度值与实际人体组织器官密度值并不相符,理论上使用CT增强扫描图像设计放疗计划会导致剂量分布的差异。本文是研究全身各部位(脑部、鼻咽部与颈部、胸部、腹部)在各种类型放疗中(常规对穿野放疗、三维适形放疗、调强放疗)因使用CT增强扫描图像会对剂量分布造成怎样的影响和差异,并分析该差异的大小及具体分布情况。主要通过以下两种方式来分析CT造影剂对剂量分布所造成的影响：1.分别在CT增强扫描图像和平扫图像上做放疗计划,比较在同一个患者的不同扫描图像上设计放疗计划会带来怎样的剂量分布差异；2.将CT增强图像上的计划在CT平扫图像上重新剂量计算,所得出的计划与CT增强图像上的计划进行比较,分析在CT增强图像上所显示的剂量分布与患者实际上所受到的剂量间的差异。本文选择经病理确诊的肿瘤患者64例,其中头部肿瘤16例、鼻咽部肿瘤13例、胸部肿瘤15例和腹部肿瘤20例。每个患者在CT模拟定位时同时进行CT平扫和CT增强扫描,将扫描后的平扫图像(平扫CT)和增强扫描图像(增强CT)通过网络传至RAYSTATION4.5治疗计划系统进行图像融合并确保融合的质量,放疗医师在增强CT上进行靶区和危及器官(Organ At Risk, OAR)的勾画,再复制到平扫CT上,保证两者图像间靶区和OAR的一致。常规对穿野计划和三维适形计划是通过以下两种方案设计治疗计划：方案1.分别在同一患者的平扫CT和增强CT上做放疗计划,采用相同的的布野方式、相同的剂量权重设计、相同的等中心点和等剂量线归一方式等,得出不同的两个计划并进行比较。方案2.在平扫CT上设计治疗计划,采用与增强CT计划完全相同的各照射野角度和MU值,重新进行剂量计算,得出的计划与增强CT的计划进行比较。调强计划是通过以下两种方案设计放疗计划：方案1.分别在同一患者的平扫CT和增强CT上做放疗计划,采用相同的的布野方式、相同的优化约束条件,进行逆向优化计算,得出不同的两个计划并进行比较。方案2.在平扫CT上设计治疗计划,采用与增强CT计划完全相同的照射野角度、子野大小、子野形态和子野MU值,重新进行剂量计算,得出的计划与增强CT的计划进行比较。通过比较以下几种参数分析不同计划间差异的大小及分布情况：两者计划间的总MU值、靶区和危及器官的随机采样点P(P1、P2、P3)和T(T1、T2、T3)的剂量、靶区的近似最高剂量D2%、平均剂量Dmean、中位剂量D50%、近似最低剂量D98%、不均匀指数(Homogeneity Index, HI)和两者计划的剂量相减分布图。按照以上的两种方案设计放疗计划,通过比较这些计划间的差异,分析在各种类型的放疗(常规对穿野放疗、三维适形放疗、调强放疗)中,造影剂对于全身各部位肿瘤的放疗计划的剂量影响,总结如下。第一,在常规对穿野放疗中,造影剂对于脑部肿瘤和鼻咽部与颈部肿瘤的放疗计划所造成的剂量差异很微小,平扫CT和增强CT两者间计划的总MU值的差异是约为0.2%-0.4%；在剂量的具体分布中,在照射野边缘有少量的差异,这是由于两者图像融合时位置的少许差异所造成的剂量差异。当将增强CT上的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,靶区和正常组织的剂量分布误差均小于Dmax的1%,因此造影剂对于脑部肿瘤和鼻咽部与颈部肿瘤的放疗计划的影响可忽略不计。造影剂对胸部的肿瘤的放疗计划造成较大的剂量分布差异,平扫CT和增强CT两者间计划的总MU的差异最大可达4%；在具体的剂量分布中,最大差异约分布在经过心脏和纵膈的照射野内,差异约为Dmax的2%-10%；当将增强CT的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,其剂量的主要差异约分布在靶区内和经过心脏和纵膈照射野内的正常组织中,大约为Dmax的2%-10%。因此在实际治疗过程中需考虑造影剂对胸部放疗的影响,建议使用平扫CT来设计放疗计划。造影剂对腹部的肿瘤的放疗计划所造成的剂量差异很微小,平扫CT和增强CT两者间计划的总MU的差异约为0.53%；在具体的剂量分布中,最大差异约分布在照射野内小肠肠腔形态大小改变的位置,差异约为Dmax的2%-6%,当将增强CT的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,其剂量的主要差异还是分布在照射野内小肠肠腔形态大小改变的位置,大约为Dmax的2%-6%,因CT造影剂导致软组织CT值增大,所造成的差异小于Dmax的1%,因此造影剂对于腹部肿瘤的放疗计划的影响可忽略不计,不及小肠生理运动所带来的剂量差异大。第二,在三维适形放疗中,造影剂对于脑部肿瘤的放疗计划所造成的剂量差异很微小,平扫CT和增强CT两者间计划的总MU值的差异是约为0.16%；在剂量的具体分布中,在照射野边缘有少量的差异,这是由于两者图像融合时位置的少许差异所造成的剂量差异。当将增强CT上的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,靶区和正常组织的剂量分布误差均小于Dmax的1%,因此造影剂对于脑部肿瘤的放疗计划的影响可忽略不计。造影剂对胸部肿瘤的放疗计划所造成剂量的差异较大,平扫CT和增强CT两者间计划的总MU的最大差异可达5.5%；在剂量的具体分布中,最大差异约分布在经过心脏及纵膈的照射野内和源皮距(Skin and Source Distance, SSD)较大的照射野内,差异约为Dmax的2%～11%；当将增强CT上的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,其剂量的主要差异约分布在靶区内和源皮距较大的照射野内,大约为Dmax的2%-8%。因此在实际治疗过程中需考虑造影剂对胸部放疗的影响,建议使用平扫CT来设计放疗计划。造影剂对腹部的肿瘤的放疗计划所造成的剂量差异很微小,平扫CT和增强CT两者间计划的总MU的差异约为0.5%；在剂量的具体分布中,最大差异约分布在照射野内小肠肠腔形态大小改变的位置,差异约为Dmax的1%～6%,当将增强CT的计划在平扫CT上重新剂量计算,其剂量的主要差异还是分布在照射野内小肠肠腔形态大小改变的位置,大约为Dmax的2%-7%,因CT造影剂导致软组织CT值增大,所造成的差异小于Dmax的1%,因此造影剂对于腹部肿瘤的放疗计划的影响,可忽略不计。第三,在调强放疗中,造影剂对于脑部肿瘤和鼻咽部与颈部肿瘤所造成的剂量差异很微小,平扫CT和增强CT两者计划间的剂量差异是由于该两者计划是两个不同优化的结果因此导致的剂量差异,当将增强CT上的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,剂量分布差异小于Dmax的1%,因此造影剂对于脑部肿瘤和鼻咽部与颈部肿瘤的放疗计划的影响可忽略不计。造影剂对胸部肿瘤的放疗计划所造成剂量的差异较大,将增强CT的计划在平扫CT上重新剂量计算后与该增强CT上的计划比较,在整个靶区内部和附近的正常组织的剂量分布均有差异,大约为Dmax的2%-6%。因此在实际治疗过程中需考虑造影剂对胸部放疗的影响,建议使用平扫CT来设计放疗计划。造影剂对腹部的肿瘤的放疗计划所造成的剂量差异很微小,同时由于周围正常组织受照的剂量较小,由小肠肠腔位置形态的变化所造成的剂量影响也是较小,对于靶区内的剂量分布影响也是小于Dmax的1%,因此腹部的实际治疗过程中因造影剂引入所造成的差异很小,可忽略不计。CT造影剂对于放射治疗计划剂量分布影响的因素有很多,其中包括治疗计划系统的差异、硬件设施的差异(CT、医用直线加速器)、造影剂的浓度及注射速度等都可能影响到放射治疗计划的剂量分布,本文虽然对于造影剂对放射治疗计划的剂量差异的大小及分布等分析的较详细,但仍然是比较片面的,在未来的工作中仍需要更多的临床数据和更详细的研究来完善造影剂对放射治疗剂量的影响。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R730.55

【参考文献】

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本文编号：1276225