肝脏肿瘤kV级CBCT图像引导放疗图像配准及位置变化的研究

发布时间：2017-04-18 11:11

  本文关键词：肝脏肿瘤kV级CBCT图像引导放疗图像配准及位置变化的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球癌症统计，在男性癌症患者中确诊为肝癌的占第五位，死于肝癌的占第二位；在女性癌症患者中确诊为肝癌的占第七位，死于肝癌的占第六位。此外，肝脏是恶性肿瘤常见的转移部位，常为肿瘤病情进展的指标。放疗是治疗不可手术切除肝脏肿瘤的重要手段，随着放疗设备、计算机技术的进展以及对放射生物学认识的加深，放疗在治疗肝脏肿瘤中的作用日益受到重视。 肝脏是一个对放射线耐受较差的器官，全肝放疗的最小耐受剂量（TD5/5）是25Gy，最大耐受剂量（TD50/5）是40Gy，国外学者在关于无肝功能障碍肝转移癌放疗的研究中认为TD5/5是30Gy；而肝脏肿瘤的放疗根治剂量在60Gy/30次/6周左右。因此，肝脏的放疗耐受量远低于肿瘤细胞的根治剂量。常规放疗不能兼顾肿瘤控制概率和正常组织并发症概率，疗效相对有效。三维适形放疗（3D-CRT）是一种精确放疗，其射野形状与靶区形状一致，在提高靶区照射剂量的同时能够减少周围正常组织的照射，为不宜手术的肝脏肿瘤患者提供了一个新的治疗途径，疗效非常显著。但肝脏肿瘤在3D-CRT过程中几何不确定因素较多，使得治疗时靶区和危及器官的位置与放疗计划存在差异。图像引导放疗通过将放射治疗机与影像设备结合在一起，在治疗前获取靶区和危及器官的影像，然后与定位影像配准，通过移动治疗床校正误差，进一步提高了放疗的精确性。 使用直线加速器机载千伏级锥形束CT（kV级CBCT）是一种常用的容积图像引导方法，与二维图像相比，CBCT图像能够提供三维软组织的图像，在治疗时与计划CT图像配准整体影像或感兴趣区（ROI），因而能更好的指导摆位。在使用kV级CBCT图像引导过程中，图像配准是至关重要的一个环节，配准方法决定配准结果，因此本研究首先对不同配准方法进行了比较，然后在此基础上研究肝脏肿瘤分次放疗间位置的变化。现将各部分内容概述如下。 第一部分肝脏肿瘤kV级CBCT图像引导放疗配准方法的比较 目的：比较肝脏肿瘤千伏级锥形束CT（kV CBCT）图像与计划CT图像配准的不同方法。 方法：研究15例行放射治疗的肝脏肿瘤患者，每例患者于摆位后放射治疗实施前行CBCT扫描，每周1～3次，共获取121幅CBCT图像。离线下完成CBCT图像与计划CT图像的配准，配准方法包括手动配准、常规软组织配准、常规骨性配准、自动肝脏配准、自动椎体配准，其中后四种方法均使用配准软件自动配准。手动配准以肝脏外轮廓为参照物，分别对椎体右侧的肝脏和椎体前方的肝脏进行配准，取两者配准结果的均值为全肝配准结果；每幅图像以同样的方法配准4次，取配准结果的均值作为手动配准结果。在使用配准软件配准图像时涉及四个配准因素：配准模板、配准范围、配准参数、配准坐标轴。其中，常规软组织配准和自动肝脏配准的模板是软组织配准模板，常规骨性配准和自动椎体配准的模板是骨组织配准模板；常规软组织配准和常规骨性配准的范围是CBCT扫描范围内的所有组织，即等中心点上下方向各7.5cm内的范围，自动肝脏配准的范围是全肝，，自动椎体配准的范围是肝脏水平的椎体；四种自动配准方法的配准参数、配准坐标轴均一致，分别为Thorax3D和左右（X轴）、上下（Y轴）、前后（Z轴）方向。不退出配准程序，使用同种自动配准方法对同幅图像连续配准3次，观察配准结果是否会发生变化，以此检测配准软件的稳定性。间隔1个月，使用同种自动配准方法重复配准CBCT图像与计划CT图像，每幅图像各配准4次，若4次配准结果的最大差值≤3mm认为该方法具有可重复性。最后分别将每种自动配准方法4次配准结果的均值与手动配准结果进行比较,以绝对差值是否≤3mm来反映自动配准与手动配准结果的接近程度。 结果： 1手动配准CBCT与计划CT需10～15分钟，配准效率有待提高。 2常规软组织配准、常规骨性配准的可重复性均较好，4次自动配准结果的最大差值均在1mm之内；自动椎体配准的可重复性次之，自动肝脏配准的可重复性最差。 3在使用配准软件自动配准图像时，配准范围的大小影响配准结果。 4自动肝脏配准与手动配准结果最接近，绝对差值在3mm内的百分率分别为左右方向84.3%、上下方向77.7%、前后方向92.6%，但仍有可能出现较大的差值，左右方向13.4mm、上下方向12.6mm、前后方向14.9mm。 结论：为提高图像配准效率，推荐在线配准图像时先使用自动肝脏配准；由于配准范围影响配准结果，每次配准图像时均需根据肝脏的解剖位置确定个体化的配准范围；由于使用该方法可能出现较大的差值，在自动配准完成后，需根据计划CT的肝脏外轮廓在CBCT图像上的投影、特别是横膈顶轮廓的投影对配准结果校正。 第二部分应用kV级CBCT研究肝脏肿瘤分次放疗间位置的变化 目的：应用千伏级锥形束CT（kV级CBCT）图像引导放疗技术评估肝脏肿瘤患者分次放疗间位置的变化。 方法：研究15例行放射治疗的肝脏肿瘤患者，每例患者于摆位后放射治疗实施前行CBCT扫描，每周1～3次，共获取121幅CBCT图像。离线下以肝脏外轮廓、椎体外轮廓分别为参照物完成CBCT图像与计划CT的配准。将肝脏、椎体的配准结果分别定义为分次放疗间肝脏及椎体位置的变化，将两者配准结果的差值定义为肝脏相对于椎体位置的变化，对空间位置的变化分别予以评估。 结果： 1分次放疗间，在左右方向肝脏位置的变化是1.0（-16.0～8.0）mm，上下方向-2.1±8.4mm，前后方向-1.2±2.3mm。其中，上下方向位移的绝对值最大，中位值6.3mm，第90百分位数14.9mm，范围0～19.3mm；左右方向次之，中位值2.8mm，第90百分位数6.6mm，范围0～16.0mm；前后方向最小，中位值1.5mm，第90百分位数4.4mm，范围0～7.6mm。三维方向位移的绝对值具有统计学差异。 2分次放疗间，在左右方向椎体位置的变化是-1.0（-16.0～8.0）mm，上下方向-3.4±8.1mm，前后方向-2.0（-10.0～3.0）mm。其中，上下方向位移的绝对值最大，中位值6.0mm，第90百分位数14.0mm，范围0～18.0mm；左右方向次之，中位值3.0，第90百分位数7.4mm，范围0～16.0mm；前后方向最小，中位值2.0mm，第90百分位数7.0mm，范围0～10.0mm。三维方向位移的绝对值具有统计学差异。 3分次放疗间，左右方向肝脏相对于椎体位置的变化是1.5±2.5mm，上下方向1.2±6.7mm，前后方向1.1mm（-2.9～10.3mm）。其中，上下方向位移的绝对值最大，中位值4.8mm，第90百分位数10.8mm，范围0.1～19.3mm；左右方向次之，中位值2.0mm，第90百分位数4.4mm，范围0～8.6mm；前后方向最小，中位值1.4mm，第90百分位数3.6mm，范围0～10.3mm。三维方向位移的绝对值具有统计学差异。 4若通过配准椎体校正患者位置，放疗时左右、上下、前后方向肝脏位移的绝对值可能增大，可能性分别为39.7%、42.1%、43.0%。 5肝脏肿瘤放疗若未进行图像引导，为使99%CTV接受95%处方剂量，在左右、上下、前后方向，CTV-PTV至少应外扩8.6mm、17.4mm、4.7mm。 结论：分次放疗间肝脏相对于椎体位置的变化是几何不确定因素的重要来源，椎体不适于作为肝脏肿瘤图像引导放疗的参照物。肝脏肿瘤放疗若未进行图像引导，CTV-PTV应至少外扩：左右方向8.6mm、上下方向17.4mm、前后方向4.7mm。
【关键词】：肝肿瘤 千伏级锥形束CT 图像引导放疗 图像配准 位置变化
【学位授予单位】：河北医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R735.7;R730.55
【目录】：

• 摘要4-8
• ABSTRACT8-14
• 英文缩写14-15
• 引言15-16
• 第一部分 肝脏肿瘤 kV 级 CBCT 图像引导放疗配准方法的比较16-30
• 前言16
• 材料与方法16-19
• 结果19-22
• 附图22-24
• 附表24-26
• 讨论26-28
• 小结28
• 参考文献28-30
• 第二部分 应用 kV 级 CBCT 研究肝脏肿瘤分次放疗间位置的变化30-47
• 前言30
• 材料与方法30-31
• 结果31-34
• 附图34-36
• 附表36-43
• 讨论43-45
• 小结45
• 参考文献45-47
• 结论47-48
• 综述 肝脏肿瘤图像引导放射治疗的研究进展48-62
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 个人简介63

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;Detection and characterization of hepatocellular carcinoma in rats with liver cirrhosis:diagnostic value of combined use of MR positive and negative contrast agents[J];Hepatobiliary & Pancreatic Diseases International;2009年01期

2 崔天祥;徐燕梅;周一兵;周军;孙建国;;4D-CT与ABC技术在肺部放疗呼吸管理中的比较[J];重庆医学;2013年28期

3 张宏;李仁民;汪军;吕坤;;容积摄影技术在头颅颌面部中的应用[J];安徽医学;2013年09期

4 吴冰;马广栋;王亮和;陈星萌;;CBCT对盆腔肿瘤精确放疗摆位误差分析[J];中国医药导刊;2013年S1期

5 陈昊;王凡;;脑胶质瘤患者术后放疗期间的瘤床体积变化及摆位误差的研究[J];安徽医学;2014年02期

6 卿莉萍;梁世雄;洪超善;付庆国;韩青;;应用锥体束CT分析肝癌图像引导放疗的摆位误差及外放边界[J];广西医学;2014年02期

7 董峰;孙立宁;汝长海;;基于双目视觉的医疗机器人摆位系统测量方法[J];光电子.激光;2014年05期

8 冯献斌;曾自力;;三维适形放疗计划设计过程中的质量保证与质量控制[J];广西医学;2014年05期

9 关心;周建农;;结直肠癌肝转移的治疗[J];国际消化病杂志;2014年03期

10 周正东;陈元华;余子丽;;一种基于实时运动跟踪的自适应dMLC门控放射治疗方法[J];东南大学学报(自然科学版);2014年05期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 李建成;王笑良;赵云辉;刘迪;陈诚;张秀春;潘建基;;胸中下段食管癌肿瘤靶区内扩边范围的初步研究[A];2013华东胸部肿瘤论坛暨第六届浙江省胸部肿瘤论坛论文集[C];2013年

2 李建成;陈诚;潘建基;李奇欣;刘迪;张和平;许之晨;王玲华;;不同肺体积定义对肺癌放疗剂量学的影响[A];2013华东胸部肿瘤论坛暨第六届浙江省胸部肿瘤论坛论文集[C];2013年

3 王友硕;熊菊方;王健;周美英;屈进文;张亚莉;张建文;;金属内支架与食管癌IMRT靶区和危及器官剂量分布关系[A];第二届全国中西医结合影像青年专家论坛论文集[C];2013年

4 王健;屈进文;王友硕;熊菊方;周美英;张亚莉;张建文;;食管癌常规放疗内支架与靶区及危及器官剂量学分析[A];第二届全国中西医结合影像青年专家论坛论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 荣维淇;肝癌复发转移相关标志蛋白的研究[D];北京协和医学院;2011年

2 赵建东;主动呼吸控制用于原发性肝癌三维适形和束流调强放射治疗的研究[D];复旦大学;2007年

3 陈鸿乾;不同分期对新健脾理气方治疗肝癌预后价值的比较研究[D];广州中医药大学;2013年

4 柳昀熠;吉马酮对肝癌细胞的抑制作用及其机理研究[D];华中科技大学;2013年

5 刘志凯;4DCT在膈肌、肝脏和肝内病变移动度研究中的作用[D];北京协和医学院;2009年

6 杨福俊;基于4DCT的胸部食管运动研究[D];天津医科大学;2011年

7 柳昀熠;吉马酮对肝癌细胞的抑制效应及其作用机理研究[D];华中科技大学;2013年

8 俞伟;前列腺癌螺旋断层放疗过程中PTV外扩边界及实际照射剂量重建的研究[D];中国人民解放军医学院;2014年

9 高振威;在线CBCT图像引导下盆腔肿瘤患者残差测定[D];北京协和医学院;2014年

10 徐丽莹;心电门控双源CT心脏运动范围的测量及其在降低左侧乳腺癌IMRT中心脏照射剂量的策略[D];武汉大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘超;ω-3多不饱和脂肪酸对小鼠攻击行为的影响研究[D];复旦大学;2011年

2 刘尧;黄姜优良品种的选育[D];陕西师范大学;2009年

3 韩旺;创新型企业技术创新能力的比较研究[D];北京工业大学;2012年

4 周帅;TFF3在肝细胞癌的表达及其意义的研究[D];中南大学;2012年

5 劳峥;MSCT三维重建方法对听骨链局部缺失精确评估的对比研究[D];复旦大学;2012年

6 刘佳宾;图像引导的前列腺癌放射治疗技术研究[D];南方医科大学;2012年

7 王惠;基于四维CT图像形变配准技术的研究及其在放射性肝损伤预测中的应用[D];山东大学;2013年

8 刘丽虹;容积旋转调强放疗技术在食管癌放射治疗中的应用[D];河北医科大学;2013年

9 彭巍;射波刀及其联合灌注栓塞化疗治疗原发性肝癌的临床研究[D];广西医科大学;2013年

10 张永侠;胸上段食管癌放射治疗摆位误差以及CTV-PTV外放边界的研究[D];河北医科大学;2013年

  本文关键词：肝脏肿瘤kV级CBCT图像引导放疗图像配准及位置变化的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：314746