射波刀蒙特卡罗与射线追踪算法在肺癌中的剂量学比较

发布时间：2017-08-01 08:22

  本文关键词：射波刀蒙特卡罗与射线追踪算法在肺癌中的剂量学比较

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【摘要】：肺癌是现代全球最常见的恶性肿瘤,对不能耐受或者拒绝手术的早期非小细胞肺癌患者,立体定向消融放疗是手术之外的另一个根治性治疗手段。射波刀独有的肺追踪系统对周围型肺癌的立体定向消融放疗可以实现无需植入金标的同步实时呼吸追踪,治疗的机械精度可以小于一个毫米。立体定向消融放疗的剂量精度依赖于治疗计划系统,射波刀治疗计划系统标配了射线追踪算法,蒙特卡罗算法则为选配。射线追踪算法在肺部等空腔脏器上的非均匀密度校正结果远远劣于基于大量光子样本采样输运模拟的蒙特卡罗算法。本研究的目的就是分析出射波刀两种算法在早期周围型非小细胞肺癌中的剂量学差异,并找出造成差异的相关因素建立修正模型,使未选配蒙特卡罗算法的射波刀用户可以得到相对准确的周围型肺癌的剂量评估结果。研究回顾性分析了本院行射波刀治疗的70例周围型非小细胞肺癌患者。所有患者均给予PTV D95 60Gy/5分次的处方剂量,优化完成的计划分别使用射线追踪算法和蒙特卡罗算法进行剂量计算评估。结果表明,射线追踪算法高估了肿瘤的受照剂量,PTV D95平均高估了8.59Gy,GTV D99平均高估了5.84Gy,PTV的均匀指数HI平均增大了0.11,PTV的适形指数CI和新适形指数nCI都平均增大了0.05。脊髓、食管、气管、左右支气管、心脏的体积剂量分别被高估了约149%、80%、72%、63%、54%、99%。肺组织的全肺平均剂量和V5剂量体积分别被高估了2.69Gy和7.52%。即使将蒙特卡罗计算后的剂量结果重新归一处方剂量至60Gy,危及器官的受照剂量仍然小于射线追踪算法给出的计算结果。两种算法差异的相关因素分析时引入了PTV体积、GTV体积、TTV体积、总机器跳数(Total MU)、射束数(Beams)、肿瘤距离胸壁的水平距离(X)、垂直距离(Y)共计七个参数进行线性回归和非线性广义加性模型进行分析。结果表明仅TTV体积这一变量对PTV D95的变化具有影响。最终拟合PTV D95与TTV体积呈幂函数关系,R2值为0.8626,对未选配蒙特卡罗算法的射波刀用户设定周围型肺癌计划具有一定的临床指导意义。
【关键词】：射波刀 射线追踪 蒙特卡罗 剂量分布 非小细胞肺癌
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R734.2;R730.55
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-14
• 1.1 选题背景9-11
• 1.1.1 放射治疗的两面性9-10
• 1.1.2 射波刀立体定向放射治疗在肺癌中的优势10-11
• 1.2 研究内容11-12
• 1.3 国内外相关研究成果综述12-14
• 第2章 射波刀治疗系统概述14-22
• 2.1 射波刀治疗系统的起源与发展14-16
• 2.1.1 肿瘤放射外科的起源及发展14-15
• 2.1.2 射波刀治疗系统的发展史15-16
• 2.2 射波刀治疗系统的构成16-17
• 2.3 射波刀治疗系统的数据采集17-19
• 2.3.1 组织模体比的数据采集18
• 2.3.2 中心离轴比的数据采集18-19
• 2.3.3 射野输出因子的数据采集19
• 2.4 射波刀治疗系统的数据拟合19-22
• 2.4.1 射线追踪算法的数据拟合19-20
• 2.4.2 蒙特卡罗算法的数据拟合20-22
• 第3章 蒙特卡罗与射线追踪算法在周围型非小细胞肺癌中的剂量学差异22-52
• 3.1 射波刀治疗周围型非小细胞肺癌患者的流程22-23
• 3.1.1 周围型非小细胞肺癌的定义22
• 3.1.2 患者的固定和定位22
• 3.1.3 靶区与危及器官的勾画22-23
• 3.1.4 治疗计划的设计与评估23
• 3.1.5 实施摆位治疗23
• 3.2 射波刀肺追踪系统23-26
• 3.3 射波刀蒙特卡罗算法26-27
• 3.4 射波刀蒙特卡罗算法在非均匀介质中计算的准确性27-31
• 3.4.1 国内外其他学者的研究结果27-28
• 3.4.2 本院射波刀蒙特卡罗算法的拟合结果28-31
• 3.5 蒙特卡罗算法与射线追踪算法在周围型非小细胞肺癌中的剂量学差异31-52
• 3.5.1 实验对象临床资料32-34
• 3.5.2 实验设备34-35
• 3.5.3 实验步骤35-37
• 3.5.4 实验数据37-49
• 3.5.5 蒙特卡罗与射线追踪算法的剂量学差异49-52
• 第4章 射波刀两种算法差异的相关性分析52-63
• 4.1 引言52
• 4.2 观察可能造成算法差异的相关因素52-54
• 4.2.1 PTV、GTV、TTV的体积53
• 4.2.2 总机器跳数（Total MU）、射束数（Beams）53-54
• 4.2.3 肿瘤距离胸壁的水平距离（X）、垂直距离（Y）54
• 4.3 相关因素分析54-60
• 4.3.1 相关因素参数统计汇总54-57
• 4.3.2 相关因素参数线性回归分析57-58
• 4.3.3 相关因素参数非线性分析58-59
• 4.3.4 TTV体积与PTV D95相关性的数据拟合59-60
• 4.4 修正模型的验证60-63
• 4.4.1 模型验证患者的临床资料60-61
• 4.4.2 修正模型应用前后PTV D95的误差比对61-63
• 第5章 总结与展望63-66
• 5.1 总结63-65
• 5.1.1 两种算法的剂量学差异63-64
• 5.1.2 两种算法差异的相关因素分析64
• 5.1.3 研究特点总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 5.2.1 研究的不足65
• 5.2.2 研究的展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-71
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果71

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本文编号：603304