图像形变配准引导胸中上段食管癌放疗计划修正的研究

发布时间：2017-09-14 18:29

  本文关键词：图像形变配准引导胸中上段食管癌放疗计划修正的研究

  更多相关文章： 调强放射治疗 锥形束CT 图像引导放疗 形变配准 剂量计算 自适应放疗 胸中上段食管癌

【摘要】：目的:影像引导放疗是通过获取患者的在线影像(每次放疗实施前获取的影像),并针对肿瘤位移和形状的变化,采取移动治疗床的方法校正位置误差。这种方式的局限在于无法校正肿瘤及其周围重要器官之间的相对位置变化和变形,会导致肿瘤漏照或正常组织受到不应有的照射。通过自主研发的具有图像形变配准及在线优化功能的图像引导放疗工作站软件,由集成在医用直线加速器上的锥形束CT(Cone-Beam CT,CBCT)在线采集胸中上段食管癌调强放射治疗(intensity modulated radiotherapy,IMRT)食管病变及周围正常组织器官解剖图像,通过形变配准在线影像和计划CT影像,获得肿瘤和周围重要器官的位移和变形信息,并根据这些信息,在原始放疗计划的基础上,快速在线优化调强放疗计划,使新产生的放疗计划适应上述位移和变形(在线产生的调强放疗计划剂量计算的准确性需要经过型检实验验证),对比放疗计划修改前后的临床可接受情况,评价放疗图像引导工作站软件应用于胸中上段食管癌的临床疗效和安全性。本研究也是在线自适应放疗中新技术和新方法在临床应用的有益性尝试。方法:1、实验模拟在定位和治疗时,肿瘤和(或)危及器官的位置、形状发生的变化。通过图像引导放疗工作站软件,在线修改调强放疗计划。最后参照AAPM119号报告的要求,对比在线产生的新的调强放疗计划在固体水中的剂量测量数据和计算数据,以验证调强放疗计划剂量计算的准确性。2、5例胸中上段食管癌调强放射治疗(IMRT)患者入组,并且保证靶区头脚方向不大于15厘米,每周行CBCT摆位验证和校正。每次CBCT图像扫描后,用图像引导放疗工作站软件在线融合图像和在线勾画靶区并评价原始放疗计划,若原始放疗计划理想,则不需要修改放疗计划,否则在线修改放疗计划。分析研究经过在线计划系统优化后的计划对靶区及正常组织(脊髓和肺)受量影响。结果:1、对射野进行了逐个测量,所用伽马标准为3%/3mm。将胶片辐射剂量测定法标准化为与电离室测量相一致的一个点或一个区域。此处置信限表示为与100%的差值。结果为97.69±2.66,置信限值为7.5或92.5%。电离室测量,对于靶区内的高剂量低梯度区域,测量剂量和计划剂量间的平均差异为0.012±0.019,符合0.049的置信限(平均值+1.96σ)。对于低剂量回避结构,测量剂量和计划剂量间总体平均差异变为0.0093±0.01,符合0.029的置信限值。复合野胶片测量,合并所有胶片平面所得平均值为95.4±3.1。使用相同方法建立置信限,但置信限公式略有不同:(100 平均值)+1.96σ。所得数值为10.7,或89.3%。93%的胶片结果显示伽马线的通过率为89%或更高。2、5例胸中上段食管患者共获得30套CBCT图像,30套m CBCT图像。CT计划与实际计划的PTV靶区适形度CI和剂量均匀性HI的差异均有统计学意义。可见,在线修改计划后所生成的靶区适形度CI和剂量的均匀性HI均高于计划CT,相对于CT计划,实际计划中同脊髓最大剂量,双肺平均剂量Dmean明显降低,上述差异均具有统计学意义);另外,双肺V20实际累积计划中也显著降低,以上差异均有统计学意义。结论:放疗图像引导工作站软件由剂量计算、图像配准、计划修改和计划评估等模块组成。本工作站基于梯度信息的变形配准算法、GPU加速的Collapsed Cone剂量计算和局部直接机器参数优化等关键技术,已基本实现了放疗计划的在线快速优化功能。同时,经过严格的实验验证,在线放疗计划系统的调强剂量计算的准确性已达到AAPM119号报告要求的标准。在放疗图像引导工作站软件应用于胸中上段食管癌调强放疗的临床研究中,在线计划和原始计划DVH图比较得出,经过在线优化的放疗计划明显提高了肿瘤靶区的剂量,同时减少了肺、脊髓等正常组织的受量。放疗图像引导工作站软件,一方面能够实现患者在不离开治疗床的情况下,快速解决肿瘤及其周围重要器官的变形和相对位置变化的问题,另一方面通过改善放射治疗的剂量准确性,在治疗过程中可以根据解剖影像的变化对放疗剂量予以相应调整,对放疗计划进行重新优化,在最大限度地保护正常组织的前提下,尽可能多地杀灭肿瘤细胞,从而提高患者的生存率。
【关键词】：调强放射治疗 锥形束CT 图像引导放疗 形变配准 剂量计算 自适应放疗 胸中上段食管癌
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R730.55;R735.1
【目录】：

• 研究生导师及课题小组成员简介4-6
• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 主要符号表13-14
• 前言14-18
• 一、在线调强放疗计划系统剂量学验证18-38
• 1.1 材料与方法18-29
• 1.2 结果29-33
• 1.3 讨论33-38
• 二、胸中上段食管癌患者于在线调强放疗计划系统中的应用38-46
• 2.1 材料与方法38-40
• 2.2 结果40-41
• 2.3 讨论41-46
• 结论46-47
• 参考文献47-50
• 综述 基于图像形变配准的自适应放疗技术研究进展50-56
• 参考文献53-56
• 攻读学位期间取得的研究成果56-57
• 致谢57

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