乳腺癌保乳术后CBCT图像引导自适应放疗研究及形态学对心肺受量影响

发布时间：2018-03-14 22:12

本文选题：保乳治疗　切入点：锥形束CT　出处：《济南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：目的:通过应用直线加速器机载千伏级锥形束CT(kilo-voltage cone-beam computer tomography,KV-CBCT)及自主编写的FBCT-CBCT的形变配准软件 CBCT Pasting‖在线采集乳腺癌保乳术后调强放疗的患者靶区及周围相关组织的解剖图像,完成CBCT图像与计划图像的融合,获得靶区及周围正常组织器官等形变的映射关系,在配准后图像实现及时调整治疗计划,从而完成自适应放疗。建立基于三维图像快速形变配准技术的在线射野修饰校正策略,有机结合离线自适应剂量补偿技术,产生一个剂量分布与重新优化计划相近的理想放疗计划,实施在线射野修饰与离线自适应剂量补偿相结合的乳腺癌图像引导自适应放疗,以充分利用治疗当日获取的容积图像信息。同时回顾性分析110例通过CBCT校正自适应放疗后的保乳患者的形态及解剖特征,探讨其与心肺受量的关系。方法:1、32例乳腺癌保乳术后行瘤床同步加量(simultaneous integrated boost intensity-modulated radiation therapy,SIB-IMRT)或后程加量调强放射治疗患者入组,患者定位前行4DCT扫描,评估呼吸运动幅度以选择是否应用主动呼吸控制(ABC)辅助定位和治疗。通过患者每分次放疗前后均行在线CBCT扫描记录各方向上CBCT图像与计划CT图像的配准差值(左右、头脚、前后)并得到患者每次实时靶区位移。2、首先自动进行刚性配准,再人为进行微调手动配准后传到在TPS治疗计划系统。利用自主研发的FBCT-CBCT形变配准技术配准并融合。用自主编写图像拼接软件 CBCT Pasting‖实现KV-CBCT图像的无缝拼接,达到CBCT扫描宽度的拓展,实现CBCT评价肿瘤靶区和危及器官的完整性,为在CBCT图像上设计和评价放疗计划提供条件。图像的梯度主要反映了肿瘤和正常器官的边缘信息,通过配准梯度场,可以很大程度上减少CBCT和FBCT密度不匹配带来的配准误差。建立针对在线直接射野修饰校正的快速形变图像配准方法。在靶区和正常关键结构之间,根据投影矢量矩阵直接调整射野形状和放疗计划,建立基于快速形变配准技术的在线直接射野修饰技术。自主研发了4DCT回顾性相位分离软件和个体化ITV勾画软件,并通过分析与呼吸信号同时采集的4DCT数据,探讨了对在线直接射野修饰校正后的残差进行离线自适应剂量补偿的技术。在线与离线结合图像引导自适应放疗的基础技术完善以后,对乳腺癌患者开展在离线结合图像引导自适应技术,以验证该技术在临床应用中的效率和收益。3.在全程通过上述CBCT自适应放疗达到高度精准的放疗实施后,再次回顾性收集110例保乳患者,通过分析乳腺形态特性,如乳房大小、形状,并进行简单归类,结合胸廓斜径、胸壁分离及最大心脏深度等参数,探讨其与心肺受量的关系,以期能在大型繁忙的肿瘤放疗中心筛选出受益较大的乳腺癌保乳患者进行4DCT定位及CBCT自适应放疗,避免造成医疗资源的浪费。结果:32例乳腺癌患者共获得672套CBCT图像。在线与离线结合图像引导自适应放疗的基础技术完善以后,本课题组对乳腺癌患者的前5次放疗进行在离线结合图像引导自适应技术,以验证该技术在体部肿瘤中应用的效率和收益。将CBCT图像与计划CT图像形变配准,调整初始放疗计划射野形状,然后实施放疗;机载CBCT图像头脚方向上跨度能够完全包含靶区,部分无法完整再现全肺和心脏等乳腺癌周围的正常结构,影响离线剂量学评价的开展,因此,放疗结束后重复在线射野修饰过程,并利用开发的重建算法对在线采集的2套CBCT图像进行拼接,分析经过射野修饰后,靶区和危及器官的实际照射剂量与计划照射剂量之差异,并勾画出剂量缺陷区,以在线CBCT图像提供的解剖结构为基础重新优化放疗计划,获得新计划plan1,用于第2分次放疗,第2分次放疗时利用在线采集的CBCT图像在线修饰调整plan1的射野,第2分次放疗结束后亦行离线分析,如此循环往复。结果表明,对于乳腺癌患者,包括2套CBCT图像采集、图像刚体配准、遥控治疗床校正摆位误差、3D图像形变配准、密度校正的CBCT图像生成、器官自动映射和射野在线校正等步骤,均能在5分钟内完成,能够满足临床即时性应用的要求。而离线剂量补偿策略需要重复在线射野修饰的过程、完成2套CBCT图像的无缝拼接、重现并勾画剂量缺陷区域、评价缺陷区域的补偿剂量大小,特别是对包含缺陷区域的靶区进行逆向剂量优化过程,因此,离线剂量补偿过程共耗时30分钟左右。通过110例保乳放疗患者计划对比,可得出最大心脏深度及胸廓比可以作为预测心肺受量的指标。结论:个体化运动控制策略有效实现了缩小靶体积与提高治疗效率之间的平衡。经过在线与离线结合图像引导自适应放疗技术的实施,可以获得与每日重新优化计划相同的效果。最大心脏深度及胸廓比可以作为预测心肺受量的指标,可通过这些指标筛选需要行IGRT-ART的患者,节省医疗时间,造成不必要的辐射及医疗资源浪费。
[Abstract]:......
【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】：R737.9

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