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多目标优化在宫颈癌放疗中的临床应用分析

中国辐射卫生 2022年第2期31卷 219-223页

作者：王东东刘培李阔李贞朱建国乳山市人民医院放疗科山东乳山264500 山东第一医科大学(山东省医学科学院)预防医学科学学院(放射医学研究所) 山东济南250062 山东第一医科大学(山东省医学科学院)附属肿瘤医院放射物理技术科山东济南250117

目的研究多目标优化在宫颈癌放射治疗中的临床应用。方法回顾性分析山东省肿瘤防治研究院已接受宫颈癌放射治疗的15例患者,于halcyon平台9野均分重新优化固定野调强计划,以靶区覆盖率95%以上且危及器官受量最低为目标,反复优化直至达到... 详细信息

目的研究多目标优化在宫颈癌放射治疗中的临床应用。方法回顾性分析山东省肿瘤防治研究院已接受宫颈癌放射治疗的15例患者,于halcyon平台9野均分重新优化固定野调强计划,以靶区覆盖率95%以上且危及器官受量最低为目标,反复优化直至达到目标(Plan I),利用多目标优化对仅优化一次的计划进行多目标遴选直至达到目标(Plan MI),并执行质量保证验证,采用Wilcoxon秩和检验比较计划的设计时间、靶区覆盖率、危及器官受照剂量和机器跳数。结果2种计划均能达到临床要求。Plan I与Plan MI的靶区剂量指标差异无统计学意义(P>0.05),Plan MI降低了小肠的最大受照剂量0.51 Gy(P0.05)。Plan MI比Plan I的计划设计时间节省了34.04 min(P<0.05)。结论多目标优化工具能够提高优化调整能力,明显缩短计划设计时间,提高工作效率。

关键词：多目标优化 halcyon加速器宫颈癌工作效率

使用日志文件与锥形束CT的鼻咽癌剂量重建模型研究

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使用日志文件与锥形束CT的鼻咽癌剂量重建模型研究

作者：朱翔武汉大学

学位级别：硕士

目的:鼻咽癌(Nasopharyngeal Carcinoma,NPC)是我国常见的恶性肿瘤,放射治疗(Radiotherapy,RT)是治疗早期非转移性鼻咽癌的主要手段。放射治疗是利用高能电子、光子或质子,将其聚焦于肿瘤靶区,利用粒子携带的高能量破坏癌细胞结构,达到... 详细信息

目的:鼻咽癌(Nasopharyngeal Carcinoma,NPC)是我国常见的恶性肿瘤,放射治疗(Radiotherapy,RT)是治疗早期非转移性鼻咽癌的主要手段。放射治疗是利用高能电子、光子或质子,将其聚焦于肿瘤靶区,利用粒子携带的高能量破坏癌细胞结构,达到杀灭癌细胞的效果。一个完美的放疗计划要求处方剂量完美覆盖靶区且靶区周围的危及器官接受的剂量尽可能低。但在放射治疗中,加速器会存在机器运行误差,且随着放射治疗疗程的进行,患者的解剖结构也会逐渐发生变化。机器误差与解剖变化成为了精确放疗的主要障碍。本文首先测试了瓦里安速锐(halcyon)加速器的运行稳定性,并验证了基于CT(计算机断层成像,Computerized Tomography)和锥形束CT(Cone BeamCT,CBCT)使用Velocity生成的自适应CT(adaptiveCT,aCT)进行剂量计算的可行性。接着通过日志文件与CBCT,对鼻咽癌容积旋转调强(Volumetric Modulated Arc Therapy,VMAT)患者的放疗剂量进行建模并重建。然后统计了包含放疗整个流程机器误差与解剖变化的累积重建剂量和原始计划剂量,分析两者在计划靶区体积(Planning Target Volume,PTV)与危及器官(Organs At Risk,OAR)的剂量差异以及γ通过率。最后验证了患者全流程放疗计划执行的结果,并探讨了剂量重建对鼻咽癌自适应放疗决策(Adaptive Radiotherapy,ART)的意义。方法:回顾性选取15例于2022年2月至9月在华中科技大学同济医学院协和医院肿瘤中心接受halcyon加速器VMAT治疗的鼻咽癌患者,记录患者所有分次放疗的日志文件与CBCT。通过自写程序提取日志文件中的每一个放疗控制点(Control Points,CPs)的机器跳数(Machine Units,MU)、机架角度与多叶准直器(Multi-Leaf Collimator,MLC)叶片位置,对比放疗计划文件,获得halcyon加速器的机器误差;通过商用软件Velocity把CBCT和计划CT(plannedCT,pCT)转换为aCT,并分析aCT与pCT以及CBCT三者的相似性,验证使用aCT进行剂量重建计算的可行性。根据日志文件实际信息修改原始计划控制点的MU、机架角度与MLC叶片位置信息,并将修改计划导入到计划系统中,在对应分次的aCT上计算剂量得到分次重建剂量,将所有分次重建剂量根据配准关系映射到pCT上得到累积重建剂量。比较累积重建剂量与原始计划剂量在鼻咽癌PTV与OAR的剂量差异以及二者的2mm/2%/10%和2 mm/3%/10%的γ通过率。结果:患者分次放疗控制点的MU、机架角度、MLC叶片位置三者误差的均方根(Root Mean Square,RMS)分别为0.029±0.002 MU、0.008±0.001°、0.121±0.009 mm,三者误差的第95百分位数分别为0.055±0.003 MU、0.013±0.002°、0.251±0.024 mm,均为随机误差且处于halcyon加速器规定的可接受误差范围内,所有多叶准直器的叶片位置误差均小于0.9 mm。患者2的aCT与pCT的平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)、峰值信噪比(Peak Signal Noise-to-Ratio,PSNR)为3.48±0.43 HU、23.25±2.55 HU、41.07±1.01 d B,Velocity生成的aCT具有拥有CBCT的解剖结构和pCT的分辨率、对比度和噪声特性,可以直接使用pCT的CT-电子密度转换(CT-ED)曲线在aCT上进行剂量计算。重建累积剂量与原始计划剂量相比,鼻咽原发灶(PTV)的V、颈部淋巴结(PTV)的V与计划靶区(PTV)的V变化分别为-0.88±1.91%、-2.99±2.99%和-0.63±0.93%,腮腺的V变化为2.65±2.63%;靶区重建剂量有下降趋势(phalcyon加速器的运行性能稳定;Velocity生成的aCT可以达到剂量计算的标准。基于日志文件与CBCT进行鼻咽癌患者全流程的剂量重建,根据剂量重建结果可以对靶区与危及器官的放疗效果进行定量评估。在原始计划高剂量覆盖率与适形度的情况下,重建靶区剂量覆盖率下降,腮腺剂量覆盖率上升,结果具有统计学意义。基于日志文件与CBCT的剂量重建考虑了患者放疗整个流程

关键词： halcyon加速器鼻咽癌日志文件 CBCT 剂量重建

双层MLC直线加速器放疗计划质量评估和基于机器学习的计划质量保证

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双层MLC直线加速器放疗计划质量评估和基于机器学习的计划质量保证

作者：祝起禛北京协和医学院

学位级别：硕士

双层MLC加速器halcyon2.0和单层MLC加速器Truebeam多部位VMAT计划剂量学质量与射野复杂性综合对比研究目的本研究旨在比较双层MLC加速器halcyon2.0和单层MLC加速器Truebeam在头颈部、胸部、腹部和盆腔四个部位的VMAT计划的剂量学质量... 详细信息

双层MLC加速器halcyon2.0和单层MLC加速器Truebeam多部位VMAT计划剂量学质量与射野复杂性综合对比研究目的本研究旨在比较双层MLC加速器halcyon2.0和单层MLC加速器Truebeam在头颈部、胸部、腹部和盆腔四个部位的VMAT计划的剂量学质量和射野复杂性差异。方法随机选取头颈部、胸部、腹部、盆腔四种部位的halcyon2.0 VMAT计划共计49例,并以相同的优化参数重新设计Truebeam VMAT计划,分析比较两种类型计划的剂量学指标和射野复杂度指标差异,Phalcyon2.0 VMAT与Truebeam VMAT相比,前者在头颈部和胸部计划中具有较好的均质性指数(HI)和适形性指数(CI),后者在腹部和盆腔计划中具有较好的梯度指数(GI)(Phalcyon2.0 VMAT计划有着较低的双肺D20%、双肺Dmean和心脏Dmean。射野复杂度指标方面,各部位的halcyon2.0 VMAT计划的中位小孔径分数(SAS)均小于Truebeam VMAT计划,中位计划平均射野面积(PA)均大于Truebeam VMAT计划(Phalcyon2.0 VMAT计划和Truebeam VMAT计划相比较,两者在剂量学方面相当,部分情况下前者略优,但是由于halcyon2.0 VMAT计划有着较低的射野复杂性,使其在实际应用中具有潜在优势。基于机器学习的新型双层MLC加速器的患者特定计划质量保证结果预测模型研究目的研究和评估使用机器学习模型预测双层MLC直线加速器halcyon2.0的固定野调强放射治疗(FF-IMRT)计划的患者特定计划质量保证(PSQA)结果的可行性。方法选取了 213个来自不同治疗部位的FF-IMRT计划(共计1383个射野),并从每个射野中提取了 33个计划复杂度指标作为机器学习模型的输入特征。所有计划均基于halcyon2.0加速器设计并进行了 PD(Portal Dosimetry)验证和伽马分析。伽马分析标准采用1%/1mm、2%/2mm和3%/2mm,阈值为10%。机器学习模型的训练集由1106个射野组成,评估测试集由277个射野组成。本研究建立了三种不同的机器学习模型来预测伽马通过率(GPRs),分别为梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)和泊松Lasso(PL)。为了提高模型对GPRs实测值较低的样本的预测精度,本研究使用了 weighted策略来训练模型,并与未使用weighted策略的模型进行了比较。通过打乱感兴趣特征和GPRs实测值的对应关系,来研究各复杂度指标的特征重要性。结果在本研究中,GBDT模型的预测性能最好。在评估测试集中,GBDT模型在1%/1mm、2%/2mm、3%/2mm伽马标准下的平均绝对误差分别为1.93%、1.16%、0.78%。使用weighted策略后,机器学习模型对GPRs实测值较低的样本的预测精度得到提升,而对整体样本的预测精度则略差。在特征重要性方面,GBDT和RF模型特征重要性得分最大的前10个计划复杂度指标相似,且特征重要性得分最大的指标均为近源端射野周长面积比(p-C/A)。结论对于双层MLC直线加速器,基于GBDT算法的机器学习模型在预测PSQA结果方面显示出了一定的准确性。使用weighted策略能够在一定程度上提升机器学习模型对GPRs实测值较低样本的预测精度。针对双层MLC直线加速器开发的基于机器学习的PSQA结果预测模型具有一定的实用性,可以帮助医学物理师识别出有较大可能性不通过PSQA的治疗计划。

关键词：双层多叶准直器射野复杂性容积旋转调强放疗 halcyon加速器机器学习双层MLC Portal dosimetry 质量保证

halcyon 3.0双等中心调强放射治疗计划在左侧乳腺癌根治术后放射治疗中的可行性评估

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中国医学装备 2023年第12期20卷 20-25页

作者：曾宏伟鄂翔宇封悦沈文豪管文慧吕民鹤曾素于静萍上海中医药大学附属曙光医院放射治疗科上海201203

目的:评估基于halcyon 3.0直线加速器设计的双等中心调强放射治疗(IMRT)计划在左侧乳腺癌根治术后放射治疗中的可行性。方法:选取2022年12月至2023年6月上海中医药大学附属曙光医院收治的左侧乳腺癌根治术后放射治疗患者16例,分别基于Ha... 详细信息

目的:评估基于halcyon 3.0直线加速器设计的双等中心调强放射治疗(IMRT)计划在左侧乳腺癌根治术后放射治疗中的可行性。方法:选取2022年12月至2023年6月上海中医药大学附属曙光医院收治的左侧乳腺癌根治术后放射治疗患者16例,分别基于halcyon 3.0直线加速器设计双等中心计划和Truebeam加速器设计常规单等中心计划,统计两种计划的靶区适形度(CI)、均匀性(HI)和危及器官受照剂量等剂量学参数,对比分析halcyon 3.0双等中心计划的剂量学表现。使用ArcCHECK和Portal Dosimetry两种剂量验证工具评估halcyon 3.0双等中心计划射束输送的精准性。结果:halcyon双等中心计划和Truebeam单等中心计划具有相似的计划质量。靶区的CI、HI、2%靶区体积的受照剂量(D_(2%))及98%靶区体积的受照剂量(D_(98%))等剂量学参数差异均无统计学意义(P>0.05)。halcyon 3.0双等中心计划的机器跳数相比于Truebeam单等中心计划平均机器跳数增加366 MU,但差异无统计学意义(P>0.05)。halcyon 3.0双等中心计划对于危及器官的保护全面优于Truebeam单等中心计划,其中halcyon 3.0双等中心计划和Truebeam单等中心计划的20 Gy剂量覆盖的左侧肺体积(V_(20))分别为(20.41±1.56)%和(24.88±2.95)%,差异具有统计学意义(t=6.413,P0.05)。剂量容差(DT)/距离一致性(DTA)设置为2%/2 mm时,halcyon 3.0双等中心计划在ArcCHECK和Portal Dosimetry平台的验证γ通过率分别为97.6%~98.9%和98.1%~100%;DT/DTA设置为3%/3 mm时,halcyon 3.0双等中心计划在ArcCHECK和Portal Dosimetry平台的验证γ通过率分别为99.1%~100%和99.7%~100%,halcyon 3.0双等中心计划射束输送精度符合临床治疗验证标准。结论:halcyon 3.0双等中心IMRT计划在左侧乳腺癌根治术后的放射治疗中具有较高的可行性。计划剂量输送精准性高,靶区剂量充分、均匀、适形度良好,同时能够较好地限制危及器官的受照剂量。

关键词： halcyon加速器双等中心乳腺癌调强放射治疗剂量学

利用三维水箱测量的“环形机架”加速器“典型射线数据”验证研究

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中国医疗设备 2021年第4期36卷 30-35,49页

作者：汪之群杨波张悦于浪陈胤竹王小深张杰王贝李文博胡克张福泉邱杰北京协和医院放疗科北京100730 西安大医集团股份有限公司陕西西安710016 瓦里安医疗设备(中国)有限公司北京100176

目的利用三维水箱验证halcyon v2.0加速器的“典型射线数据”(Representative Beam Data,RBD)并分析差异,验证halcyon v2.0加速器RBD精度。方法测量均基于Blue Phantom²三维水箱和Accept(v7.2)三维水箱软件。使用CC13电离室测量百分深... 详细信息

目的利用三维水箱验证halcyon v2.0加速器的“典型射线数据”(Representative Beam Data,RBD)并分析差异,验证halcyon v2.0加速器RBD精度。方法测量均基于Blue Phantom²三维水箱和Accept(v7.2)三维水箱软件。使用CC13电离室测量百分深度曲线,使用PFD,SFD测量射野离轴比曲线,使用CC13和SFD分别测量大、小射野输出因子并通过“菊链链接”进行连接。并利用Python以及Matlab自设计程序对比RBD和我中心实际测量数据(MeasData)以及MeasData和治疗计划系统计算数据(CalcData)之间的偏差。结果对于百分深度剂量RBD和MeasData之间以及MeasData和CalcData,在1 mm/1%,2 mm/2%,3 mm/3%标准下的通过率均超过99%。对于射野离轴比,RBD和MeasData之间在1 mm/1%标准下的平均通过率为93.54%±5.42%,2 mm/2%标准下的平均通过率为99.43%±1.16%,3 mm/3%标准下为100%,MeasData和CalcData之间在1 mm/1%标准下的平均通过率为99.07%±1.35%,2 mm/2%和3 mm/3%标准下为100%。对于射野输出因子,射野大小小于2 cm×2 cm的射野输出因子数据偏差在1%~3%之间,射野大小大于等于2 cm×2 cm的射野数出因子偏差均小于1%。结论利用三维水箱和合适的探测器可以对RBD进行完整的验证,本研究所得到的测量结果符合临床要求,所使用的测量方法可对其他加速器的数据验证起到参考作用。

关键词： halcyon加速器典型射线数据 Gamma分析菊链连接

基于halcyon不同旋转弧数量的VMAT计划剂量学比较

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中国医疗设备 2021年第4期36卷 36-40页

作者：张杰杨波于浪汪之群王贝李文博梁永广邱杰北京协和医院放疗科北京100730

目的基于halcyon加速器,比较研究采用不同旋转弧数量(2Arc,3Arc,4Arc)的容积弧形调强放射治疗(Volumetric Intensity-modulated Arc Therapy,VMAT)计划的剂量学差异。方法随机选取宫颈癌术后的患者20例,依次进行CT模拟定位,靶区及危及... 详细信息

目的基于halcyon加速器,比较研究采用不同旋转弧数量(2Arc,3Arc,4Arc)的容积弧形调强放射治疗(Volumetric Intensity-modulated Arc Therapy,VMAT)计划的剂量学差异。方法随机选取宫颈癌术后的患者20例,依次进行CT模拟定位,靶区及危及器官勾画,基于同一CT图像分别进行2Arc,3Arc,4Arc的VMAT放疗计划设计,评估靶区及危及器官的剂量分布。结果2Arc组,3Arc组,4Arc组的靶区剂量覆盖均满足临床处方剂量要求。4Arc组的靶区适形度指数(Conformity Index,CI)最高,均匀性指数(Homogeneity index,HI)最低(P0.05)。3Arc组和4Arc组的平均MU数(Monitor Unit)无统计学差异(P>0.05)。结论宫颈癌术后患者采用4Arc的VMAT计划设计可以获得较优的剂量分布,其中靶区剂量分布更均匀,剂量投照更准确,危及器官平均剂量有所降低,机器MU数和执行时间没有显著的增加,综合考虑推荐使用4Arc的VMAT计划设计。

关键词： halcyon加速器容积弧形调强放疗剂量学