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胃癌放疗中影响靶区不确定性因素及其对剂量分布的影响分析
中文名称: 胃癌放疗中影响靶区不确定性因素及其对剂量分布的影响分析
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论文编号: 3767455收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: 无英文名称
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 肿瘤学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 胃癌 术后放疗 适形放疗 摆位误差 随机误差 系统误差 器官移动 自由呼吸 主动呼吸控制 同次放疗间移动 分次放疗间移动 靶区勾画 重叠 靶区形变 调强放疗 图像引导放疗 肿瘤控制率 正常组织并发症发生率 剂量递增
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论文简介:本文就胃癌放疗中影响靶区不确定性因素及其对剂量分布的影响进行了分析,主要分以下几部分展开: 第一部分治疗摆位误差引起的不确定性 目的: 治疗不确定性分析因素中,治疗时的摆位误差是一常见原因.它包含随机误差和系统误差.测量胃癌治疗中总体摆位误差,量化分析随机和系统摆位误差,为计算PTV边界及剂量分布研究提供信息. 材料与方法: 治疗期间,每周2次采集00和900时的摆位图像,与DRR进行比较,得出每例患者的摆位误差.图像处理采用Image-J软件,传输采用DICOM格式.计算每例患者在头脚,左右和前后三轴方向上的摆位误差,计算PTV边界和对应的CTV覆盖率,并计算三维摆位误差矢量值与靶区的覆盖率. 结果: 头脚方向需10.0mm,前后方向为8.0mm,左右方向最小为4.0mm.误差的分布呈高斯分布.摆位误差发生的频度在三轴方向分布也有不同,主要发生在-6 mm~6mm区域,但头脚方向的频度分布有不对称,有系统误差存在.三维移动矢量计算需要10.0mm边界才能达到92%的覆盖率. 结论: 以头脚方向的变化最大,左右方向最小,在对由摆位误差引起的边界设置时需分别对待.采用图像引导放疗技术,可行在线或离线纠正,在保证靶区覆盖率的前提下,减小靶区SM边界,更好地保护正常组织. 第二部分器官/靶区移动的不确定性造成的影响 目的: 了解呼吸对靶区移动的影响度,分析采用主动呼吸控制ABC方法后,靶区移动减小的程度,剩余移动发生的相关因素,同时为计算移动对靶区剂量影响的研究提供数据. 材料与方法: 2005-2006年治疗的22例胃癌术后,术后病理证实为T3/N+,需接受术后辅助放疗的患者.术中在瘤床/淋巴结引流区放置银夹,作为观察靶区运动的标记.体位固定采用真空气垫.在定位前训练患者进行屏气,要求稳定屏气时间可达40秒.最长训练时间为5天,如患者无法耐受则不能采用ABC技术.与治疗相同体位,每周模拟机下采集00和900自由呼吸时相图像各20幅(3幅/秒),同样方法,主动呼吸门控ABC时00和900图像各20幅,重复采集2次.标记银夹后Image J处理图像,测定自由呼吸和ABC时,银夹在三轴上的移动;ABC控制呼吸后的移动,包括残余移动,同次放疗间移动和分次放疗间移动. 结果: 自由呼吸时以头脚方向的移动度最大,左右方向大移动最小,前后移动平均为5.5mm:在采用自动呼吸控制ABC后,三个轴间移动无明显差异.ABC控制后,头脚和前后方向有明显的减小(p<0.01),而左右方向无统计学差异(p>0.05). 结论: 在胃癌的放疗中,由呼吸运动引起的靶区移动,在平静自由呼吸状态下,以头脚方向为最大,左右方向最小.如不采用控制呼吸的方法,扩大CTV到PTV边界时,需注意区别对待.在采用主动呼吸控制.ABC技术后,均值的幅度在卜2mm,明显减小,且在三个方向上的移动度x,y,z三个轴方向上相似.但即使如此,仍有同次治疗不同分割间,不同治疗间的移动需注意. 第三部分靶区确定勾画中的不确定性的影响 目的: 适形及调强放疗提高了对靶区几何形状正确性的要求,靶区范围的确定和勾画是治疗的第一步,其造成的是系统误差,从而影响整个治疗过程.勾画过程中受多种因素影响.图像采集和获取方法,勾画者间误差等,此部分研究的是勾画者自身不同时间内靶区勾画的差异. 材料和方法: 2005-2006年治疗的22例胃癌术后,分期为II-IV期,放疗剂量为45-55Gy/25-30次.定位CT的层厚为5mm,共采集3次定位CT的图像.CT的获取时间为非同一天,且在进食后3小时以上,除定位CT外,还需有术前/术后有增强的诊断CT.将3次CT的数据均输入ADAC计划系统,对3次采集的CT图像,以椎体为标准进行图像融合.然后同一个医生勾画CTV,肾脏,肝脏及脊髓.比较三个CTVl,CTV2,CTV3及肾脏的体积,形状和位置.CTV勾画的一致性研究通过计算三个CTV互相重叠的百分率来评价.重叠的CTV是由ADAC系统的布尔操作生成(Boolearl Operator). 结果: 每个CTV在融合的CTV中所占的百分比为CTV的重叠率,所有患者的重叠率的平均为整体的CTV重叠率,最大的重叠率是89.2%,最小的重叠率是68%,平均重叠率为80.3%.未重叠的部分位于靶区的边缘. 结论: 本研究采集3个定位CT,进行融合观察靶区勾画误差,显示即使在同一观察者本身也存在有靶区的勾画误差,误差的发生主要在靶区的边缘,提示对无明确可见肿瘤的亚临床灶靶区勾画时,多次CT可能减小由于一次CT而发生的勾画误差. 第四部分靶区/器官形变的不确定性影响分析 目的: 治疗计划及实施过程中,除了器官的移动外,靶区/器官移动和变形而造成的不确定性受到越来越多的关注,我们在课题中探讨胃癌放疗时,采用主动呼吸控制技术,对银夹标记所构成的范围,分析其变形的情况,以提供在术后放疗中的靶区变形的信息. 材料与方法: 临床资料,病例选择,体位固定,CT定位和治疗,图像采集同第一部分.图像处理:将每幅图像连接银夹成一多边形,重叠后,在Z方向投影,得到按时间变化的靶区形状变化,并得到各分次的自由呼吸和主动控制呼吸时相ABc状态下的靶区变形,计算多边形的面积和周长.分别计算4周的00和900的面积和周长的差.银夹所构成的面积和周长,代表靶区的形变程度. 结果: ABC呼吸控制时多边形的形变较自由呼吸时小,移动也减少.自由呼吸时各周面积标准差变化在10%,周长在5%,提示器官形变在自由呼吸时较小.ABC时各周间的面积标准差变化在6%,周长在3%,虽然自由呼吸时的变化以较小,但ABC呼吸控制后可进一步降低器官的形变. 结论: 胃癌放疗中靶区的形变,以植入的银夹标记物构成的多边形形变来代表靶区形变,以多边形的面积和周长的标准差在疗程的各周间变化量化形变影响,靶区的形变影响较为有限,而采取主动呼吸控制ABC后,变形的程度更小.   第五部分治疗中不确定性因素对剂量颁的影响 目的: 治疗中的不确定性因素有多种,可引起肿瘤和正常组织照射剂量的不确定性.对胃癌放疗过程中主要相关的因素,包括摆位误差,靶区移动形变,呼吸影响等进行了分析和量化,本部分的目的是要了解这些因素最后对治疗剂量所产生的影响,探讨靶区剂量递增的可能性. 材料和方法: 我们研究比较了三种不同治疗方法靶区边界间剂量分布的差别:a.平静自由呼吸;b.主动呼吸控制ABC;c.ABC联合图像引导放疗技术.得到的合成剂量图再导入回到ADAC7.6c计划系统,利用ADAC系统中的放射生物模型来计算TCP和NTCP和gEUD. 结果: 三维适形与IMRT计划的比较: 1)静态计划:CTV V45:90%(IMRT)与99%(3DCRT)(p=0.01),PTV V45:84%(IMRT)与90%(3DCRT)(p=0.04):肝V40:18%(IMRT)与15%(3DCRT)(p=.01),肾脏左肾:V15分别为41%(IMRT)与26%(3DCRT)(p=0.03),右肾为14%(IMRT)与17%(3DCRT),未显示有差异: 2)动态计划:CTV V45:87%(IMRT)与98%(3DCRT)(p=0.01);肝V40:16%(IMRT)与12%(3DCRT)(p=.01),肾脏左肾:V15(IMRT)分别为5096与34%(3DCRT)(p:0.03),右肾为15%(IMRT)与21%(3DCRT),(p=0.04),三维适形与IMRT计划的比较:对肿瘤靶区和正常组织的平均剂量比较,静态和加入呼吸移动因素的IMR7计划均优于3维适形放疗计划. 不同治疗方法的靶区边界对剂量分布的影响: 1)CTV靶区的覆盖率:治疗方法a,b和c对CTV靶区在不同计划治疗状态的覆盖率均达到98%以上. 2)正常组织:不同于CTV,受照体积由于不同计划和治疗采用的技术不同,从而静态计划采用不同的PTV边界大小,因此,靶区周围正常组织肝和肾受照的体积的影响各有差异.采用主动呼吸控制联合IGRT在线修正技术与平静自由呼吸相比,可将剂量递增至54Gy,靶区的覆盖和正常组织并发症达到相似的生物学效应. 小结: 胃癌的放疗计划的剂量学研究显示,调强计划优于3维适形计划,有较好的靶区覆盖率,和较好的靶区均匀性和适形性,对周围正常组织保护也较好.加入引起靶区不确定性因素卷积计算,显示与给与足够的PTV靶区边界的静态计划相比,CTV的靶区覆盖率相似,正常组织的影响表现为肾脏受照体积的增加,而在肝脏主要为高剂量受照区域的减小.平静呼吸,主动呼吸控制,主动呼吸控制联合图像引导的在线修正的在三种不同的治疗方法,采用相对应的不同PTV边界的治疗方法,CTV的覆盖率也均可达到处方要求,但在正常组织保护上以后两种方法尤其是ABC+IGRT为优.尤其是考虑到卷积移动因素后的计划在肾脏保护更有优势.利用TCP/NTCP模型预测,采用ABC4-IGRT技术有提高靶区剂量的可能性.
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