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鼻咽癌进行图像引导放疗时不同配准方法对体位校正的影响
目的探讨鼻咽癌进行图像引导放疗时不同图像配准方法对体位校正的影响.方法用不同的图像配准方法,对37例鼻咽癌患者在进行图像引导放疗时所获得的47对电子射野影像(EPID)和计划系统生成的数字重建图像(DRR)进行配准分析.方法A:系统自动选择窗宽窗位后进行图像灰度配准.方法B:系统自动选择窗宽窗位后以第一颈椎体前缘中点作为配准点进行自动配准.方法C:在方法A的基础上手动调节窗宽窗位后进行图像灰度配准.方法D:在方法B的基础上手动调节窗宽窗位后,再以第一颈椎体前缘中点作为配准点进行自动配准.在四种不同配准方式下,分别得靶区在X和Y轴方向的摆位误差,再用SPSS13.0统计软件对所得结果进行配对样本t检验.结果方法A与B、B与D相比,靶区在X、Y轴上的摆位误差均有显著差异(P＜0.05);方法A与C、C与D相比,靶区在X、Y轴上的摆位误差均无差异(P＞0.05).结论鼻咽癌进行图像引导放疗时,基于图像灰度的摆位误差校正与基于第一颈椎体前缘中点摆位误差校正差异明显.
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锥形束CT图像去噪与重建算法的研究进展
随着图像引导放疗技术(Image Guided Radiotherapy,IGRT)在临床应用中的不断推广,锥形束CT(Cone Beam CT,CBCT)以其开放式架构,可直接获得三维图像等优点,已成为目前IGRT开发和应用的热点技术之一.本文简单介绍了CBCT成像系统的组成与特点,重点分析比较了近年来常用的去噪与重建算法的具体原理及优缺点,并对其发展趋势做了总结与展望.
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基于CT-ON-RAIL系统开展的图像引导自适应放疗研究进展
本文概述了自适应放疗(ART)的发展及其主要临床应用现状,主要论述了基于CT-ONRAIL系统开展图像引导ART的流程及优势所在,并对ART未来的发展方向进行了展望,为从事ART的研究人员和医务工作者提供参考.
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螺旋断层放疗系统的先进性评估分析
目的 从医学工程技术的角度评估和分析螺旋断层放疗系统的先进性,为医院采购此种放疗设备提供技术参考.材料与方法根据目前已发表的关于螺旋断层放疗系统的专业文献以及现在CT技术发展的工业水平逐一评估此放疗系统在图像引导放疗(IGRT)、调强放疗(IMRT)、剂量引导放疗(DGRT)等方而的先进性,并分析了该系统的进一步发展方向.结果 与讨论螺旋断层放疗系统的IGRT功能可以实现每天为每一位放疗患者进行低剂量的螺旋扇形束兆伏(MV)级CT图像引导,实现治疗前的精确摆位.IMRT功能上可以实现在三维空间上剂量的高度适彤能力.DGRT功能上实现了真正的实时剂量验证功能以及依据实时剂量重建结果计算患者累积的受照剂量分布,指导放疗医生和物理师进一步高质量地完成后续放疗计划.在系统败率、运动校正方面还有进一步的发展空间.结论 螺旋断层放疗系统是一款专门为图像引导调强放疗而设计的设备.CT与直线加速器的融合实现了螺旋断层放射治疗,并真正意义上实现了剂量引导下的自适应放疗.它代表着以大限度杀灭肿瘤细胞和大程度保护正常组织为目标的精确放疗设备发展的一个方向.
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动态放射治疗中的肿瘤实时跟踪技术
在放射治疗中,位于胸部和腹部的肿瘤在呼吸等生理和物理因素的影响下,肿瘤及其周围组织动态地变化.由此产生的不确定性是目前各类放疗模式的主要障碍,同时也成为该领域研究中富有挑战性的难题.有针对性地阐明当前图像引导放疗和自适应放疗的概况和关键技术:介绍动态肿瘤放疗的基本原理与方法,分析比较动态肿瘤跟踪的各种算法,简要阐述肿瘤X射线投影图像的三维重建技术,讨论动态肿瘤控制的基本问题和基本对策.肿瘤控制的不确定性问题的解决主要取决于:成像技术水平、先验知识的获取、鲁棒的数学建模技术.
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保留乳房术后放疗锥形束CT引导系统摆位误差预测的可行性研究
目的:探讨保留乳房术后放疗过程中应用初始分次放疗的锥形束 CT 引导数据预测和校正系统摆位误差的可行性.方法:20例保留乳房术后行三维适形放疗和调强放疗的患者入组.每分次放疗前行在线CBCT扫描,与计划CT图像配准,记录前后、头脚和左右方向的配准差值.分别以初始5次和10次差值的平均值作为预测值校正后续治疗的系统摆位误差.校正系统摆位误差后的残余误差定义为每日实际偏差值与系统预测值之间的差值.比较未进行在线摆位校正、应用5次校正法或10次校正法进行在线摆位校正放疗过程中的群体化系统、随机摆位误差以及三维残余误差.结果:未校正组在前后、头脚和左右方向上的群体化系统摆位误差分别为2.91、3.38和2.33 mm,群体化随机摆位误差分别为2.56、2.87和2.51 mm；应用5次校正法在前后、头脚和左右方向上的群体化系统摆位误差分别为2.26、2.03和1.96 mm,群体化随机摆位误差分别为2.48、2.80和2.37 mm；应用10次校正法在前后、头脚和左右方向上的群体化系统摆位误差分别为2.37、1.66和1.51 mm,群体化随机摆位误差分别为2.39、2.70和2.46 mm.平均三维残余误差分别为6.1(未校正)、4.9(5次校正)和4.7 mm(10次校正).与未进行在线摆位校正比较,应用5次校正法,平均三维残余误差＞6 mm的患者比例由40％降低至25％,＞7 mm的患者比例由30％降低至5％,放疗分次比例由34.19％降低至19.70％.10次校正法与5次校正法相比,未显示出明显的改善.结论:利用初始5次放疗在线CBCT配准差值预测并校正系统摆位误差在一定程度上改善了每日摆位准确度.然而,在开发出更准确的图像引导策略之前,每日进行在线摆位校正仍然是有必要的.
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非小细胞肺癌在线配准剂量残差回归式离线补偿技术的初步探讨
目的:探讨非小细胞肺癌(NSCLC)锥形束CT(CBCT)图像引导在线摆位校正后,对残余误差导致的剂量学差异进行离线补偿的可行性.方法:2例NSCLC患者入组.每分次放疗前进行在线CBCT图像引导摆住校正,然后对在线CBCT图像数据进行回顾性分析.离线配准CBCT图像与计划CT图像,对比分析配准后CBCT图像上靶区的剂量分布与初始计划的差异,如果发现明显的剂量缺陷区域,则通过逆向调强技术制定新的放疗计划,下一分次放疗按新计划执行.结果:NSCLC患者经在线图像引导摆位校正后,仍然有多分次靶区存在欠剂量区,通过逆向调强技术可以给予欠剂量区以高剂量,从而实现对前次治疗所欠剂量的补偿.结论:离线逆向调强补量技术作为在线图像引导技术的补充,能够对在线图像引导后配准残差导致的剂量学误差进行有效补偿,有望进一步减小靶区外放,实现与每日计划相同的剂量学目标.
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宫颈癌行图像引导放疗选择不同标记点对图像配准结果的影响
目的 探讨图像引导放射治疗(IGRT)宫颈癌选取不同标记点对图像配准结果的影响.方法 选取2013年4月至2015年4月间就诊的58例宫颈癌患者,均行千伏锥形束CT(KVCBCT) IGRT,对治疗第一幅图像进行研究,并以髋骨、骶尾骨及肿瘤作为研究的标记点,利用自动+手动法参考图像对KVCBCT图像进行配准,对3个不同标记点的配准结果进行观察和对比.结果 髋骨与肿瘤2个标记点在X、Y、Z3个方向摆位误差比较差异均无统计学意义(P＞0.05);但髋骨、肿瘤2个标记点在X、Y、Z三个方面摆位误差与骶尾骨标记点比较差异均有统计学意义(P＜0.05).结论 IGRT治疗宫颈癌选取不同标记点对图像配准有影响,其中髋骨与肿瘤2个标记点配准结果无明显差异,建议将这两点作为图像配准佳的标记点实施IGRT.
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肺肿瘤在线与离线结合锥形束CT图像引导放疗的可行性研究
目的 探讨肺肿瘤在、离线结合锥形束CT(CBCT)图像引导放疗的可行性.方法 14例行三维适形放疗的肺肿瘤患者入组.放疗前后分别行在线CBCT扫描1次,并与计划CT图像配准,记录各个方向的配准差值.放疗前后配准获得的平移矢量分别作为分次间误差和分次内误差,利用CTV外放公式分别计算未行在线校正以及在线校正后的cTV外放.分别以0.5、1.5 mm为允许的大残余系统摆位误差,计算预测总系统摆位误差所需的少CBCT图像数以及离线校正系统摆位误差后的CTV外放.结果 未行在线校正时,左右、头脚、前后方向上群体化CTV外放分别为5.7、8.0、7.8 mm;每分次放疗均行在线校正时,3个方向上群体化CTV外放分别为2.4、2.4、2.3 mm.分别以0.5 mm或1.5 mm为允许的大残余系统误差,计算预测系统摆位误差所需的少CBCT图像数为9套或7套,对系统摆位误差进行离线校正后,左右、头脚和前后方向上群体化CTV外放分别为3.3 mm或3.9 mm、3.7 mm或4.3 mm和3.6 mm或4.3 mm.结论 基于CBCT图像分析的在线校正和离线校正均能明显减小摆位误差,并有助于缩小CTV外放.肺肿瘤患者进行在线、离线相结合的图像引导放疗是可行的.
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鼻咽癌调强放疗中靶区和正常器官变化规律及临床意义探讨
目的 探讨鼻咽癌调强放疗(IMRT)中靶区和正常器官变化规律.方法 15例鼻咽癌初治患者接受全程IMRT,分别于计划设计前、治疗前、治疗25次时行3次CT扫描.第2、3次CT均和第1次cT行图像融合.3次CT图像的原发肿瘤(GTVnx)、GTVnx内气腔、腮腺、轮廓分别勾画,分析其变化规律.结果 治疗计划完成时,有2例患者GTVnx增大.照射至25次时,GTVnx缩小0～10.39 cm3(即GTV内气腔容积);腮腺体积缩小0.13～23.80 cm3;腮腺缩小程度与原体积大小有一定的相关性;腮腺外界向内侧移动,内界位置变化不大.头部轮廓横径均有不同程度缩小.结论 鼻咽癌患者在接受IMRT过程中,原发肿瘤体积、腮腺结构、位置、轮廓横径在一定程度发生变化,这可能会影响IMRT剂量分布,降低靶区、增加正常组织剂量,值得临床进一步研究.
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用图像引导技术提高胸腹部肿瘤大分割放疗的治疗精度
目的 探讨图像引导放疗技术应用于胸腹部肿瘤大分割放疗以提高治疗精度,测其摆位误差并确定由内靶体积(ITV)外放产生计划靶体积(PTV)的间距.方法 入组24例胸腹部肿瘤病例,采用大分割放疗,每次治疗前行锥形束CT扫描,在线校正摆位误差并记录误差值.统计校正前后的误差数据,采用二参数法计算由ITV外扩产生PTV间距.结果 校正前摆位平移误差在左右(x)、头脚(y)和腹背(z)方向I:分别为(2.1±2.0)、(3.9±3.2)、(2.9±2.8)mm,校正后分别为(0.8±0.7)、(0.9±0.7)、(0.9±0.7)mm;外扩间距校正前分别为5.6、10.2、7.7 mm,校正后分别为2.1、2.3、2.3 mm.旋转角度误差校正前后无变化,校正前头脚方向误差大于左右和腹背方向,校正后3个方向误差之间尤差别.结论 图像引导放疗通过在线校位能有效减小摆位误差并能观测肿瘤及周围组织器官位移和变形,计算在线校位后的靶区外放间距可以为PTV确定提供参考.
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图像引导放疗中图像配准算法性质的研究
目的 研究图像配准算法的基本行为,分析影响图像配准的各种因素.方法 先把待配准图像做一已知变换,然后基于自主开发的图像配准算法研究图像配准技术中感兴趣区域选择、优化目标函数时的初始位置选择、空间变换参数的空间耦合等对图像配准算法的影响.结果 感兴趣区域位置和区域大小选择对图像配准的结果影响非常明显,如果选择不当很容易导致配准失败;初始变换参数(优化的初始位置)选择恰当,能提高图像配准的准确度;参数空间的耦合会增加图像配准算法对感兴趣区域选择的敏感度.结论 图像引导放疗平台临床应用中非常有必要总结与肿瘤部位相关感兴趣区域的勾画策略(依赖具体图像配准软件平台),可以通过实现初始变换参数的自动优化选择来提高算法的抗干扰能力,并开发出针对不同图像特征(不同解剖部位)的具体配准算法.
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肺癌锥形束CT图像引导放疗优图像配准方法的筛选与评价
目的 筛选、评价适合应用于千伏特锥形束CT(KVCBCT)在线引导肺癌放疗的图像配准方法.方法 选择16例行根治性放疗的非小细胞肺癌患者进入研究,每例患者每周行KVCBCT在线引导体位校正1次,共96幅KVCBCT图像用于研究.分别采用基于灰度的自动配准法、骨性结构的自动配准法、人工图像配准法和自动加手动图像配准法配准患者KVCBCT图像与计划没计CT图像.配准由1名医生完成,配准结果由另外1名医牛在对所用配准方法设盲的情况下进行评价与筛选,并对筛选出的优图像配准方法的可重复性进行评价.结果 基于灰度的自动配准法、骨性结构的自动配准法、人工图像配准法和自动加手动图像配准法的平均得分分别为2.7、2.4、3.0和3.7分,4个组评分差异有统计学意义(F=42.20,P<0.001).采用自动加手动图像配准法左右(LR)、头脚(SI)和前后(AP)方向上,同一医牛2次配准结果差值>3 mm所占比例分别为0、3%和6%,不同医生的分别为0、14%和0,医生与技术员的分别为8%、14%和8%.结论 自动加手动图像配准法以其配准结果好、所需时间较短、临床应用可重复性强等特点适合应用于肺癌KVCBCT在线引导放疗.
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用主动呼吸控制提高肺癌图像引导放疗精度
目的 增加使用主动呼吸控制(ABC)系统时屏气时间,结合使用图像引导放疗(IGRT)提高肺癌患者放疗精度.方法 对31例肺癌患者行主动呼吸控制系统训练,训练屏气时接入氧,训练5 d,每日训练约30 min.训练时充分发挥患者的主观能动性,让患者熟练掌握屏气技巧,主动配合治疗.采用立体定向体架固定(SBF),用IGRT的SynergyTM系统锥形束CT(CBCT)与ABC系统配合进行治疗.结果 31例中训练后大屏气时间达40 s以上的24例,平均大屏气时间为65.5 s,较训练前增加33.9 s.使用ABC时横膈在头脚方向运动平均为1.7 mm,而在自由呼吸时为16.0 mm.首次CBCT采集图像与计划图像比较在左右(x)、头脚(y)、前后(z)方向平均误差分别为3.3、4.8、3.1 mm,调整床后分别为1.0、1.2、1.1 mm.结论 通过吸入氧气屏气的呼吸训练,能明显延长患者屏气时间.在IGRT中配合使用ABC系统,可使肺部肿瘤放疗精度控制在2 mm,为提高分次剂量和总治疗剂量,减少肺损伤提供可能.
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加速器附加锥形束CT图像质量评价
目的 评价瓦里安23EX加速器附加kV X线锥形束CT的图像质量.方法 应用安装在直线加速器上的锥形束CT系统,重复扫描Catphan 504体模,用图像分析软件评价获取图像的质量;并用电离室测量扫描体模时等中心点的辐射剂量;并扫描5例头颈部肿瘤患者,进行临床评价.结果 图像均一性较好,大部分测量点的CT值偏差在±3 HU以内,图像边缘均一性略差,大偏差值16 HU;空间分辨率达0.63 mm;体模锥形束CT图像的CT值具有较好的准确性和稳定性,实测值与标称值的大差值为22 HU;空间线性距离的标称值和实测值的大差别为0.4%,几何精度较高;低对比度分辨率为1.0%的对比度为4 mm,0.5%的对比度为5 mm;扫描体模时等中心焦点的辐射剂量为(2.97±0.19)cGy.5例头颈部肿瘤患者的锥形束CT图像结果显示,鼻咽部肿瘤和脑膜瘤显示清晰,颅内高分化胶质瘤显示清晰度欠佳.结论 瓦里安23EX加速器附加kV X线锥形束CT图像均匀性好,有较准确而稳定的CT值,几何精度高,辐射剂量低,但低对比度分辨率欠佳.锥形束CT可以实现肿瘤和软组织成像,是图像引导放疗的有效工具.
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用锥形束CT图像测量放疗摆位误差
目的 探讨图像引导放疗(IGRT)系统的临床摆位误差.方法 应用医科达SynergyTM系统治疗51例,其中头颈部肿瘤19例,胸部肿瘤25例,腹、盆部肿瘤7例.每次照射前获取X线容积图像(XVI)即锥形束断层扫描(CBCT),将CBCT图像和计划CT图像及其靶中心匹配,获得靶中心x、y、z方向的误差,分析误差及其分布规律.结果 CBCT图像对比度好,临床上能清楚显示肿瘤大小、位置及其和周围的关系.51例每次治疗开始前的CBCT共955次,分别分析头颈部、胸部及腹、盆部摆位误差,均呈正态分布.系统误差(均数)±随机误差(标准差)在x、y、z方向分别为头颈部(-0.3±1.5)、(-0.3±1.6)、(0±1.3)mm,胸部(-0.6±2.9)、(-0.2±5.6)、(0.7±3.2)mm,腹、盆部(-0.8±2.1)、(-0.3±5.9)、(0.1±2.6)mm.结论 通过CBCT测量治疗前摆位误差并实时调整摆位误差,可大大提高患者摆位精度,同时为正确设定计划靶体积(PTV)提供了依据.
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射波刀图像引导系统额外吸收剂量评估
目的 定量评价G3型射波刀图像引导系统千伏级X线球管照射产生的额外电离辐射吸收剂量.方法 将PTW30010电离室插入CIRS Model 002LFC和002PRA体模不同位置、不同密度各5处组织等效模体插件中,测量不同曝光条件下单次曝光所产生的吸收剂量.通过以上数据定量评估300例不同部位、不同引导方式患者的曝光条件和平均曝光次数以及吸收剂量.结果 平均分割治疗次数为3.94次,中位数4次.采用静态追踪模式患者平均每位每次分割治疗接受曝光次数为36.5次,采用动态追踪模式时为49.2次.单次曝光小吸收剂量为0.5 μGy,大为385μGy.结论 射波刀的千伏级图像引导系统在实现3种图像引导功能的同时,对患者产生额外吸收剂量保持在一个很低范围内.
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基于锥形束CT体部肿瘤图像引导放疗的摆位误差分析
目的 应用千伏级锥形束CT(KVCBCT)评价采用负压成型垫作体位固定和终等中心标记法作定位的体部肿瘤图像引导放疗的摆位误差.方法 回顾分析2009-2011年的223例体部肿瘤患者资料,这些患者在配有LAP可移动式激光定位系统的飞利浦PQS CT或飞利浦Brilliance CT Big Bore上采用负压成型垫体位固定和终等中心标记法定位.CT图像通过网络传输给瓦里安Eclipse治疗计划系统用来勾画靶区和设计计划.在治疗前使用瓦里安直线加速器的机载影像系统行KVCBCT扫描和配准,得出左右、上下和前后方向的摆位误差.使用SPSS 16.0软件对数据行独立样本t检验.结果 758组摆位误差数据呈高斯分布,左右、上下、前后方向的平均摆位误差分别为(-0.5±2.8)、(0.0±3.0)、(0.4±3.4) mm,使用公式M=2.5Σ +0.7δ计算外放边界分别为3.2、2.1、3.4mm.结论 本研究得到的外放边界证实治疗计划在患者治疗时得到了可靠实施,并也为临床医师提供了依据.
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生物影像研究进展及问题
自1895年伦琴发现X射线以来,放射影像对疾病诊断与指导治疗一直起着非常重要作用.随着正电子发射断层显像(positron emission tomography,PET)和单光子发射计算机断层显像(single photon emission computed tomography,SPECT)的研制成功,使放射影像从传统的解剖结构影像进入了生物影像阶段.与传统主要提供解剖学信息的放射影像相比,生物影像期望显示代谢的、功能的、生理和基因表型信息以及无创的三维放射生物学信息,即在放疗计划中除肿瘤靶区、临床靶区和计划靶区之外,还应显示生物靶区.这些研究进展为临床开展图像引导放疗(image guided radio-therapy,IGRT)提供了广阔前景.
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图像配准技术及其在肿瘤放疗中的应用
图像配准(image registeration,IR)技术作为一种有用的工具,应用于医学图像分析已有20多年历史了[1].虽然其应用于肿瘤放疗临床历史较短,但其重要性日渐显露.继三维适形放疗和凋强放疗后新放疗技术一图像引导放疗的出现,使图像配准技术扮演了重要角色[2].
