3D打印及自动勾画技术在妇科肿瘤术后阴道近距离治疗中的应用研究

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3D打印个体化施源器在宫颈癌术后中央型复发患者近距离治疗中的疗效和安全性研究目的:腔内和(或)插植近距离技术是宫颈癌术后中央型盆腔复发患者的主要治疗手段之一,通常采用标准的商业柱状施源器/插植模板进行阴道近距离治疗。本研究调查了 3D打印个体化腔内/插植施源器治疗上述患者的疗效和安全性。材料和方法:纳入了 26名子宫切除术后、中央型复发的宫颈癌患者,进行内外照射联合放疗,最终目标是临床靶体积(CTV)的累积剂量≥70Gy。危及器官限量:膀胱D2CC≤90Gy,直肠/乙状结肠D2CC≤75Gy。外照射采用图像引导的调强技术,近距离治疗前肿瘤厚度≤1cm和>1cm的患者分别采用腔内近距离治疗和插植近距离治疗。对前9例采用腔内近距离治疗的患者分别置入单通道柱状施源器和3D打印个体化施源器,勾画靶区并做计划,比较两种施源器的计划参数,包括CTV V100、CTV D90、CTV D98,直肠、乙状结肠、膀胱和小肠的D2CC。需要插植的患者采用经阴道3D打印插植施源器进行近距离治疗。随访26名患者的临床疗效和治疗相关并发症。结果:有6例(23%)患者在初次治疗时接受了术后辅助放疗,20例(77%)患者无盆腔放疗史。近距离治疗前的肿瘤厚度为0.81cm(范围0.5~2.4cm)。22例(85%)、3例(11%)和1例(4%)患者分别接受了腔内、插植、腔内联合插植的近距离治疗。进行施源器计划对比的9例患者中,有3例(33.3%)患者的单通道施源器计划因为直肠D2cc剂量限制使得CTV剂量未达标,而3D打印施源器计划全部达标,随后的患者直接采用3D打印施源器进行内照射。通过3D打印插植施源器引导植入的插植针均一次性准确到位,未对插值针位置进行调整,未出现明显出血、穿孔、感染等操作并发症。26名患者的CTV平均剂量为71±8.2Gy;仅1例患者(4%)出现直肠D2cc超量,无膀胱、乙状结肠超量。2年的局部控制率、无进展生存率及总生存率分别为87.8%、71.0%和91.6%。4名患者(21%)出现3~4级早期血液学毒性反应,1名患者(4%)出现3级晚期下消化道毒性反应(直肠阴道瘘)。结论:使用3D打印个体化施源器可以实现高质量的腔内和(或)插植近距离治疗,临床疗效满意,不良反应可接受。基于域对抗神经网络的妇科肿瘤术后近距离治疗临床靶区的自动勾画研究目的:当前,基于深度学习的外照射靶区自动勾画模型已有广泛报道,但针对近距离治疗的靶区自动勾画模型报道较少。近距离治疗中不同类型和材质的施源器会导致自动勾画模型的泛化性能差。为每种类型的施源器采集足量的CT图像数据并由专业医生进行标注,然后为每种施源器训练相应的自动勾画模型费时费力。本研究联合深度学习和迁移学习技术创建了域对抗神经网络(DANN),探索基于深度迁移学习模型使用原有施源器数据和少量目标施源器数据,为子宫切除术后妇科肿瘤患者训练阴道近距离治疗临床靶区自动勾画模型的可行性。材料和方法:采集90例接受近距离治疗的子宫切除术后妇科肿瘤患者的CT图像,包括施源器A治疗的60例患者和施源器X治疗的30例患者图像资料。共训练两种靶区自动勾画模型:Basal自动勾画模型,使用60例施源器A治疗的患者图像进行训练;DANN自动勾画模型,使用前述60例施源器A和10例施源器X治疗的患者图像进行训练;其余20例施源器X治疗的患者图像作为自动勾画模型的测试集。以人工勾画的靶区为金标准。采用客观指标和多中心医生主观评估来评价模型性能,客观指标包括Dice相似性系数(DSC)和第95百分位Hausdorff距离(95HD)。结果:DANN自动勾画模型在客观指标和主观评估上都优于Basal自动勾画模型,其P值均<0.05。DANN自动勾画模型的DSC和95HD中位数值分别为0.97和3.68mm,而Basal自动勾画模型分别为0.94和5.61mm。来自不同医疗中心的3名医生主观评价显示:DANN自动勾画模型在测试集CT图像上所勾画的靶区结构,分别有99%、98%和81%的比例可被临床接受,而Basal自动勾画模型可被接受的比例只有73%、77%和57%。一名医生认为,DANN自动勾画模型已达到人工勾画的水平。结论:DANN深度迁移学习模型可以利用原有的施源器数据和少量目标数据训练出适应目标施源器的靶区自动勾画模型,解决了因施源器差异性导致的阴道近距离自动勾画模型泛化性能差的难题。本研究证明了通过迁移学习策略,基于已有的相关数据,使用小样本目标数据创建自动勾画模型的可行性。
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