论文部分内容阅读
背景:MRI在放疗计划设计中具有独特的优势。近年来,单独使用MRI进行放疗计划设计(MRI-only)的方法已广泛用于脑部肿瘤和前列腺癌的放射治疗过程中。其中,应用最早、最简便的方法是对所勾画的各靶区和危及器官进行电子密度赋值,以解决MRI-only放疗计划设计中的电子密度缺失问题。但对胸部肿瘤而言,既往研究表明,目前常用的电子密度赋值方法难以达到临床剂量精度要求。目的:利用3DVH软件系统的三维剂量评估功能,探讨基于最佳个体化电子密度赋值法进行胸部肿瘤MRI-only计划设计的可行性,并分析胸部肿瘤MRIonly计划设计时采用电子密度赋值法可能达到的最优结果。方法:为消除MRI的几何形变以及CT和MRI配准时可能引入的误差,本研究将采用模拟定位CT图像,进行胸部肿瘤患者靶区和危及器官的个体化精细勾画,并结合最佳电子密度赋值法,据此模拟基于电子密度赋值法的胸部肿瘤MRI-only计划设计,探讨使用赋值法进行MRI-only放计划设计可能达到的极限精度;并利用3DVH软件系统,评估分析模拟的MRI-only计划与基于CT图像的标准计划的剂量学差异。选取在我院接受放射治疗的典型胸部肿瘤患者,包括中央型、周围型肺癌及食道癌,用真空袋和热塑体模进行体位固定,用飞利浦大孔径CT模拟定位机对患者进行定位扫描,扫描层厚、层间距为3mm,将所得定位图像传输至Monaco放疗计划系统进行靶区和危及器官勾画,包括患者体表外轮廓(Body)、大体肿瘤体积(GTV)、脂肪、肌肉、骨骼、纵膈、脊髓、全肺、肺(不含支气管)、支气管等。统计分析靶区及各组织、器官的体积、平均CT值及相对电子密度(Relative Electron Density,RED)信息;选择医科达Synergy加速器的6MV X射线(剂量率600MU/min),为每例患者分别进行双弧容积调强放射治疗(Volumetric modulated arc therapy,VMAT)计划设计和单弧动态适形放射治疗(Dynamic Conformal Arc Therap,DCAT)计划设计,处方剂量:PTV/60Gy,2.0Gy/次,5次/周;计划优化完成后,采用Monte Carlo算法,根据各靶区和危及器官、组织的CT电子密度信息,进行精确剂量计算。研究中,将基于模拟定位CT图像及其固有电子密度信息进行剂量计算的VMAT和DCAT计划,分别作为后续对比研究的参考标准计划,命名为Plan-CT。基于胸部肿瘤患者个体化的精细靶区和危及器官勾画以及Monte Carlo剂量算法,寻求每个靶区和器官、组织的最佳电子密度赋值,以实现基于电子密度赋值法的胸部肿瘤MRI-only高精度计划设计,每例患者将分别进行VMAT、DCAT计划设计和约20次剂量计算和评估。具体步骤:(1)拷贝标准计划Plan-CT,依次只对计划中的某一靶区或组织、器官,赋予其平均电子密度值;(2)保持其余各项参数不变,用Monte Carlo算法对进行了靶区/组织/器官电子密度赋值的计划进行剂量计算,得到单一靶区/组织/器官被赋予其平均电子密度值的计划,命名为Plan-RED i(i表示某一个靶区或组织、器官);(3)在TPS的比较界面中,将Plan-RED i与参考标准计划Plan-CT进行直观的DVH比较,如果各靶区及危及器官的DVH曲线非常相似,或者只有很小甚至可忽略的差异,则进一步使用3DVH软件系统,进行3D Gamma量化分析,评判标准为0.5%/0mm。若所得的Gamma通过率大于95%,则认为所赋平均电子密度为该靶区/组织/器官的最佳电子密度;若所得Gamma通过率小于95%,则对所赋的均电子密度值进行微调,然后,再进行剂量计算和评估,直至3D Gamma分析的通过率满足实验要求。(4)拷贝标准计划Plan-CT,对各靶区、组织、器官均赋予各自的最佳电子密度值,并进行剂量计算,得到基于个体化最佳电子密度赋值的模拟胸部肿瘤MRI-only计划,命名为Plan-MRI;(5)基于3DVH软件系统,对Plan-MRI和Plan-CT进行剂量差异的可视化及量化分析,此时3D Gamma分析的通过率的评判标准设为1.0%/1.0mm。结果:各靶区和危及器官、组织的平均相对电子密度值分别为:GTV 0.925、脂肪0.961、肌肉1.059、骨骼1.251、纵膈1.109、脊髓1.046、肺0.286、肺(不含支气管)0.267、支气管0.680;基于CT图像的标准参考计划Plan-CT与模拟的MRI-only最佳电子密度赋值计划Plan-MRI相比,在1.0%/1.0mm评判准则下,总体Gamma通过率为95.3%±1.9%,其它各靶区和危及器官的通过率界于91.9%±5.5%与98.2%±1.9%之间;两种计划间的剂量学最大相对偏差:肿瘤靶区GTV中D2、D95、D98、Dmean均小于1.3%;其它危及器官则不超过1.5%;肺组织的V5、V20及V30的剂量最大偏差分别为-1.29%,-3.25%,-2.78%。结论:对于胸部肿瘤而言,基于精细的靶区和危及器官勾画以及最佳个体化电子密度赋值法,所得的模拟MRI-only计划可达到标准参考计划相近的剂量计算精度,是胸部肿瘤进行MRI-only放疗计划设计可行方法。