图像引导术中放疗方法研究

Intraoperative radiation therapy(IORT) has been widely used for cancer treatment. For lack of information of three demention image and dose distribution in IORT, it is not safe and reasonable enough to setup treatment parameters only by observation and personal experence.Additional, due to without calculation of the three dimension dose distribution combining intraoperative with postoperative radiotherapy, the accuracy of postoprative radiotherapy may be impeded to some extent also. This project is going to apply the techniques of image guided radiation therapy and three dimension treatment planning from external radiotherapy to IORT, as well as archieve image guided radiation therapy for IORT. The project contents are as followed: acqueiring CT/MRI images before operation, importing images to treatment planning system, simulating IORT treatment modality, determining surgery path and excision extension, evaluating and comparing dose delivery on target and organs in different trials, confirming final IORT plan; seting up simulation applicator according to the plan, acquiring introperative images of CT/MRI/ultrasound, proceeding multimode images registration and fusion, in terms of organ changes and dose distribution modifying IORT plan timely; deformable registration for intraoperative and postoperative CT/MRI, integrating dose distribution for intraoperation and postoperation based on radiation biology. The project outcome will improve crossover and integration for surgery and radiation oncology, and bring IORT to accurate radiotherapy era.

术中放射治疗（IORT）是多种肿瘤疾病的主要治疗方式之一，由于缺少三维影像和剂量分布信息，目前仅凭肉眼观察和经验设定治疗参数，这种方法存在较大安全隐患。此外，因无法实现术中与术后放疗的三维剂量叠加，也会影响术后放疗的效果。本项目拟将外照射放疗中图像引导定位和三维治疗计划方法运用到IORT上来，建立图像引导术中放疗方法。通过获取术前CT/MRI图像，导入放疗计划系统，进行IORT方案模拟，给出手术路径和切除范围，评估不同方案对肿瘤和各个器官所受剂量的影响，确定IORT预计划；根据预计划放置模拟限光筒，获取术中CT/MRI/超声图像，融合配准后导入计划系统，根据解剖结构变化和实时剂量分布，快速修正IORT计划；获取术后CT/MRI图像，与术中图像进行变形配准，考虑放射生物学效应，合成术后和术中放疗剂量分布。研究成果有助于提高外科学与放疗科学的交叉互融程度，推动IORT进入图像引导的精确放疗时代

术中放射治疗（IORT）是多种肿瘤疾病的主要治疗方式之一，由于缺少三维影像和剂量分布信息，目前仅凭肉眼观察和经验设定治疗参数，这种方法存在较大安全隐患。本研究将外照射放疗中图像引导定位和三维治疗计划方法运用到IORT上来，建立了图像引导IORT方法。本项目主要内容包括：图像引导术中放疗的模拟定位装置和方法；IORT 3D治疗计划系统；用于剂量验证的IORT模体；用于图像采集的超声模体；图像引导术中放疗装置和方法；IORT治疗技术。.本项目重要结果如下：.1. 发明并加工了一种术中图像引导放疗的模拟定位装置，并发明了使用该装置的方法，其可以配合成像设备采集患者拟放疗部位图像，不会产生不必要的遮挡，从而很好地满足了图像引导IORT中采集图像及执行IORT的需求。该研究内容申请了国家发明专利（申请号201810244336.0）；.2. 研制了MC 模拟的IORT 3D治疗计划系统及用于剂量验证的IORT模体；.3. 研制了适用于IORT质量控制的超声模体，用于验证上述装置和方法的效果。.4. 发明了术中放疗扫描路径规划方法和术中放疗系统。用于透过辅助扫描组件获得待扫描区域图像、建立3D模型、确定待放疗区域、规划放疗组件的扫描路径。该研究内容申请了国家发明专利（申请号201810244336.0）及美国专利（申请号15/978,449）； .5. 发明了多机械臂式术中放射治疗装置。用机械臂带动成像装置对瘤床进行三维成像，并以此为基础准确确定靶区位置以及靶区与周围正常组织和重要器官的关系，并实施图像引导的IORT。该研究内容申请了国家发明专利（申请号201710338703.9）及美国专利（申请号15/978,545）；.6. 发明了球囊状施照器，适用于乳腺癌和脑瘤等肿瘤靶区术中电子线照射。该研究内容在国际顶级放射物理权威期刊PMB上发表。.本项目发明了适用于图像引导IORT的装置和方法，能够更精确地确定照射靶区、剂量，有利于减小IORT并发症和放射性引起的毒副作用。通过多机械臂协同工作，利用自动控制技术，可大幅度减小临床医生工作量，发挥IORT的潜在作用。研究成果有助于提高外科学与放疗科学的交叉互融程度，推动IORT进入图像引导的精确放疗时代。