自适应放疗中分次剂量分析方法及验证技术研究

放疗过程中肿瘤及其周围正常器官相对位置、大小及形状的改变，将引起实际照射剂量偏离初始计划目标，导致疗效的降低或加重正常组织的损伤。螺旋断层治疗(Tomotherapy)加速器作为图像引导放疗(IGRT)设备之一，其MVCT获得患者的三维图像可实现治疗计划精确剂量的计算。同时反映了靶区及危及器官的状态，能用于评估放疗执行的剂量分布。本研究准备利用实时MVCT引导图像信息，重建出分次治疗的实际剂量分布，建立起比较实际剂量及原计划目标的数学模型，研究出临床验证和实施的新方法，从而为剂量引导下自适应放疗的开展打下坚实的基础。本研究尝试采用图像形变配准的方法实施实际分次剂量的累计验证，包括建立kVCT与MVCT的配准模型与形变组织剂量累计算法的研究；建立自适应放疗的质量保证规程；实际执行对形变图像配准实施分次剂量映射所导致三维累加剂量的物理验证研究；以及自适应放疗技术规范方案的研究。

放疗过程中肿瘤及其周围正常器官相对位置、大小及形状的改变，将引起实际照射剂量偏离初始计划目标，导致疗效的降低或加重正常组织的损伤。本项目利用分次治疗MVCT引导图像信息，重建出分次治疗的实际剂量分布；研究了鼻咽癌病例在放疗全过程中，危及器官解剖结构剂量变化规律和特点，进而不但建立起自适应放疗的治疗基本流程及规范，而且同时进行相应的临床物理学研究，建立了自适应放疗质量保证(QA)的流程和规范。临床结果显示，鼻咽癌螺旋断层放疗过程中腮腺体积及剂量学参数存在着明显变化，腮腺初始体积、腮腺初始平均剂量、治疗过程中体重变化率是有价值的再计划预测指标，其中两项达到阈值是建议行再计划。通过鼻咽癌MVCT分次影像观察到治疗辐射所致的新信号：肿瘤靶区与腮腺辐射CT值变化，探讨了基于肿瘤或危及器官的变化执行自适应放疗的策略。根据自适应放疗的临床需求，开发了一套形变配准算法、剂量累计及分析软件工具包；建立了kVCT与MVCT的配准模型与形变组织剂量累计算法；基本确立了除临床医生辅助视觉评估形变配准结果的验证外基于体积准则的相似性系数DSI即平均重合率作为配准验证精度的定量评价指标方法；为下一步利用其他影像信息实施自适应放疗应用打下坚实的基础理论研究依据。