肿瘤放疗中基于gabp神经网络呼吸运动预测技术

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1、硕士学位论文肿瘤放疗中基于GA—BP神经网络的呼吸运动预测技术硕士研究生：黄志业指导教师：陈超敏摘要放射治疗的效果始终是临床关心的重要问题。理想放射治疗的目的是精确给予肿瘤高剂量的同时尽量减少对靶区周围正常组织的照射。以“精确定位、精确计划、精确治疗”为特征的精确放射治疗技术基本要求是在肿瘤治疗上实现高精度、高剂量、高疗效和低损伤(三高一低)。近年来放疗领域出现的适形、三维适形调强放疗技术和图像引导放疗技术对于体积较小，靶区容积固定的肿瘤的有良好的剂量分布和治疗效果’i艮大程度上解决了静止且似刚性靶区的剂量适形放射问题。这些技术使得计划中的肿瘤靶区的容积和形状(PTv)更加贴近临

2、床靶区容积(CTV)，靶区剂量与分布适形性得到更好的调整。随着成像技术的进一步发展，图像引导放疗成为解决放疗中的分次间摆位和分次内呼吸条件下肿瘤不确定性问题的关键，且后者始终是该领域研究的热点和难点。基于IGRT的分次间摆位技术已经比较成熟：较早的定位技术是在加速器位置集成了电子端口成像系统(EPID)，针对精确的初始摆位，EPID利用骨结构和植入的基准标记进行目标确认【1】。单平板X射线成像系统被用于IGRT，不仅能够得到更好的透视图像，而且能够通过X射线探测系统围绕等中心点旋转一周进行锥束断层成像，以此获取软组织分辨效果较好的三维目标成像数据。随着实时成像技术的发展，动态自适

3、应放疗作为一种实时图像引导放疗形式得以发展，并且分次内肿瘤跟踪技术正成为其研究热点，也是极富挑战性的摘要难题。放射治疗分次内的器官运动严重影响着当前临床放疗的效果：为确保射束充分覆盖肿瘤，通常勾画足够的靶区边缘，尤其是胸部、腹部肿瘤的治疗。在肿瘤靶区的精确放射治疗中，靶区随着人体固有的呼吸运动而不断改变位置，于甬华‘21等人使用美国picker公司生产的picker．2000sCT机对54例周围型肺癌靶区的呼吸位移量进行了测量，并用spss统计软件包对测量数据进行多元线性回归分析，结果显示，Z轴方向位移量(O．66：￡0．46)cm(范围0．10～2．00)cm，X轴方向为(0．

4、30-士-0．25)cm(范围0．00～O．90)cm，Y轴方向为(0．37+0．34)cm(范围O．00．-一0．90cm)；Erridgel3】等利用射野影像系统监测了25例非小细胞肺癌患者肺部肿瘤的运动，发现肿瘤侧向运动距离为7．3mm+2．7mm，头脚方向为12．5mm士7．3mm，前后方向为9．4mm+5．2mm；Shimizu等【4】在患者自由呼吸状态下对下肺部肿瘤进行CT扫描，利用三角形的各个边长之间的关系计算出肿瘤的位移，结果显示，肺下叶肿瘤头脚方向平均位移10．1mm(3．4"-24．0mm)，左右方向平均位移9．1mm(0．22．0ram)，上中叶肿瘤头脚方向

5、平均位移是6．2mm(2．4--一11．3mm)，因此，Shimizu等人认为制定放疗计划时有必要外放一个安全的边界；Seppenwoolde等15J在治疗前将直径为2mm的金制标记放置在20例患者的肿瘤内或附近，以金制标记的运动代表肺部肿块的运动情况。在平静呼吸的条件下进行CT扫描，发现位于肺下叶、未侵犯脊柱或胸壁等固定结构的肿瘤在头脚方向的运动幅度为12mm+6mm，位于肺上叶或侵犯固定结构的肿瘤在头脚方向的运动幅度2mm士2mm。基于以上分析，胸腹部肿瘤靶区的呼吸运动位移会对放疗靶区精确定位构成较大的不利影响，于是为了确保临床肿瘤靶区(CTV)要接收到高剂量的照射，传统的做

6、法是，当肿瘤的临床靶区(CTV)被医生勾画出来之后，考虑到靶区的呼吸运动位移，在此基础之上再继续扩大CTV的靶区边界变为计划靶区(PTV)【6，71，在制订放疗计划时将PTV做为高剂量参考区。这样做虽然最终能够确保肿瘤靶区接收到足够高的剂量，但与此同时，临近靶区周围的更多正常组织也会被包括进高剂量区域，故会增加了发生正常组织并发症的概率。扩大靶区边界的做法并不满足精确放射治疗的要求和期望。硕士学位论文为了控制肿瘤靶区的呼吸动度对精确放疗疗效的不利影响，根据国内外相关文献的报道，传统的呼吸控制技术与方法在临床肿瘤放疗领域中得到应用和推广，主要包括：1)深吸气屏气方法【81；2)胸腹

7、部被动加压技术【9]；3)主动呼吸控制技术【101；4)呼吸门控技术【111；5)扩大放射治疗靶区边界等。这些技术的产生为胸腹部肿瘤的放射治疗有着积极的意义，但是人们很快发现，这些技术并不能很好地达到人们期望的目的。呼吸保持方法要求病人在治疗过程中保持某一呼吸状态，这个要求对于那些有肺功能缺损的病人来说耐受性是很差的；被动加压技术虽然简单易行，但是此方法精度较差；主动呼吸控制技术的缺点在于每次呼吸控制前，因患者的功能残气量不同、重复吸气控制造成疲劳以及肺肿瘤患者多伴有呼吸系统症状