基于锥形束ct的宫颈癌自适应放疗应用研究

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1、基于锥形束CT的宫颈癌自适应放疗应用研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：医学院工程领域：生物医学工程申请人：陈开强指导教师：王石高工联合指导教师：吴君心教授二零一五年十二月IAstudyofadaptiveradiotherapybasedonconebeamCTforcervicalcancerThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMaste

2、rofEngineeringbyChenKaiqiang(BiomedicalEngineering)ThesisSupervisor:SeniorengineerWangShiAssociateSupervisor:ProfessorWuJunxinDec,2015II摘要摘要近年来，放疗技术飞速发展，调强放疗技术（Intensity-modulatedradiotherapy,IMRT）已成为放疗主要技术之一，并越来越多应用宫颈癌的治疗中，但其并未完成考虑肿瘤退缩及分次间的摆位误差、分次内的器官运动对患者受

3、照剂量的影响。随着机载锥形束CT（Cone-BeamComputedTomography，CBCT）应用于图像引导调强放疗（Image-GuidedRadioTherapy,IGRT），就逐渐开展了在线修改或重新优化计划的自适应放疗（AdaptiveRadiationTherapy，ART）。本论文首先利用机载的锥形束CT扫描系统，获得CBCT图像，与初始计划CT相配准，获取患者左右（X）、头脚（Y）、前后（Z）方向及相对应旋转方向的摆位误差，并进行统计分析。其次利用CBCT对放疗过程中感兴趣区域(Region

4、ofinterests,ROIs)的体积及空间位置变化进行监测，使用体积差异法、DICE相似度法（DiceSimilarityCoefficient，DSC）来量化评价其变化情况。同时在自动勾画软件（Atlas-Basedautosegmentation，ABAS）系统中，以首次CT勾画的ROI为模板，自动勾画第二次CT的ROI，并在Oncentra系统上进行手动ROI勾画。将自动与手动勾画的ROI传输到飞利浦Pinnacle计划系统进行比较并利用DSC、体积和时间等参数来评估自动勾画效果。然后，为了评价自动脚

5、本设计方案的临床效果，由高年资物理师使用自动化脚本和手动两种方法进行计划设计，比较两组计划的剂量体积直方图（dosevolumehistograms，DVH）、适形度指数（conformityindex，CI）及均匀性指数(homogeneityindex，HI)、计划设计所需时间（t）等参数指标。最后，综合以上技术对宫颈癌自适应放疗进行探索性研究。在Pinnacle计划系统中，将基于CBCT图像勾画出的ROI配准后映射至初始定位CT图像中，运用自编脚本程序对5-7组CBCT图像进行ART自动计划设计。将ART

6、计划导入MIM软件系统，生成累积剂量计划，并与原始CT计划对比。探讨宫颈癌自适应放疗的最佳实施方案。对于宫颈癌患者，使用个体化的自适应放射治疗方案是完全有必要的，可避免宫颈癌调强放疗中摆位误差，减少甚至取消靶区扩边。同时可针对影像设备反馈的肿瘤退缩、危及器官位置变化等信息及时调整计划，保证了剂量的准确性。最终提高临床疗效和降低放射治疗的毒副反应。关键词：宫颈癌；调强放射治疗；锥形束CT；摆位误差；自适应放疗IAbstractAbstractInrecentyears,intensity-modulatedrad

7、iationtherapyhasbecomethemaintreatmenttechnologyforcervicalcancerwiththedevelopmentofradiotherapy.Thetumorshrinkbetweenradiationtherapyandsetuperroroforgansmovement,whichwerenotconsideredduringintensity-modulatedradiationtherapytreatment,haveheavyinfluenceon

8、thedosereceivedbypatient.Forthatthetreatmentplanshouldbeadjustedwithtumorvariation,adaptiveradiationtherapyisnecessaryfortumorpatient.Thesetuperrorincludingtranslationalandrotationsetuperrorcanb