放疗中肿瘤运动基于实时跟踪呼吸预测的算法研究

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1、分类号密级ＵＤＣ编号讀础似难硕壬学位论文放疗中膊瘤运动基于实时跟踪呼吸预测的算法研究ｍｅｎｔ－Ｄｅｖｅｌｏｐ化化６ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓＢａｓｅｄｏｎＲｅａｌｔｉｍｅＴｕｍｏｒＴｒａｃｋｉｎａｎｄＲｅｓｉｒａｔｏｒＭｏｔｉｏｎＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎＲａｄｉｏｔｈｅｒａｇｐｙｐｙ方伟权导师姓名贺志强陈超巧专业名称生物医学工程培养类型专业型论文提交日期２０１５年５月２０号南方医科大学２０１２级硕壬学位论文放疗中肿瘤运动基于实时跟踪呼吸预测的算法

2、研究ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｏｔｈｅＡｌｏｒｉ化ｍｓｂａｓｅｄｏｎＲｅａｌｔｉｍｅｇｌ＼ｉｍｏｒＴｒａｃｋｉｎａｎｄＲｅｓｐｉｒａｔｏｒｙＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｇＲａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙＡ０课题来源：广东省重欠科技专项（２０１２８０１０４０１０）学位申请人万伟权导师姓名贺志强陈超敏专业名称生物医学工程培养类型专业型培养层次硕壬研究生所在学院生物医学工程学院２０１５年５月２０曰广州硕±学位论文放疗中肿瘤运动基于实时跟踪呼吸硕测的算法研究硕±研究生：万

3、伟权指导老师：贺志强陈超敏摘要一放射治疗是治疗恶性肿瘤的主要手段之，中国７０％上的癌症患者采用过３Ｄ－ＣＲＴ放射治疗。多年来，立体定向放射外科（ＳＲＳ）、Ｈ维适形放疗（）、逆向计划调强照射（ＩＭＲＴ）Ｗ及图像引导放射治巧（ＩＧＲＴ）已经得到发展和应用，为肿瘤患者带来了福音。不过，放疗过程中主要由呼吸引起的胸腹部器官运动，可能会使目标肿瘤逸出而肿瘤周围的正常組织进入计划祀区，从而极大的影响了调强适形放疗的效率，增大了发生并发症的概率。目前临床上对胸腹部肿瘤的常规放疗手段是放大计划祀区（ＰＴＶ），即把运动幅度划入计划祀

4、区，从而保证放疗过程中临床祀区（ＣＴＶ）始终处于ＰＴＶ内部。然而，这意味着会使肿瘤周围更多的正常组织进入射野，且总放射剂量随祀区直径增大而呈指数级増大。因此，如何补偿呼吸引起的肿瘤运动所造成的误差已经成为实现对胸腹部肿瘤进行精确放射治巧不可回避的最大难题。目前国内外已经提出不少方法来解决放疗中呼吸引起的肿瘤运动问题，主一要有屏气技术或腹部皮缩、呼吸口控技术、四维放疗技术和实时跟踪技术。、通过屏气技术主动或被动控制患者呼吸或者腹部足缩等来减小肿瘤运动；该方法简单易行，但耐受性差且精度不高。二、呼吸口控技术，使射线束曝光与呼

5、一吸周期的某特定时相同步，减小曝光时窗内的肿瘤运动；缺点是直线加速器只在特定时相开启射线束进行放疗，从而使直线加速器的工作周期减少，放疗Ｉ摘要时间加长。Ｈ、四维放巧技术，在Ｈ维放巧的基础上对影像定位、计划设计和治疗实施阶段考虑解剖结构随时间的变化；缺点是图像采集时间长，在纵轴方向会产生运动伪影，还需要对患者进行呼吸训练，Ｗ尽量保持整个过程呼吸运一动致。四、实时跟踪技术，优点是患者可Ｗ正常呼吸，并能时刻紧跟肿痛运动，Ｗ调节射线束或治疗床位置来保化射线束与肿瘤之间相对位置固定。目前应用最广泛的跟踪方法有Ｈ种：１、

6、通过Ｘ线成像跟踪植入鞭区或者祀区附近的金属标记物，，可Ｗ准确的获取体内肿瘤的运动信息缺点是属于有创技术，且成像频率越高，患者接受越多的成像福射，但频率过低又会导致精确性低。２、使用光学定位系统实时采集患者体表的标记物运动数据，可Ｗ实现完全无创且操作简单，缺点是体内肿瘤运动和体表运动之间的关系不恒定，仅通过体表运动难Ｗ实现准确跟踪体内肿瘤运动３、最有研究价值和可行性较高的方法是；一种间接跟踪方式，即利用体内肿瘤运动与体表运动之间的关联，先同步采集一－段时间的体内体表数据构建关联模型，再通过连续的体表数据计算体内肿瘤运动。目

7、前在临床上最先进的赛博刀（Ｃｙｂｅｒｋｎｉｆｅ）同步动态呼吸追踪系统就是基于这￣理念。通过对赛博刀系统的原理的细致研究，课题组设想在传统直线加速器上附加基于体表标记物的红外摄像系统一、对正交的Ｘ线成像系统和由计算机控制的多叶光栅实时跟踪调节随动系统或者逆向调床系统，实现基于实时跟踪呼吸预测的图像引导精确放射治疗的解决方案。项目的理论基補是外部呼吸信号和胸腹部肿痛运动具有很好的关联性一，进步地，有实验结果表明体表标记物与肿瘤运动之间的相关系数平均为０．７７，范围在０．４１至０．９７之间。由此可Ｗ看出，－外关联并不是简单的线

8、性关系内，需要更准确的函数建模。另外，因为脚腹部一－肿瘤运动在吸气和呼气中表现不样，造成典