基于iCBCT图像的盆腔肿瘤放疗计划剂量计算相关研究_赵前锋.pdf

第 41 卷 第 1 期2023 年 2 月辐射研究与辐射工艺学报 J.Radiat.Res.Radiat.PVol.41,No.1February 2023基于 iCBCT 图 像 的 盆 腔 肿 瘤 放 疗 计 划剂 量 计 算 相关 研 究赵前锋1,2 明 鑫3 刘 波4 唐春慧1,21（湖北文理学院附属医院 襄阳市中心医院肿瘤科 襄阳 441021）2（湖北文理学院肿瘤研究所 襄阳 441021）3（天津医科大学 生物医学工程与技术学院 天津 300050）4（山东省肿瘤医院 济南 250117）摘要 为了探讨iCBCT图像用于盆腔肿瘤剂量计算的准确性，本研究选取某院使用Halcyon加速器行放疗的病例30例，利用Eclipse 15.6计划系统重新设计容积旋转调强（VMAT）放疗计划，随后将首次治疗采集的摆位CBCT图像（iCBCT）与计划CT图像（pCT）进行配准，并将每例病例的VMAT计划（pCT计划）移植到iCBCT图像上，基于iCBCT图像标定的CT值相对电子密度曲线重新进行剂量计算，生成新的治疗计划（iCBCT计划）。采用SPSS 26.0软件对两种计划的剂量学参数进行t检验分析。结果显示，iCBCT计划和pCT的计划相比，计划靶区（Planning target volume，PTV）剂量学参数中D2、D98、Dmean、适形指数（Conformity index，CI）和均匀性指数（Homogeneity index，HI）结果均较接近，差异平均值依次为0.71%、0.53%、0.97%、0.25%和0.95%，差异无统计学意义（p0.05）。所统计的危及器官中，左右股骨头、直肠和膀胱的Dmean、D5、V20、V30和V40的差异平均值均较小，均无统计学意义（p0.05），差异平均值最大的参数为膀胱的Dmean，差异值为1.71%。与pCT计划相比，iCBCT计划的Gamma通过率为1%/1 mm标准（88.11.1）%，2%/2 mm标准（97.81.2）%。两种计划的等中心点剂量与实测值相比差异平均值分别为0.98%和0.81%，差异均无统计学意义（p0.05）。结果提示，在大多数盆腔病例中，iCBCT图像用于放疗计划剂量计算的结果准确、可靠，准确性满足临床应用的要求。关键词 迭代锥形束CT，剂量计算，盆腔肿瘤，容积旋转调强中图分类号 R815，TL72DOI:10.11889/j.1000-3436.2022-0090Study on dose calculation of pelvic tumor radiotherapy planning based on iCBCT imagesZHAO Qianfeng1,2 MING Xin3 LIU Bo4 TANG Chunhui1,21(Department of Oncology,Xiangyang Central Hospital,Affiliated Hospital of Hubei University of Arts and Science,Xiangyang 441021,China)2(Institute of Oncology,Hubei University of Arts and Science,Xiangyang 441021,China)3(School of Biomedical Engineering,Tianjin Medical University,Tianjin 300050,China)4(Shandong Cancer Hospital,Jinan 250117,China)基金资助：国家自然科学基金(11805144)资助第一作者：赵前锋，男，1976年9月出生，2008年本科毕业于三峡大学，主管技师，从事肿瘤放射物理学研究工作通信作者：唐春慧，E-mail:收稿日期：初稿 2022-08-28；修回 2022-11-07Supported by National Natural Science Foundation of China(11805144)First author:ZHAO Qianfeng(male)was born in September 1976,and obtained his bachelors degree from China Three Gorges University in 2008.Now he is a technician in charge,majoring in radiotherapy physics for tumor researchCorresponding author:TANG Chunhui,E-mail:Received 28 August 2022;accepted 07 November 2022辐 射 研 究 与 辐 射 工 艺 学 报 2023,41:0103030103032ABSTRACT In order to discuss the accuracy of iterative cone-beam computed tomography(iCBCT)image used for pelvic tumor dose calculation,thirty cases were selected from a hospital that use a Halcyon accelerator for radiotherapy.The volumetric modulated arc therapy(VMAT)plan was redesigned using Eclipse 15.6 planning system,and the setup iCBCT image acquired for the first time was registered with the planning CT image(pCT).The VMAT plan(pCT plan)of each case was transplanted to the iCBCT image,and the dose was calculated again based on the CT-relative electron density curve calibrated using the iCBCT image to generate a new treatment plan(iCBCT plan).The dosimetric parameters of the two plans were analyzed using SPSS 26.0 software to perform t-tests.The results of D2,D98,Dmean,conformity index(CI),and homogeneity index(HI)in the planning target volume dosimetry parameters of the iCBCT plan were similar to those of the pCT plan.The average differences were 0.71%,0.53%,0.97%,0.25%,and 0.95%,respectively,with no statistical significance(p0.05).Among the organs at risk,the average difference of Dmean,D5,V20,V30,and V40 between the left and right femoral head,rectum,and bladder was small,with no statistical significance(p0.05).The parameter with the largest average difference(1.71%)was Dmean of the bladder.Compared with that of the pCT plan,the gamma pass rate of the iCBCT plan was 1%/1 mm standard(88.11.1)%and 2%/2 mm standard(97.81.2)%.Compared with the measured values,the mean difference between the isocenter dose of the two plans was 0.98%and 0.81%,respectively,with no statistical significance(p0.05).The results show that in most pelvic cases,the results of the iCBCT images used for radiotherapy planning dose calculation are accurate and reliable,and the accuracy meets the requirements of clinical application.KEYWORDS Iterative cone-beam CT(iCBCT),Dose calculation,Pelvic tumor,Volumetric modulated arc therapy(VMAT)CLC R815,TL72锥形束 CT（Cone-beam CT，CBCT）图像本身具有在线获取患者解剖结构和确定组织电子密度的潜力，传统的CBCT自身散射噪声严重，造成重建图像的CT值数据不准确，进行放疗计划的剂量计算与扇形束CT相比仍存在一定差距，不满足临床要求13。2020年8月，中国第一台Halcyon 2.0加速器（瓦里安公司，美国）装机，其集成的kV级CBCT通过新的迭代去噪算法进一步提高了CBCT的图像质量45。迭代CBCT（Iterative cone beam CT，iCBCT）与常规CBCT图像相比图像质量明显提高56。本研究将选取30例盆腔肿瘤病例，基于计划CT（Planning CT，pCT）和iCBCT图 像 重 新 设 计 容 积 旋 转 调 强（Volumetric modulated arc therapy，VMAT）放疗计划，通过等剂量线分布、剂量体积直方图（Dose volume histogram，DVH）及Gamma通过率等参数比较两种计划（图像）的差异，全面对iCBCT图像用于盆腔肿瘤放疗计划的剂量计算进行评估，为实现基 于 iCBCT 图 像 的 自 适 应 放 射 治 疗 技 术（Adaptive radiotherapy，ART）78等应用场景提供数据支持。1 资料与方法1.1 临床资料选取山东肿瘤医院2021年3月至2022年3月期间在行放疗的盆腔肿瘤病例30例，其中男性14例，女性16例，中位年龄59岁（4563）岁，病例使用经该医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。30例病例均行CBCT扫描，并由新的迭代算法进行了三维重建。病例纳入标准：（1）病例选择涵盖常见的盆腔肿瘤；（2）首次治疗扫描过CBCT；（3）扇形束CT图像的靶区和危及器官轮廓信息完整。排除标准：（1）多等中心的病例，治疗范围超过25 cm的病例；（2）CBCT图像存在严重金属伪影；（3）CBCT图像不完整。1.2 仪器设备本研究使用的软硬件为：Varian Eclipse计划系统及其自带的Registration配准软件，软件版本均为15.6；Gamma通过率分析软件PTW verisoft 7.1；Halcyon 2.0 加速器（美国，Varian 公司）；CIRS Model 062模体（美国，CIR