呼吸遲滯現(xiàn)象對肺癌螺旋斷層放射治療的劑量學影響.pdf

1、目的：遲滯現(xiàn)象是呼吸運動中常見的一種現(xiàn)象，而且每個患者各有不同，對于受呼吸運動影響的腫瘤病種如肺癌，放射治療的精確實施與遲滯現(xiàn)象緊密相關，應被考慮到腫瘤運動行為的研究中。呼吸遲滯現(xiàn)象對于放射治療劑量學影響的研究很少見，對于螺旋斷層放射治療劑量學影響的研究尚未見報道。本課題為國際上首次系統(tǒng)研究呼吸遲滯現(xiàn)象對肺癌螺旋斷層放射治療的劑量學影響，為肺癌螺旋斷層放射治療提供參考意見。
　　方法：將MapCheck與配套校準模體、膠片配準模板

2、和XY4D二維器官運動模擬系統(tǒng)形成模體組合，基于其兆伏CT影像進行實驗計劃設計。實驗計劃中靶區(qū)與各器官的輪廓和優(yōu)化參數(shù)均來自患者臨床計劃，確保模體計劃與臨床情況相似。每個計劃在靜止狀態(tài)和五個遲滯狀態(tài)下（遲滯0，π/32，π/16，π/8和π/4）測量三次，每次測量開始于隨機起始相位，三次測量結(jié)果的平均值用于劑量學影響分析。SNC Patient軟件導入由自行開發(fā)的MATLAB程序修改的DICOM RT Structure文件，并在測量平

3、面內(nèi)對全局、靶區(qū)和每個器官進行顯示和分析。在靜止狀態(tài)測量數(shù)據(jù)與計劃計算數(shù)據(jù)的比較中，使用相對劑量模式的伽馬指數(shù)分析，吻合距離閾值3mm和劑量差異3％。在各遲滯運動狀態(tài)與靜止狀態(tài)的比較中采用劑量差異閾值為3％的絕對劑量差異全局歸一分析。所有分析中采用的感興趣區(qū)定義閾值均為10％。統(tǒng)計學分析采用Wilcoxon符號秩和檢驗，檢驗水準設為0.05。相關性分析采用斯皮爾曼等級相關系數(shù)，檢驗水準設為0.05。為了在三維空間模擬各種器官運動，尤其是

4、呼吸遲滯現(xiàn)象，本課題設計制作一套器官運動模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)由模擬胸部解剖結(jié)構(gòu)的仿真人模體（可變形胸部模體）、模擬靶區(qū)運動的靶區(qū)運動模擬裝置與操控仿真人模體和靶區(qū)運動模擬裝置的器官運動模擬軟件三部分組成。使用三維器官運動模擬系統(tǒng)替代XY4D二維器官運動模擬系統(tǒng)，對代表性病例進行類似測量。
　　結(jié)果：對于靜止狀態(tài)測量數(shù)據(jù)與計劃計算數(shù)據(jù)的伽馬指數(shù)分析，全局的通過率為99.11％±1.51％，靶區(qū)的通過率為98.97％±2.35％，各器官中

5、通過率最低為左肺的98.91％±3.69％。對于各遲滯運動狀態(tài)與靜止狀態(tài)的劑量差異分析，全局、靶區(qū)、左肺、右肺、心臟和胸壁在各遲滯運動狀態(tài)下的平均通過率分別為34.54％、29.11％、26.28％、49.56％、34.75％和32.19％。全局、靶區(qū)和各器官在不同遲滯運動狀態(tài)之間的通過率相似，只有左肺的遲滯π/32相對于靜止的通過率與遲滯π/16相對于靜止的通過率之間存在顯著性差異，通過率分別為24.87％±10.97％和26.12％

6、±10.6％。靶區(qū)及周邊器官中，由于運動導致的相對于靜止狀態(tài)下的劑量增加和降低范圍的分布隨遲滯程度變化而發(fā)生形狀上的變化。由于仿真人模體的重要組成部分無法實現(xiàn)，器官運動模擬系統(tǒng)方案改為包含靶區(qū)運動模擬裝置和器官運動模擬軟件兩部分，在三個不同方向的程控步進電機的驅(qū)動下，實現(xiàn)三維平移運動，在前后方向、左右方向和頭腳方向的最大運動行程分別為120mm、300mm和200mm。以碳纖維板作為實驗模體或探測器的承載臺，避免了金屬成分對測試模體或探

7、測器的成像和治療照射過程中的影響。三維器官運動模擬系統(tǒng)測量代表性病例的結(jié)果與XY4D二維器官運動模擬系統(tǒng)的測量結(jié)果相比，通過率變化程度稍有不同，但通過率變化趨勢相似。三維器官運動模擬系統(tǒng)與XY4D二維器官運動模擬系統(tǒng)運動周期最大差異0.11s(2.77％)，運動幅度最大差異0.84mm(5.54％)。
　　結(jié)論：靜止狀態(tài)測量數(shù)據(jù)與計劃計算數(shù)據(jù)的高伽馬指數(shù)分析通過率表明運動以外因素，如模體組合中的金屬成分和半導體探測器的方向性等，對

8、本課題涉及計劃的影響有限。各遲滯運動狀態(tài)對靜止狀態(tài)的影響取決于全局、靶區(qū)和各器官的不同而不同，但全局、靶區(qū)和各器官在不同的遲滯運動狀態(tài)之間是相似的。遲滯狀態(tài)變化導致靶區(qū)周邊范圍內(nèi)器官的劑量差異隨遲滯狀態(tài)變化而變化，尤其是臨近靶區(qū)的小體積危及器官。本課題提出的對劑量學影響按靶區(qū)和各器官分別分析的方法為器官運動的劑量學影響研究提供了更有針對性更全面的方法，是目前未見報道的方法。本課題研制的三維器官運動模擬系統(tǒng)基本滿足本課題的實驗需求，可實現(xiàn)