第一部分治疗摆位误差引起的不确定性目的:治疗不确定性分析因素中,治疗时的摆位误差是一常见原因。它包含随机误差和系统误差。测量胃癌治疗中总体摆位误差,量化分析随机和系统摆位误差,为计算PTV边界及剂量分布研究提供信息。材料与方法:2005-2006年治疗的22例胃癌术后,术后病理证实为T3/N+,需接受术后辅助放疗的患者,术中在瘤床/淋巴结引流区放置银夹,作为观察靶区运动的标记。进行CT定位后,在ADAC Pinnacle37.6c计划系统设计放疗计划,得到数字重建图像DRR。治疗期间,每周2次采集00和900时的摆位图像,与DRR进行比较,得出每例患者的摆位误差。图像处理采用Image-J软件,传输采用DICOM格式。计算每例患者在头脚,左右和前后三轴方向上的摆位误差,计算PTV边界和对应的CTV覆盖率,并计算三维摆位误差矢量值与靶区的覆盖率。结果:整组患者在头脚,左右和前后三轴的最大位移分别是11.62mm,6.33mm和9.5mm,以头脚方向最大,左右方向最小。根据Van Herk“margin recipe”,相应的PTV边界为8.3mm,6.4mm和3.2mm。达到靶区覆盖95%以上,头脚方向需10.0mm,前后方向为8.0mm,左右方向最小为4.0mm。误差的分布呈高斯分布。摆位误差发生的频度在三轴方向分布也有不同,主要发生在-6mm~6mm区域,但头脚方向的频度分布有不对称,有系统误差存在。三维移动矢量计算需要10.0mm边界才能达到92%的覆盖率。结论:胃癌适形放疗,摆位误差在头脚,前后和左右三个方向上,以头脚方向的变化最大,左右方向最小,在对由摆位误差引起的边界设置时需分别对待。采用图像引导放疗技术,可行在线或离线纠正,在保证靶区覆盖率的前提下,减小靶区SM边界,更好地保护正常组织。第二部分器官/靶区移动的不确定性造成的影响目的:在放疗中发生的器官/靶区移动是影响靶区边界不确定性的重要因素,适形和调强放疗的适度增加,使靶区边缘的剂量梯度变陡,对疗程中发生的器官或靶区移动敏感。了解呼吸对靶区移动的影响度,分析采用主动呼吸控制ABC方法后,靶区移动减小的程度,剩余移动发生的相关因素,同时为计算移动对靶区剂量影响的研究提供数据。材料与方法:2005-2006年治疗的22例胃癌术后,术后病理证实为T3/N+,需接受术后辅助放疗的患者。术中在瘤床/淋巴结引流区放置银夹,作为观察靶区运动的标记。体位固定采用真空气垫。在定位前训练患者进行屏气,要求稳定屏气时间可达40秒。最长训练时间为5天,如患者无法耐受则不能采用ABC技术。与治疗相同体位,每周模拟机下采集0°和90°自由呼吸时相图像各20幅(3幅/秒),同样方法,主动呼吸门控ABC时0°和90°图像各20幅,重复采集2次。标记银夹后Image J处理图像,测定自由呼吸和ABC时,银夹在三轴上的移动;ABC控制呼吸后的移动,包括残余移动,同次放疗间移动和分次放疗间移动。结果:自由呼吸时以头脚方向的移动度最大,最大值为20mm,平均11mm,左右方向大移动最小,平均2mm,前后移动平均为5.5mm;在采用自动呼吸控制ABC后,三轴的平均移动度分别为2.2mm,1.1mm,1.7mm,三个轴间移动无明显差异。ABC控制后,头脚,左右和前后三个方向的移动与自由呼吸比较,头脚和前后方向有明显的减小(p<0.01),而左右方向无统计学差异(p>0.05)。平静呼吸时相有个体差异和时间差异,按移动幅度,规律性分为3类:A类:各个轴的移动幅度均小,且规律;B类:头脚方向移动幅度小但不规律;C类:一个轴方向的移动度较大且不规律。采用ABC呼吸控制后,观察到银夹仍有移动,表现为残余移动,同次放疗间和分次放疗间的移动。三轴上ABC呼吸控制后同一呼吸时相内的残余移动仍是头脚方向较其他两个方向较多,为2.2mm,左右仅1mm。同次放疗间,但不同呼吸时相间的平均移动较同呼吸时相大,头脚为3.7mm,左右为1.6mm,前后2.8mm。ABC控制呼吸后,分次放疗间的移动按银夹簇中心移动和最大移动两者方法计算,在头脚,左右,前后方向上两者分别为2.7mm,1.7mm,2.5mm和4.6mm,3.1mm,4.2mm。最大移动幅度计算要大于中心簇。结论:在胃癌的放疗中,由呼吸运动引起的靶区移动,在平静自由呼吸状态下,以头脚方向为最大,左右方向最小。如不采用控制呼吸的方法,扩大CTV到PTV边界时,需注意区别对待。在采用主动呼吸控制ABC技术后,均值的幅度在1-2mm,明显减小,且在三个方向上的移动度x,y,z三个轴方向上相似。但即使如此,仍有同次治疗不同分割间,不同治疗间的移动需注意。第三部分靶区确定勾画中的不确定性的影响目的:适形及调强放疗提高了对靶区几何形状正确性的要求,靶区范围的确定和勾画是治疗的第一步,其造成的是系统误差,从而影响整个治疗过程。勾画过程中受多种因素影响。图像采集和获取方法,勾画者间误差等,此部分研究的是勾画者自身不同时间内靶区勾画的差异。材料和方法:2005-2006年治疗的22例胃癌术后,需接受放疗的患者,年龄30-72(中位年龄54岁),分期为Ⅱ-Ⅳ期,放疗剂量为45-55Gy/25-30次。定位CT的层厚为5mm,共采集3次定位CT的图像。CT的获取时间为非同一天,且在进食后3小时以上,除定位CT外,还需有术前/术后有增强的诊断CT。将3次CT的数据均输入ADAC计划系统,对3次采集的CT图像,以椎体为标准进行图像融合。然后同一个医生勾画CTV,肾脏,肝脏及脊髓。比较三个CTV1,CTV2,CTV3及肾脏的体积,形状和位置。CTV勾画的一致性研究通过计算三个CTV互相重叠的百分率来评价。重叠的CTV是由ADAC系统的布尔操作生成(Boolean Operator)。结果:每个CTV在融合的CTV中所占的百分比为CTV的重叠率,所有患者的重叠率的平均为整体的CTV重叠率,最大的重叠率是89.2%,最小的重叠率是68%,平均重叠率为80.3%。未重叠的部分位于靶区的边缘。结论:本研究采集3个定位CT,进行融合观察靶区勾画误差,同一医师勾画,重叠率最高为89%,最低为68%,平均为80%,显示即使在同一观察者本身也存在有靶区的勾画误差,误差的发生主要在靶区的边缘,提示对无明确可见肿瘤的亚临床灶靶区勾画时,多次CT可能减小由于一次CT而发生的勾画误差。第四部分:靶区/器官形变的不确定性影响分析目的:治疗计划及实施过程中,除了器官的移动外,靶区/器官移动和变形而造成的不确定性受到越来越多的关注,我们在课题中探讨胃癌放疗时,采用主动呼吸控制技术,对银夹标记所构成的范围,分析其变形的情况,以提供在术后放疗中的靶区变形的信息。材料与方法:临床资料,病例选择,体位固定,CT定位和治疗,图像采集同第一部分。图像处理:将每幅图像连接银夹成一多边形,重叠后,在Z方向投影,得到按时间变化的靶区形状变化,并得到各分次的自由呼吸和主动控制呼吸时相ABC状态下的靶区变形,计算多边形的面积和周长。分别计算4周的00和900的面积和周长的差。银夹所构成的面积和周长,代表靶区的形变程度。结果:ABC呼吸控制时多边形的形变较自由呼吸时小,移动也减少。自由呼吸时各周面积标准差变化在10%,周长在5%,提示器官形变在自由呼吸时较小。ABC时各周间的面积标准差变化在6%,周长在3%,虽然自由呼吸时的变化以较小,但ABC呼吸控制后可进一步降低器官的形变。结论:胃癌放疗中靶区的形变,以植入的银夹标记物构成的多边形形变来代表靶区形变,以多边形的面积和周长的标准差在疗程的各周间变化量化形变影响,靶区的形变影响较为有限,而采取主动呼吸控制ABC后,变形的程度更小。第五部分治疗中不确定性因素对剂量分布的影响目的:治疗中的不确定性因素有多种,可引起肿瘤和正常组织照射剂量的不确定性。对胃癌放疗过程中主要相关的因素,包括摆位误差,靶区移动形变,呼吸影响等进行了分析和量化,本部分的目的是要了解这些因素最后对治疗剂量所产生的影响,探讨靶区剂量递增的可能性。材料和方法:2005-2006年治疗的胃癌术后,需接受放疗的胃底/贲门和胃窦部肿瘤患者8例进行剂量学分析。定位和治疗采用主动呼吸控制。图像采集同前。放疗计划在ADAC Pinnacle 7.6c计划系统中设计。3维适形计划采取分野照射技术,IMRT技术采用7-9个放射野均匀分布。应用Image-J软件处理图像,生成不同情况下的PDF,包括,摆位误差的PDF,同次放疗间和分次放疗间移动误差的PDF,自由呼吸时器官移动的PDF,和剂量卷积。在ADAC7.6c计划系统中生成不同PTV边界的三维适形或IMRT静态计划。剂量计算单元格分辨率设定为0.2cm×0.2cm×0.2cm。将从ADAC7.6C计划系统中导出的静态3维剂量图读入Image-J,再用所得的PDF与3D静态计量进行3D剂量卷积计算。:静态治疗计划比较整合入呼吸运动后对IMRT剂量分布的影响。我们研究比较了三种不同治疗方法靶区边界间剂量分布的差别:a.平静自由呼吸;b.主动呼吸控制ABC;c.ABC联合图像引导放疗技术。得到的合成剂量图再导入回到ADAC7.6c计划系统,利用ADAC系统中的放射生物模型来计算TCP和NTCP和gEUD。结果:三维适形与IMRT计划的比较:1)静态计划:CTV V45:90%(IMRT)与99%(3DCRT)(p=0.01),PTV V45:84%(IMRT)与90%(3DCRT)(p=0.04);肝V40:18%(IMRT)与15%(3DCRT)(p=.01),肾脏左肾:V15分别为41%(IMRT)与26%(3DCRT)(p=0.03),右肾为14%(IMRT)与17%(3DCRT),未显示有差异;2)动态计划:CTV V45:87%(IMRT)与98%(3DCRT)(p=0.01);肝V40:16%(IMRT)与12%(3DCRT)(p=.01),肾脏左肾:V15(IMRT)分别为50%与34%(3DCRT)(p=0.03),右肾为15%(IMRT)与21%(3DCRT),(p=0.04),三维适形与IMRT计划的比较:对肿瘤靶区和正常组织的平均剂量比较,静态和加入呼吸移动因素的IMRT计划均优于3维适形放疗计划。不同治疗方法的靶区边界对剂量分布的影响:1)CTV靶区的覆盖率:治疗方法a,b和c对CTV靶区在不同计划治疗状态的覆盖率均达到98%以上。2)正常组织:不同于CTV,受照体积由于不同计划和治疗采用的技术不同,从而静态计划采用不同的PTV边界大小,因此,靶区周围正常组织肝和肾受照的体积的影响各有差异。肝脏:肝脏的V23,V30和V40在采用主动呼吸控制ABC±IGRT(治疗方法b和c)体积均有明显降低,加入不确定因素卷积后计划显示高剂量区V40的体积有明显减少,治疗方法b(采用ABC)减小1.85%,治疗方法c(ABC+IGRT)减小4.23%(P=0.01)。肾脏:双肾的V15和V18,在静态计划三种计划间无差异,但加入摆位误差和呼吸移动因素后卷积计划显示,采用主动呼吸控制ABC±IGRT(治疗方法b和c)的方法,可减小肾脏的受照体积左肾减少在7-9.87%(p<0.01),右肾减少为5.45%-8.2%(p<0.01)。TCP/NTCP模型预测:采用主动呼吸控制联合IGRT在线修正技术与平静自由呼吸相比,可将剂量递增至54Gy,靶区的覆盖和正常组织并发症达到相似的生物学效应。小结:胃癌的放疗计划的剂量学研究显示,调强计划优于3维适形计划,有较好的靶区覆盖率,和较好的靶区均匀性和适形性,对周围正常组织保护也较好。加入引起靶区不确定性因素卷积计算,显示与给与足够的PTV靶区边界的静态计划相比,CTV的靶区覆盖率相似,正常组织的影响表现为肾脏受照体积的增加,而在肝脏主要为高剂量受照区域的减小。平静呼吸,主动呼吸控制,主动呼吸控制联合图像引导的在线修正的在三种不同的治疗方法,采用相对应的不同PTV边界的治疗方法,CTV的覆盖率也均可达到处方要求,但在正常组织保护上以后两种方法尤其是ABC+IGRT为优。尤其是考虑到卷积移动因素后的计划在肾脏保护更有优势。利用TCP/NTCP模型预测,采用ABC+IGRT技术有提高靶区剂量的可能性。