剂量优化论文范文

剂量优化论文范文（精选6篇）

剂量优化论文 第1篇

关键词：医疗照射,医学影像质量,受检者与患者,辐射剂量,最优化

进入数字化医学影像时代可谓继发现X射线后导致医学的又一次革命。X射线计算机断层扫描成像(X-CT)、双X射线源CT、X射线能谱CT、X射线计算机摄影(CR)、数字摄影(DR)、数字减影血管造影(DSA)、数字胃肠点片(DSI);单光子发射计算机断层显像(SPECT)、正电子发射计算机断层显像(PET);新问世不久的PET/CT、SPECT/CT等各种多图像融合一体机;以及非电离辐射的磁共振成像设备(MRI、f MRI)等方兴未艾地发展,各种高新技术的大型医疗设备不断涌现,为人类的疾病诊断治疗和查体保健建立了丰功伟绩。

与此同时,各类放射诊疗的广泛普及又使得接受各种医疗照射的受检者与患者迅速剧增,当获取医疗和保健信息而受益的同时,如何趋利避害以防止可能产生的潜在放射危险日益强烈地凸显[1]。

因此,在不断努力提高医学影像诊断质量的同时,必须认真致力于更加合理地减少各种形式放射诊断所致受检者与患者的医疗照射剂量。也就是必须不懈地追求医学影像质量与所致受检者与患者辐射剂量的最佳优化匹配。这是医学物理学、放射防护学、临床医学工程、放射学界,以及各类放射诊疗设备的研发生产方和监督管理部门等,共同面临的历史使命[2]。

1 合理降低放射诊断的医疗照射剂量势在必行

医疗照射是专指患者和不一定有病的受检者,由于各种健康查体目的或者疾病诊断、治疗需要而不得不主动去接受X射线诊断、介入放射学、临床核医学和放射肿瘤学等各类放射诊疗所施行的照射。几乎每位公众成员在其一生中都要接受许多次的医疗照射。所以各种医疗照射涉及到所有公众而成为既重要又特殊的一类电离辐射照射。

联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)的权威报告书指出,20世纪末全世界平均仅每年的X射线诊断检查(含牙科X射线摄影)已达到24.3亿多人次[3],几乎涉及当时42%的全球公众。

我国“九五”期间医疗照射水平调查研究表明,1998年大陆31省份有2.45亿多人次接受X射线诊断检查[4]。上海市“十一五”期间的医疗照射水平调查研究得出,全市2007年X射线诊断应用频率增至745人次/千人口,即约有75%的上海市常住人口当年作了X射线诊断检查,比1998年增加43.4%,是1998年全国平均水平的3.8倍[5]。尤其X射线CT扫描的应用频率及其所致集体剂量的增加相当显著。

UNSCEAR和国际放射防护委员会(ICRP)反复强调:医疗照射是最大的,并且还将不断增加的人工电离辐射照射来源[3]。所以加强日益增多的医疗照射防护,进而合理降低各种医疗照射的个体和群体剂量,不仅涉及到数以亿计受检者与患者个体的放射防护与安全,而且密切关系到所有公众群体的集体剂量负担,即尽量减少公众群体中电离辐射照射诱发癌症等随机性效应的发生几率。这已经成为社会各界越来越强烈关注的热点,正是当下国际、国内放射防护领域新进展的突出重点课题[1]。

随着国民经济和医疗卫生保健事业持续发展,各类放射诊疗新设备、新技术与日俱增且不断普及。尤其20世纪90年代以来,各类放射诊疗设备的更新和发展在整个医疗器械产业中非常突出。各类放射诊疗设备不断迅速增加不可避免地导致医疗照射年应用频率的剧增。于是,在获取临床医学实践所必需的和足够的医学影像信息以达到准确诊断的同时,尽最大可能合理降低放射诊断检查所致受检者与患者的医疗照射剂量,已是势在必行的紧迫使命。

为具体论证这个受到社会各界广泛关注的热点问题,本文以发展极快、普及很广的多排(层)螺旋CT(MDCT/MSCT)的应用为例加以研讨。显然,必须先阐述清楚如何正确表达多排(层)螺旋CT的辐射剂量及其评价方法。

2 多排(层)螺旋CT的辐射剂量表达及评价方法

医学影像设备从传统的模拟成像迈进数字化成像并不断更新换代,使得医学诊断质量发生质的飞跃。仅以高速发展和影响很大的X射线CT为例,在其问世20周年后开始实现了螺旋容积扫描,随后多排(层)螺旋CT的更新就一发而不可收。如今64排螺旋CT已经普及到我国的县级医院,256排、320排和双X射线源螺旋CT均已进入大型三甲医院中大显身手。X-CT的空间分辨力、密度分辨力、时间分辨力、纵向分辨力等性能不断提高,超高速和极薄层的各向同性扫描,非常有利于过去难于观察的运动脏器解剖细节诊断,并向功能化成像迈进,在心脑血管等疾病的诊断与治疗中日益发挥出更为不可或缺的重要作用。但是,正如权威的ICRP所指出,“X射线CT如此迅速地成为全世界一种最重要的X射线检查类型”,而“CT检查可能使患者受到相对高的剂量”,“CT所致组织器官的吸收剂量(10~100 m Gy)常常可以接近已知增加诱发癌症几率的水平”[6]。因此X-CT所致受检者剂量的正确监测与评价非常重要。

对传统X射线诊断检查,常用热释光剂量计(TLD)监测摄影受检者体表的照射野中心点的入射体表剂量(ESD),进而估算受检者各器官吸收剂量和全身有效剂量。而工作方式完全不同的X-CT,尤其多排(层)螺旋CT的辐射剂量表达和评价比较复杂。X-CT的辐射剂量表征量及其探测方法的研究已经经历了不断的演变进化。尽管还存在不完善和某些争论而继续在进一步探讨中,但目前基本获得公认的实用表征量是“CT剂量指数100”(CTDI100),“加权CT剂量指数”(CTDIw),以及“容积CT剂量指数”(CTDIvol)。然而这三个CT剂量指数是用于评价设备性能的,并不直接表征其所致受检者的吸收剂量,而只是与所致受检者剂量密切相关,并且可供进一步推算受检者剂量的实用表征量。CT剂量指数均与吸收剂量有相同量纲(即:焦耳每千克,J kg-1),专用单位也是戈瑞(Gy)。

CT剂量指数100是目前广泛应用的最基本的反映X-CT设备扫描剂量特性的表征量。它虽然能用热释光剂量计(TLD),在专用的TLD插件中进行各点剂量分布的测量,进而得出剂量分布曲线D(z),再依剂量分布曲线的半高宽(FWHM),通过拟合计算求得CTDI。但其可取之处更在于,可以用有效长度正好为100 mm的笔形电离室在通用标准剂量模体中方便地测量到,从而比较容易进行X-CT机的验收与经常性的质量控制检测等。国际电工技术委员会(IEC)关于X-CT的国际标准就采用此量[7]。我国有关国家标准也是采用这些量[8,9]。

CTDI100这个最基本的表征量反映的是在标准甲基丙烯酸甲酯模体中测得某点空气中沉积的X射线能量。而X-CT是以扇形X射线束旋转照射,则在扫描范围内不同位置的CTDI100自然各不一样。于是就专门定义一个加权CT剂量指数CTDIw,藉以能够反映所扫描平面中的平均剂量:

CTDIw=1/3[CTDI100(中心)]+2/3[CTDI100(外周)]

式中CTDI100(中心)为在模体中心位置上的测量值;CTDI100(外周)表示在模体周边四个不同位置上(至少以90°间隔的模体表面下10mm处,参见图1最左边圆)测量值的平均值。这在X-CT的实际检测中是很容易实现的。目前普遍采用的是与有效长度100mm笔形电离室检测仪器配套的标准有机玻璃剂量模体,通常分头部模体(直径160mm)和躯干模体(直径320mm)两种,均呈长度为140mm的圆柱体状。这两种模体的中心及其四周表面下10mm处都有专用的检测电离室插孔。这样可以方便地进行CTDI100的检测,进而算出加权CT剂量指数。对多排(层)螺旋CT扫描,国际电工技术委员会IEC采用容积CT剂量指数CTDIvol反映整个扫描容积中的平均剂量[7],它与X-CT的螺距(或者称螺距因子)密切相关,即有:

CTDIvol=CTDIw/CT螺距因子=(NT/Δd)CTDIw

式中,N为一次旋转扫描产生的断层数,它等于某次扫描中所用的数据通道的数目,需要注意到在多排(层)螺旋CT中有可能采用几个探测器元件组成一个数据通道;T为扫描层厚;Δd为X射线管每旋转一周诊视床移动的距离。

图1形象地概括比较这三个CT剂量指数。CTDI100反映的是X-CT在标准测量模体中某一点所沉积的X射线能量;CTDIw描述X-CT所扫描某一断层平面上的平均剂量状况;而CTDIvol则是描述多排(层)螺旋CT在整个扫描容(体)积范围内的平均辐射剂量。

容积CT剂量指数CTDIvol可由加权CT剂量指数CTDIw求得,而加权CT剂量指数CTDIw则是剂量模体中心位置与周边四个不同位置CTDI100测量值的加权结果。这些CT剂量指数是X-CT设备辐射剂量特性的实用表征量,既能较好解决易于进行并可提供统一比较的各种X-CT机的性能检测和进行各种质量控制,又方便提供了推算各种X-CT机所致受检者剂量的基本参数。

此外,X-CT沿Z轴的扫描长度必然明显影响其所致受检者的辐射剂量,引入剂量长度乘积(DLP)这个量对更好评价多排(层)螺旋X-CT扫描的电离辐射风险是很有用的[6]。

DLP=i∑n CTDI wn TNC

式中,i为X-CT扫描序列数;N为旋转圈数;nT为每旋转一圈的标称限束准直宽度(cm);C为X射线管每旋转一周的管电流与曝光时间之积(mAs);而n CTDIw则表示与所用管电压和总标称限束准直宽度相对应的归一的加权CT剂量指数(mGymA-1 s-1)。

针对当下很普及的多排(层)螺旋CT,沿Z轴的扫描长度L乘上CTDIvol就可得出相应的DLP。而用每次检查的剂量长度乘积DLP建立的X-CT的诊断医疗照射指导(参考)水平(包括针对成年或儿童受检者),已经在约束和控制X-CT扫描所致受检者剂量,推动医疗照射放射防护最优化方面发挥了重要作用[10]。

具体估算受检者个体所受照射的全身有效剂量,需要利用针对某X-CT检查实践所进行的现场监测数据进行,这往往只限于专业的实验研究工作中。而对总体考察某X-CT检查类型所致一般受检者辐射剂量,现在有利用研发的数字人体模型,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,开发出计算机软件用于估算X-CT扫描所致典型受检者有关组织或器官的吸收剂量,以及全身有效剂量。还有利用现代放射诊断设备在线可以方便监测到的参数(如DAP等),建立各种相应数学模型去间接推算与评价所致受检者剂量的新方法[11]。

另一种比较简单的估算方法是,利用多排(层)螺旋CT扫描的容积CT剂量指数CTDIvol及其扫描长度L之积计算出剂量长度乘积DLP,然后再乘以特定的转换系数k来估计出受检者全身有效剂量E:

E=kDLP=kCTDI volL

式中由实验研究所得出的k(m Svm Gy-1cm-1)与受检者身体的不同部位有关。不同部位的转换系数k值的大小可以参见欧盟委员会(CEC)关于X-CT的质量标准指南[12]或者其他有关文献。这些对检测和评价多排(层)螺旋CT所致受检者的医疗照射剂量很有用处。

3 多学科交叉融合与各部门协同攻关推动追求最佳优化匹配

英国1989年X-CT检查仅占X射线诊断的2%,但所致该国国民集体剂量竟约占到20%;1998年,英国的X-CT已达370台,X-CT检查占X射线诊断的4%,而所致集体剂量已上升至40%[13]。我国深圳市1998年X-CT检查年频率为每千人口19.4人次,只占全部X射线诊断检查年频率3.8%,但X-CT检查所致深圳市居民集体剂量的份额达到25.1%[1]。如今我国X-CT机的拥有数量已经逾五千台而居世界第三位(仅次于日本和美国)[1],并且继续呈现高速率增加态势。因此,合理降低X-CT检查所致受检者个体剂量和群体剂量负担的迫切性已经非常强烈地凸显出来了。

依据前面所述X-CT的辐射剂量表达和评价方法,通过大量实际检测表明,X-CT扫描的医学影像质量与其所致受检者辐射剂量密切关联[14,15]。合理控制X-CT所致剂量必须从三大方面着手,即:(1)X-CT设备自身的固有性能及其质量控制(例如不断提高有关部件的灵敏度和采用可降低辐射剂量的新技术,以及设备通过质量控制检测调整至最佳状态运行等);(2)X-CT机的扫描参数设置和工作人员技术操作因素(例如管电压、管电流与曝光时间、螺距、准直器限束宽度等诸多参数的合理选取);(3)还有X-CT扫描检查受检者的临床医学实际需要和自身个体条件的准确把握等。这些真可称之为一项重要的综合性系统工程[1]。迫切需要有关各界充分重视[2]。

注:*所针对的感兴趣器官对胸部扫描是肺;而对腰椎扫描是胃。

例如,通常希望限束准直较薄(提高螺距)以减小辐射剂量,然而由此引起相邻扫描之间较高程度的重叠,却会抵消了所期望的降低辐射剂量,结果导致这种减少限束准直对辐射剂量影响不大。因此在临床医学实践中必须对来自各方面的多种因素进行综合分析判断,统筹兼顾,采取多因素匹配的综合优化措施。故有学者提议引入质量因子Q2来综合评价设备性能以指导X-CT的系统优化[16]:

Q2=[f 3/δ2Z1CTDI vol]1/2

式中f为空间分辨率,可以表示为(MTF50+MTF10)/2,而MTF50和MTF10分别是相应于50%和10%的调制函数值;δ为图像噪声,其数值可用给定区域CT值的标准偏差表示;Z1为层厚,即断层灵敏度分布曲线的半高宽(FWHM)。

表1特给出通过综合调整X-CT扫描参数设置,进行多因素联合作用的综合优化,而达到减少所致受检者剂量的一个示范例子[6],由表1可见,当螺旋CT各种扫描参数从A组调整到B组时,无论胸部扫描还是腰椎扫描,所对应的感兴趣器官(各分别为肺、胃)的器官剂量以及全身有效剂量均非常明显地降低(最显著的可减少90%以上)。这个优化匹配的具体示例可提供很有益的启示而举一反三。

综上所述,放射诊断所需医学诊断影像的噪声与所致受检者的医疗照射剂量恰恰成为相克的反比关系。而凡事都有一个度,一定不能离开受检者诊断检查的临床实际需要,不计代价去单纯追逐影像质量的过分“完美”。在X-CT广泛应用的今天,必须强调获取高清晰的最佳影像质量和尽量控制受检者剂量之间存在着代价与利益权衡的优化匹配,必须尽最大可能予以兼顾这相互密切关联的二者。当然这些最优化措施首先必须建立在强化X-CT检查的正当性判断的基础上[1,17]。随着多排(层)螺旋CT等新设备的不断普及,强调其正确合理使用以力求减少对个体和群体所致的医疗照射剂量,已日益凸显其重要性和紧迫性。正因为如此,有效合理控制X-CT所致受检者的医疗照射剂量不仅必须依靠放射防护学、医学物理学、临床医学工程工作者的不懈努力,而且应当积极调动和充分发挥众多有关各科执业医师、临床放射学医师与医技人员的主观能动性,同时还要依靠医疗器械部门研发生产X-CT的单位和有关工程技术人员,以及各有关监督管理部门的大力协同。可喜的是,当今许多医疗器械研发与生产方已经意识到合理降低X-CT检查所致受检者剂量的重要性和紧迫性。例如北美放射学会(RSNA)的近期年会已正式列入这个重要议题[18];还有一些医疗器械生产厂组成降低辐射剂量联盟来推进研发提高各放射诊疗设备的防护与安全性能;并且相关学会和有关专业媒体也行动起来发挥积极倡导与促进作用。

剂量优化论文 第2篇

1 资料与方法

1.1 研究对象

1987年1月至2005年12月间,北京妇产医院收治的141例GTT住院病例,年龄18~52岁,平均30岁;体重38~82 kg,平均55 kg; FIGO评分低危者98例,占69.5%,高危者43例,占30.5%;每例患者化疗的疗程数1~7疗程,平均4.5疗程,均为我院首治,未在外院接受过化疗。见表1。

1.2 方法

1.2.1 化疗方案

根据北京协和医院宋鸿钊院士制定的单药(5-Fu)和双药[5-Fu加国产更生霉素(KSM)或5-Fu加消瘤芥(AT1258)]方案。5-Fu单药方案:28例,共55疗程,占总疗程的10.9%。双药方案:5-Fu加KSM,101例,共411疗程,占总疗程81.7%,KSM按6 μg/(kgd)给药;5-Fu加AT1258,12例,共37疗程,占总疗程7.4%,AT1258按0.6 mg/(kgd)给药。按5-Fu给药剂量进行分组:单药方案 300~700 mg/(m2d)、700~900 mg/(m2d)、900~1300 mg/(m2d);双药方案 300~700 mg/(m2d)、700~900 mg/(m2d)、900~1300 mg/(m2d)。副反应根据WHO抗癌药物不良反应的分度标准分为骨髓抑制、恶心呕吐、腹泻、口腔溃疡、肝功能血清谷丙转氨酶(SGPT)升高。相关因素包括年龄、每天按体表面积给药剂量、临床分期、化疗方案、疗程数、药物总量、FIGO评分[6]。化疗疗效(每个疗程):绒毛膜促性腺激素(HCG)下降<20%为无效; HCG下降20%~50%为有效;HCG下降>50%为显效[7]。

1.2.2 计算体表面积

根据Steveson算式进行计算[8]:体表面积(m2)=0.0061身高(cm)+0.0128体重(kg)-0.1529。

1.3 统计学处理

采用SPSS 12.0统计软件,运用卡方检验、方差分析进行统计学分析。

2 结 果

2.1 妊娠滋养细胞肿瘤化疗的副反应的相关因素分析

各相关因素在单独作用时对各副反应的产生所起的作用,见表2。

经Logistic回归多因素分析,当以上多因素共同作用时只有5-Fu按体表面积给药剂量与化疗的副反应呈显著性相关(P<0.01)。见表3。

2.2 5-Fu 按体表面积给药剂量分析

2.2.1 单药方案

按5-Fu剂量分组在副反应的比较中差异有统计学意义 (P<0.05),再将每两组分别进行统计学分析。300~700 mg/(m2d)组和700~900 mg/(m2d)组副反应比较,差异无统计学意义(P>0.05);700~900 mg/(m2d)组和900~1300 mg/(m2d)组副反应比较,差异有统计学意义(P<0.05);300~700 mg/(m2d)组和900~13 00 mg/(m2d)组副反应比较,差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。把5-Fu 剂量分组合并后进行统计学分析,肝功能SGPT的升高(3/55)相比较,差异无统计学意义(P=0.314,>0.05)。在疗效观察中,巩固疗程的为5疗程,不计入统计分析;300~700 mg/(m2d)组中有效率为100%(5/5);700~900 mg/(m2d)组中有效率为100%(12/12);900~1300 mg/(m2d)组中有效率为100%(33/33)。

2.2.2 双药方案

按5-Fu剂量分组在副反应的比较中差异有统计学意义 (P<0.05),再将每两组分别进行统计学分析。300~700 mg/(m2d)组和700~900 mg/(m2d)组比较,差异无统计学意义(P>0.05);700~900 mg/(m2d)组和900~1300 mg/(m2d)组比较,差异有统计学意义(P<0.01);300~700 mg/(m2d)组和900~1300 mg/(m2d)组比较,差异有统计学意义(P<0.05)。见表5。

把5-Fu剂量分组合并后进行统计学分析,与肝功能SGPT的升高(24/448)相比较,差异无统计学意义(P=0.719,>0.05)。在疗效观察中,巩固疗程有104疗程,不计入统计分析;300~700 mg/(m2d)组中有效率为100%(9/9);700~900mg/(m2d)组中有效率为99.4%(163/164);900~1300 mg/(m2d)组中有效率为98.2%(168/171),差异无统计学意义(P=0.562,>0.05)。

3 讨 论

国内宋鸿钊院士等发现的以5-Fu为主的化疗方案,采用大剂量用药的方法,疗效显著。但由于该方案应用的5-Fu的剂量远远超过药典规定的剂量,其有效量与中毒量的安全范围相差较小,故其副反应也增加。目前在妇科肿瘤常用化疗药物中,仅仅5-Fu、KSM还是应用体重为单位进行计算,现今看来并不科学。因为体表面积才能反映人体的代谢能力,人体代谢率的高低与体重并不成比例关系,而与体表面积基本上成正比[8],因而寻找合适的药物应用剂量范围就成为治疗的关键。

3.1 5-Fu化疗副反应的相关因素分析

骨髓抑制是副反应中最严重的一种表现,主要为白细胞和血小板减少,可发生严重感染或内出血,是5-Fu应用的剂量限制性毒性之一。恶心、呕吐是副反应中最常见的症状,主要是由于药物刺激胃黏膜引起胃炎所致,停药后即逐渐消失,一般不影响继续用药,很少产生严重后果。腹泻最多见于应用5-Fu后将近结束1疗程时,是肠蠕动增加和肠道黏膜发生溃疡所致,严重者可转为水泻,有时亦可粪便中带血,最常见、最严重的并发症为金黄色葡萄球菌所致的假膜性肠炎,可致死亡。口腔溃疡一般在用药5~6天时出现,逐步发展,至停药1周左右,可逐渐愈合,严重的可由口腔后延至咽部,食道以及肛门。肝功能的损害较轻,停药后逐渐恢复,主要表现为SGPT一过性升高,而本研究中只有27个疗程出现了SGPT的升高(27/503),占5.4%,且通过对症治疗均转为正常,并未影响下一疗程的化疗,这可能与临床上预防性给予保肝、降酶药物的干预有关。

各相关因素先进行单因素分析,将有统计学意义的单因素再进行Logistic回归多因素分析,只有5-Fu在各副反应上差异有统计学意义(P<0.05),也就是说,当各相关因素共同作用时,化疗副反应的大小取决于5-Fu 按体表面积给药剂量的大小,用药剂量越大则各副反应越重。

3.2 5-Fu治疗GTT的剂量优化

我国的药典上规定[9],5-Fu的成人常用量1个疗程的最大总量为3000~5000 mg,平均每天的最大剂量为600~1000 mg。从本资料来看,GTT患者每疗程的5-Fu总量均为药典规定最大剂量的2倍以上,所以疗效很显著,副反应却很重,故正确掌握治疗量和耐受量的界限是一个关键。国内近年来时有5-Fu化疗副反应致死的报道[10],故在治疗GTT时不应为了片面强调疗效而过分增加药物剂量,从而导致严重副反应的发生。

分析资料中可以看出:①单药、双药方案中疗效的差异无统计学意义。②单药方案中900~1300 mg/(m2d)组的副反应程度明显高于300~700 mg/(m2d)组和700~900 mg/(m2d)组,也就是说在疗效相同的情况下,5-Fu的按体表面积给药剂量如果大于900 mg/(m2d),则副反应明显增加。③双药方案中900~1300 mg/(m2d)组的副反应程度明显高于300~700 mg/(m2d)组和700~900 mg/(m2d)组,也就是说在疗效相同的情况下,5-Fu的按体表面积给药剂量越大,则副反应越重。根据以上分析,按体表面积给药的5-Fu的剂量范围不应大于700~900 mg/(m2d),甚至更低的剂量即可。由于300~700 mg/(m2d)组例数较少,是否该组的剂量即可,还有待于积累病例进一步研究。700~900 mg/(m2d)这个剂量范围也还需临床前瞻性研究证实。

本研究只是初步探讨化疗副反应的相关因素,以及按体表面积给药的剂量与副反应的相关关系,并初步得出一个按体表面积给药的剂量范围,以达到疗效最好而副反应可以耐受。

摘要：目的:探讨氟尿嘧啶(5-Fu)按体表面积给药治疗妊娠滋养细胞肿瘤的最佳剂量范围。方法:选取1987年1月至2005年12月北京妇产医院141例妊娠滋养细胞肿瘤病例,把5-Fu用量按体重给药剂量换算成按体表面积给药剂量。5-Fu单药方案分组:300～700mg/(m2.d)、700～900mg/(m2.d)、900～1300mg/(m2.d);双药方案分组:300～700mg/(m2.d)、700～900mg/(m2.d)、900～1300mg/(m2.d),并通过分析疗效与副反应的相关关系,得出最佳用药范围。结果:①经Logistic回归多因素分析只有5-Fu按体表面积给药剂量与化疗的副反应呈显著性相关(P<0.01)。②5-Fu每天按体表面积计算的分组在骨髓抑制、恶心呕吐、腹泻、口腔溃疡各组比较中差异均有统计学意义(P<0.05),在肝功能SGPT升高中比较差异无统计学意义(P>0.05);在疗效的比较中差异无统计学意义(P>0.05)。结论:随着5-Fu按体表面积计算剂量的增加,副反应也增加,而疗效却无差异。根据以上分析,按体表面积给药的5-Fu的剂量取值范围不应大于700～900mg/(m2.d)。

关键词：妊娠滋养细胞肿瘤,副反应,氟尿嘧啶,体表面积,剂量优化

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剂量优化论文 第3篇

1 资料与方法

1.1 一般资料

以笔者所在医院2014年6-12月经Somatom Definition Flash炫速双源CT检查的52例患者为研究对象, 纳入标准为临床上疑似冠心病患者;排除标准为对碘对比剂过敏者, 屏气不佳者, 严重的肾功能不全和失代偿性心功能不全者。心率超过100次/min者, 扫描前给予倍他乐克[3]。按BMI值[BMI=体重 (kg) /身高2 (m2) ], 分为A、B两组。A组患者 (BMI<25 kg/m2) 29例, 其中男17例, 女12例, 年龄 (60.3±8.7) 岁。B组患者 (25 kg/m2≤BMI<30 kg/m2) 23例, 其中男12例, 女11例, 年龄 (61.1±8.6) 岁。两组患者一般资料比较差异无统计学意义 (P>0.05) 。

1.2 扫描方法

采用Somatom Definition Flash炫速双源CT进行冠脉成像扫描。先对患者进行屏气训练, 做胸部屏气定位像, 然后进行屏气扫描。扫描范围为气管隆突下1 cm到心脏膈面下1.5 cm。选用双筒高压注射器以5.0 ml/s的流速在肘前静脉注入非离子型对比剂优维显370 (370 mg I/ml) 60~70ml。随后注入生理盐水30 ml。冠脉成像扫描前采用主动脉根部兴趣区监测CT值, 当CT值大于100 HU时, 自动触发扫描。

扫描参数:准直0.6 mm, 重建层厚0.75 mm, 重建间隔0.7 mm, 旋转时间0.44 s, 根据心率自动调整螺距, FOV150~180 mm。A组患者管电压100 k V, 管电流220 m As。B组患者管电压100 k V, 管电流330 m As。

1.3 图像后处理方法

根据采集到的原始数据进行重建, 传输至西门子工作站, 工作站采用最大密度投影 (maximum intensity projection, MIP) 重组后并进行处理。

1.3.1 图片质量的主观评价

根据美国心脏病学会 (American Heart Association, AHA) 的标准将冠状动脉分为17段[4,5]。评价所有直径大于1.5 mm的冠状动脉节段。由笔者所在医院放射科两名资深医师对图像进行盲法评分。参考国内外文献[6], 把图像按优、良、中、差分为4等:图片质量优, 冠状动脉清晰为4分;图片质量良, 可有轻微伪影, 不影响诊断为3分;图片有中度伪影, 但是尚可诊断为2分;图片质量差, 不能根据图片做出诊断为1分。对于两名医师评判不一致的图片, 由专家共同进行阅片, 达成一致意见。

1.3.2 图像质量的定量评价

在西门子工作站, 分别对患者大血管及升主动脉开口层面、左冠状脉开口层面、右冠状脉开口层面、心底层面和四腔层面5个层面进行测量, 测量内容包括胸廓径线[胸廓的前后 (AP) 和左右 (RL) 径线]和冠脉、背脊肌的CT值和SD值。根据测量的CT值和SD值, 计算CNR和信噪比SNR。计算公式如下[4]:

CTa和SDa分别为冠脉CT值和SD值, CTm和SDm分别为背脊肌CT值和SD值。

1.4 统计学处理

对A、B两组患者5个层面的RL、AP、CNR进行简单相关分析, 对A、B两组患者5个层面的RL、AP、CNR、SNR和BMI采用后退法进行线性回归分析, 入选标准设为0.1, 剔除标准为0.09。分类资料的比较采用字2检验, P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图片质量的主观评价

经双盲法评分显示, 两者评分的一致性较好 (Kappa=0.12) , A组评分为3、4分者分别占24.1%、75.9%。B组评分为3、4分者分别占21.7%、78.3%, 比较差异无统计学意义 (字2=0.030, P>0.05) 。

2.2 A、B两组患者RL、AP径线与CNR的相关性结果

A、B两组患者RL、AP径线与CNR都具有相关性 (P<0.05) 。与A组患者相比, B组患者RL、AP径线与CNR相关性更为显著 (P<0.05) , 见表1。

2.3 A、B两组患者RL、AP、BMI与CNR、SNR的相关性结果

A、B两组患者CNR、SNR与RL径线的相关系数均大于CNR、SNR与AP径线的相关系数。除A组第2层面外, CNR与AP径线的相关系数都大于其与BMI的相关系数, 见表2。

注:1、2、3、4、5层面分别为升主动脉开口层面、左冠状脉开口层面、右冠状脉开口层面、心底层面和四腔层面

3 讨论

有研究表明, CT扫描产生电离辐射损伤, 可增加癌症的发生率[2]。在扫描过程中, 为了提高图片的时间分辨率和空间分辨率, 常常增大曝光量。因此, 在扫描过程中如何优化冠脉成像的辐射剂量, 已成为医护人员关注的热点[7]。现阶段, 临床上多采用BMI作为CT冠脉成像射线个体化优化的依据。但是由于个体在体型方面的差异, 采用BMI来确定管电流, 有时候会存在不适用的问题[8,9]。本研究通过对笔者所在医院52例Somatom Definition Flash炫速双源CT冠脉成像检查患者的胸廓径线、BMI和图片质量的相关性进行研究, 来寻找一种更优化辐射剂量的方法。

3.1 A、B两组患者RL、AP径线与CNR的相关性结果分析

A、B两组患者根据BMI的不同, 采用不同的放射剂量进行处理。通过两名医师的盲法评分, A、B两组图片质量均能满足诊断要求, 且两组间差异无统计学意义。Reid等曾通过研究小孩模型发现, 根据腹围可以有效地最优化辐射剂量。由于射线的衰减与距离的平方呈反比, 因此胸廓径线较小的患者可采用较低的辐射剂量, 而胸廓径线较大的患者可采用较高的辐射剂量。由表1可以看出, 胸廓径线与CNR具有相关性, 胸廓RL径线与CNR的相关系数大于AP径线与图片质量的相关系数。提示医务工作者, 根据RL径线来优化辐射剂量具有更好的效果。

3.2 A、B两组患者RL、AP、BMI与CNR、SNR的相关性分析

由表2可看出, A、B两组患者CNR、SNR与RL的相关系数均大于CNR、SNR与AP的相关系数。除A组第2层面外, CNR与AP的相关系数都大于其与BMI的相关系数。即图片质量与胸廓径线的相关性大于其与BMI的相关性。BMI是现在公认的评价肥胖程度的指标, 根据不同的BMI选择不同的辐射剂量, 可以达到个性化扫描, 优化辐射剂量的目的[10]。但是, 由于个体差异, BMI对患者的体型方面的反应不是很理想, 导致根据BMI来确定辐射计量时, 常常出现问题。胸廓前后、左右径线相比BMI更能反映出患者的体型。因此, 根据胸廓径线来调节辐射剂量, 可以有效地避免剂量的过高或过低, 实现最优化辐射剂量。由本研究可以看出, 胸廓径线与图片质量的相关性大于BMI的相关性, 尤其在升主动脉层面相关性更加明显。

本次研究对Somatom Definition Flash炫速双源CT冠脉成像的辐射剂量的个性化设置具有指导意义, 结果显示, 图片质量与胸廓径线具有相关性, 且相关性大于其与BMI的相关性, 胸廓的左右径线与图片质量的相关性大于前后径线, 患者的升主动脉层面的相关性尤为显著。提示可以采用患者的左右径线 (升主动脉层面) 来指导辐射剂量, 从而达到最优化射线剂量的目的。

摘要：目的:探讨西门子Somatom Definition Flash炫速双源CT冠脉成像的辐射剂量优化与胸廓径线的关系。方法:以笔者所在医院2014年6-12月经Somatom Definition Flash炫速双源CT冠脉成像检查的52例患者为研究对象, 根据患者的体质指数BMI分为A、B两组:A组患者 (BMI<25 kg/m2) 29例, 扫描参数为管电压120 k V, 管电流220 m As。B组患者 (25 kg/m2≤BMI<30 kg/m2) 23例, 扫描参数为管电压120 k V, 管电流330 m As。计算冠脉相对于背脊肌的对比噪声比 (CNR) 、信噪比 (SNR) 。对CNR和SNR与胸廓径线、BMI的相关性进行检验。结果:A、B两组患者胸廓AP、RL径线均与CNR具有相关性 (P<0.05) 。A、B两组患者CNR、SNR与RL径线的相关系数均大于CNR、SNR与AP径线的相关系数。除A组第2层面外, CNR与AP径线的相关系数均大于其与BMI的相关系数。结论:胸廓径线可以指导Somatom Definition Flash炫速双源CT冠脉成像的辐射剂量。

关键词：Somatom Definition Flash炫速双源CT,冠脉成像,体质指数,胸廓径线

参考文献

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剂量优化论文 第4篇

关键词：蒙特卡罗算法,乳腺癌,术中放疗,剂量优化

早期乳腺癌患者行保乳术加前哨淋巴结活检及腋窝淋巴结清扫的同时进行术中放疗 (Intraoperative Radiotherapy, IORT) , 能显著减少局部复发和远处转移, 其局控率可以与乳腺癌保乳术后全乳放疗相媲美, 形成了早期乳腺癌患者保乳手术加术中放疗的治疗模式[1,2]。然而, 术中放疗的靶区剂量分布只能依据水箱测量数据、照射区域内及周边安置的有限的几个微探头实测数据进行评估。本研究利用蒙特卡罗算法 (MC) 建立乳腺癌IORT模型, 根据患者术前的CT模拟术中影像进行蒙卡计算, 以保证靶区剂量的精度, 优化剂量分布。

1 优化方法

1.1 模拟患者术中状态的CT影像

患者术前采用GE公司的Light Speed Ultra 8排螺旋CT进行扫描。患者取仰卧位, 患侧上肢外展, 尽量模拟手术体位, 扫描范围从环甲膜到乳腺皱褶下10 cm, 层距、层厚均为5 mm。根据CT结合钼靶片、B超或MRI资料确定肿瘤位置及大小, 利用Matlab及C++软件在术前影像上进行编辑, 模拟保乳手术切除肿块及周围1~2 cm的乳腺组织, 再游离周围2~3 cm乳腺组织直达胸大肌筋膜表面作为照射靶区 (图1) 。

1.2 三维水箱实测术中放疗电子线限光筒的剂量参数

我科术中放疗加速器为美国VARIAN 23EX, 常用的3套术中放疗限光筒分别为筒端为5 cm7 cm椭圆 (筒Ⅰ) 、Ф5 cm斜边圆 (筒Ⅱ) 及3 cm5 cm椭圆 (筒Ⅲ) , 源至治疗筒底端距离为118 cm。三维水箱系统为瑞典IBA Blue phantom 2, 所用监测电离室为PPC05平板电离室, 参考电离室为cc113柱状电离室。分别测量3套术中放疗限光筒9 Me V及12 Me V下的百分深度剂量 (PDD) 曲线 (依据TRS277号报告) 、inline Profile、crossline Profile及参考深度 (9 Me V为1.8 cm, 12 Me V为2.2 cm) 处的输出因子。

1.3 基于蒙特卡罗算法的乳腺癌术中放疗剂量模型的建立

(1) 蒙特卡罗程序为在电子伽马光子簇射模拟 (ElectronGama Shower Four, EGS4) 基础上开发的MCTP程序; (2) 根据加速器机头结构加上我科自制的术中放疗电子线限光筒以及适配器建立术中放疗的结构模型 (图2) ; (3) 利用MCTP的MCBEAM程序对以上结构模拟109个粒子进行运算, 在治疗筒下端生成相空间文件 (Phase Space File, PSF) ; (4) 利用MCTP的MCSIM程序建立40 cm40 cm30 cm的模拟水模, 像素大小为0.2 cm0.2 cm0.1 cm, PSF文件模拟108次History生成粒子在水模中的剂量分布3ddose文件; (5) 利用Matlab编程提取3ddose文件中水模中心轴的PDD、inline Profile及crossline Profile, 并与三维水箱实测数据进行比对, 通过调整电子线入射能量E、高斯径向分布半高宽度 (Full Width of Half Maximum, FWHM) 及术中放疗限光筒结构使两者计算误差<2%。

1.4 术中放疗剂量优化

(1) 将已经编辑好的CT影像导入瑞典ELEKTA Xio 4.70的治疗计划系统 (TPS) 中, 在focal上进行外轮廓、靶区及肺和心脏等危及器官的勾画, 并分别勾画靶区表面添加不同厚度等效材料、靶区后缘分别添加不同厚度铅板及铅板前的热点吸收区; (2) 经Xio输出DICOM Image及DICOM Structure set至MCTP的MCDICOM软件, 经处理后生成MCTP模体文件Egs4phant;在MCSIM中编写程序代码, 导入模体文件Egs4phant, 给予靶区21 Gy剂量[3]; (3) 跳数计算公式为:MU=DT (21 Gy) 输出因子/参考深度PDD; (4) 分别定义表面等效材料及热点吸收区的材质为聚乙烯, 密度为1.06 kg/m3;定义靶区后铅板的材质为铅, 密度为13.6 kg/m3; (5) 用MCSHOW显示剂量分布及剂量体积直方图 (DVH) , 并通过调整等效材料及铅板的大小和厚度不断优化剂量分布。

1.5 统计学方法

采用PASW Statistics 18软件进行处理, 数据以均数±标准差 (x-±s) 表示。

2 结果

(1) 基于蒙卡算法建立的乳腺癌术中放疗模型的剂量学参数, 见表1。可以根据靶区的大小选择合适的限光筒、电子线能量以及有效治疗区间进行蒙卡计算。

(2) 蒙卡算法与三维水箱实测的剂量学比较情况: (1) 9 Me V电子线PDD曲线两者比较, 在最大剂量点前, 蒙卡算法略低于实测剂量, 但斜率一致, 在最大剂量点后拟合较好 (图3) ; (2) 12 Me V电子线PDD曲线两者比较, 在最大剂量点前后两者拟合均较好 (图4) ; (3) 实测与蒙卡算法的Profile比较, 蒙卡算法略偏前, 但两者斜率一致 (图5) 。

(3) 剂量优化情况: (1) 用MCTP模拟未加任何等效材料, 270°入射乳腺模型的剂量分布为:入射表面下有少量<90%靶区剂量的区域, 靶区后缘胸大肌及肋骨剂量>80%靶区剂量, 患侧肺最大剂量>70%靶区剂量, 临床靶区 (CTV) 均匀性差, V90%的靶区体积约73% (图6) ; (2) MCTP计算表面加2~3 mm等效材料、靶区后缘加5 mm等效材料再加2 mm铅板模拟270°入射乳腺模型的剂量分布为:等效材料下靶区基本被90%等剂量线包绕, >110%的热点剂量全部落在靶区后缘5 mm的等效材料“吸收区”, 铅板后缘胸大肌、肋骨及肺剂量大部分被屏蔽, 肺最大剂量<1 Gy, 靶区剂量均匀性明显提高, V90%的靶区体积>90%, V110%靶区体积<4% (图7) 。

3 讨论

乳腺癌术中放疗 (IORT) 在术中可直视瘤床, 保证瘤床位置的准确性, 避免外照射可能出现的瘤床漏照及外照射过程中呼吸运动和摆位误差的影响;同时IORT仅对部分乳腺照射, 照射容积较少, 可避免全乳照射后出现的乳腺萎缩、皮肤粗糙及色素沉着等现象[4], 因此可改善美容效果;IORT可缩短治疗总疗程, 避免放化疗的时间冲突, 成为早期乳腺癌部分乳腺照射的“金标准”[5,6]。

但IORT靶区剂量的实际分布情况往往仅依靠测量数据及术中小探头进行点剂量监测获取, 无法获取整个靶区及周围正常组织的精确剂量分布, 且添加表面等效材料及胸大肌筋膜上放置铅板后的剂量分布根本无法知晓, 从而制约了乳腺癌IORT的发展[7]。蒙特卡罗算法作为放疗剂量计算的“金标准”[8,9], 通过随机分布的方法模拟粒子在体内的运输和剂量沉积情况, 具备极高的剂量分布精确性。但乳腺癌IORT和外照射不同, 目前尚没有实时CT扫描来获取相关影像, 同时还没有商用的术中放疗TPS以进行剂量优化。

本研究通过对患者术前乳腺CT影像的处理, 模拟出术中乳腺的状态, 通过蒙卡程序MCTP计算出术中乳腺靶区及正常组织的剂量分布特点, 发现目前IORT存在以下问题: (1) 利用盐水纱布作为组织补偿物对表面剂量的提升有限且不稳定, 靶区表面剂量达不到90%处方剂量要求; (2) 靶区后缘使用2 mm铅板后, 靶区最大剂量可提升40%以上, 靶区后缘5 mm范围为>110%处方剂量的热点区域; (3) 所用铅板大小影响剂量分布形状; (4) 铅板大小也影响铅板后胸大肌、肋骨及肺的剂量分布。

在此基础上, 本研究利用MCTP通过对表面等效材料厚度及材质、铅板厚度及大小、铅板和靶区后缘之间填充组织补偿物等进行模拟计算, 以找出优化靶区剂量、提高靶区剂量均匀性、消除靶区热点、降低靶区后正常组织剂量的方法, 总结如下: (1) 根据靶区实际大小及深度, 选用90%深度剂量区间≥1.25倍靶区深度, 90%剂量Profile≥1.25倍靶区实际大小的术中放疗筒及能量; (2) 表面添加聚乙烯薄膜厚度 (mm) 为该能量下90%等剂量线深度减组织参考深度 (一般取0.5 mm) 再加1 mm; (3) 靶区后缘添加2 mm铅板, 铅板大小为靶区大小的1.5倍; (4) 铅板和靶区后缘之间放置5 mm聚乙烯薄膜, 大小为靶区大小的1.5倍。

利用蒙卡算法对乳腺癌IORT模型进行计算, 可获取靶区及正常组织的剂量分布情况, 找到优化靶区剂量的方法, 具有较好的个性化和实用性特点, 值得临床推广。

参考文献

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剂量优化论文 第5篇

1 资料与方法

1.1 研究对象

2001年2月至2004年6月某地区73例小细胞肺癌患者作为研究对象。所有研究对象符合以下标准: (1) 所有患者均经病理组织学或细胞学证实为小细胞肺癌; (2) 一般状况:卡式评 (Karnofsky Performance Scale, KPS) ≥60分, 血常规、肝肾功能、心电图等均正常; (3) 初治病例, 并完成整个治疗过程; (4) 整个治疗过程均采用联合化疗。其中男57例, 女16例, 中位年龄48 (26～69岁) 。

1.2 方法

均采用联合化疗, 并对所有小细胞肺癌患者随访5年, 并对其化疗次数、每次化疗的剂量、周期间隔等数据进行统计分析。按WHO制定的疗效评价标准, 分为完全缓解 (CR) 、部分缓解 (PR) 、稳定 (SD) 和进展 (PD) 。有效定义为CR+PR, 无效为SD+PD。毒副反应也按WHO抗癌药物毒副反应分级标准, 分为0～Ⅳ度。

1.3 统计学处理

采用SAS 8.1统计软件进行数据分析。

2 结果

2.1 化疗次数:不同治疗持续时间

分析结果显示化疗周期的增加并未导致中位生存时间和2年总体生存率有明显统计学差异 (P>0.05) 。同时也有学者研究显示5或6个周期不会比12或14个周期的治疗效果差, 至少当考虑总体和长期生存率不会存在明显差异。

2.2 每次化疗的剂量:增加一个或多个周期化疗剂量

研究发现, 相同的药物在相同间隔、相同化疗周期次数的情况下仅在一个或多个周期化疗剂量上变化, 会导致累积剂量和剂量强度增加。2/5的患者高剂量化疗仅增加完全缓解率而生存率未见明显提高 (P>0.05) , 可能与其毒性的增加有关。

2.3 周期间隔:增加化疗密度

相同的药物, 每次相同的剂量、相同的化疗次数, 仅改变周期间隔。由于化疗间隔时间缩短, 化疗强度增加。中位生存时间和2年生存率得以提高。

2.4 联合变量因素

不同化疗次数、不同化疗剂量和/或不同治疗间隔时间结果见表1。

2.5 平均生存中位数和2年生存率

结果显示, 当化疗周期增加时, 平均生存时间的中位数为8个月 (6.7～14.1个月) , 2年生存率为7% (5%～24%) ;标准周期时为10.2个月 (8.1～16.8个月) , 2年生存率为6% (4%～28%) 。当化疗剂量增加时平均生存时间的中位数为12个月 (8～14个月) , 2年生存率为12% (2%～26%) ;标准剂量时为13个月 (6.8～18个月) , 2年生存率为20% (2%～43%) 。当化疗密度增强时, 平均生存时间的中位数为11.2个月 (7.4～15个月) , 2年生存率为12% (7%～18%) ;标准剂量时为13.9个月 (11.5～15.9个月) , 2年生存率为32% (13%～33%) 。

3 讨论

通过改变每次化疗的剂量、化疗次数和/或间隔周期可以改变累积剂量和剂量强度。增加剂量的影响可能低于剂量强度。增高首次剂量可防止化疗耐药肿瘤细胞的产生, 后期强度更为有利, 患者通过对其反应强度而进行选择。本文研究发现通过增加剂量, 2/5患者增加总体或缓解生存率。由于研究例数较少, 不能对其深入说明。同时, 缩短化疗间隔周期, 可明显提高2年生存率, 也就是说剂量强度可增加其潜在的治愈率, 也同时提示研究需要继续对其最大剂量强度进行研究。总之, 化疗次数、每次化疗剂量、间隔周期、累积剂量和剂量强度是提高小细胞肺癌生存率的重要因素。然而, 剂量强度和增加剂量似乎可提高生存率, 但需要进一步对其深入研究。

摘要：目的探讨增加化疗剂量或剂量强度是否有利于小细胞肺癌的预后。方法回顾性分析1999年2月至2004年6月某地区73例小细胞肺癌患者的化疗次数、每次化疗的剂量、周期间隔等数据。结果治疗持续时间为3～6个周期, 中位生存时间为2个月, 大多数患者显表现出对首次化疗有反应;观察有2/5高剂量治疗的患者生存时间得以改善;减少化疗次数、增加剂量和/或提高剂量强度时, 生存未得以改善。结论化疗的剂量是个体治疗效果的决定因素;化疗次数、化疗水平、化疗强度、累计剂量和剂量强度是改善生存的重要因素;但化疗强度对其的影响需要进一步的研究得以证实。

关键词：化疗,剂量,剂量强度,小细胞肺癌

参考文献

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剂量优化论文 第6篇

1 材料与方法

1.1 实验设备:

(1) 体模:MEDTEC调强验证模体 (303030 cm3) 。 (2) CMS Xio治疗计划系统, 版本为Release4.2.2。 (3) 剂量分析软件OmniPro-IMRT Version 1.6。

1.2 CT扫描:

将固体水模用激光定位并作原始坐标标记, 在CT机上作3 mm薄层扫描。预先校准CT值, 并输入计划系统。定位激光亦需在扫描前作定位校准。

1.3 治疗计划设计:

将CT扫描结果在TPS上3 mm重建, 在重建图像上勾勒靶区和剂量限制区。6MV-X线, 5野照射, 处方剂量为5000 cGy, 200cGy/F。射野角度分别为0°、70°、145°、220°、290°, 子野数为35, 面积大于3 mm2。TPS按目标函数逆向运算得出治疗计划及三维剂量分布, 剂量计算采用Superposition算法。

1.4 剂量分布比较:

设置1.5 mm、2 mm、3 mm、4 mm四种大小的计算网格, 在其他条件 (子野形状、跳数, 机架角度等) 均不改变的情况下, 分别进行剂量计算。截取2 mm、3 mm、4 mm网格计算得到的中心层面剂量分布中靶区内部分区域, 与1.5 mm网格计算结果 (参考剂量分布) 位置、大小相同的区域比较, 用分析软件进行相对剂量误差分析。靶区与危及器官之间区域比较方法同前。

比较内容包括:相对剂量误差分布曲线及其经matlab 软件Gauss拟和后的曲线, 以及拟和曲线的平均值、方差和最大全宽半值 (full width at half maximum, FWHM) 。

2 数据分析

2.1 相对剂量差异直方图:

反应相对剂量差异值对应的剂量点数目占总剂量点数目比例大小。

2.2 FWHM:

Gauss分布可以表示为N (u, δ) 的形式, 其中u为均值, δ为方差。均值代表拟和曲线峰值出现的位置, 方差代表曲线的宽度。Thomas Bortfeld等在对剂量算法研究中, 采用高斯分布对能量沉积核进行了模拟, 得出曲线的FWHM值与标准差δ之间的关系为:undefined。

3 结果

图1 (a) 为靶区内计算网格改变引起的相对剂量误差变化曲线, 三条曲线均收敛, 曲线较平滑;图1 (c) 为靶区和OAR之间比较结果, 曲线变宽变低, 不平滑。曲线的横轴代表相对剂量差异的大小, 曲线越收敛说明平均剂量误差越小。纵轴代表误差频率大小, 曲线越光滑说明误差变化越小。

为了量化图1 (a) 和图1 (c) 的差别, 笔者进行了Gauss拟和, 拟和后的曲线见图1 (b) 和 (c) 。计算拟和后曲线的平均值、方差和FWHM值。结果见表1。

表1显示, 靶区内所有大小计算网格计算结果的FWHM值最大为0.795%, 均未超过2%;靶区与OAR之间区域的比较结果只有2mm计算网格的计算结果小于2%;无论靶区内还是靶区与OAR之间区域的比较结果均显示随着计算网格增大, 计算误差也随之增大。

(a) 靶区内剂量差异曲线图; (b) 靶区内剂量差异Gauss拟和曲线图; (c) 靶区与OAR之间区域剂量差异曲线图; (d) 靶区与OAR之间区域剂量差异Gauss拟和曲线图。

4讨论

随着放疗设备的更新, 带有多叶准直器的直线加速器和具备逆向调强放射治疗算法的治疗计划系统被广泛的应用, 极大的推动了调强放疗技术的开展。与常规适形放疗技术相比, 调强计划要求更高的计算精度。放射物理学家们对影响剂量计算的主要因素之计算网格进行了研究, 提出梯度大的区域计算网格改变对计算精度影响较大的观点, 但并未分梯度研究其影响的程度。鉴于此, 笔者采用不同的计算网格大小分别对调强计划中各剂量梯度区域的剂量计算精度做了研究, 探讨调强计划剂量计算时应选用的计算网格大小。

图1 (a) 和图1 (c) 比较结果显示靶区内剂量误差较小, 分析原因认为靶区内区域剂量分布均匀, 剂量梯度小, 而靶区和OAR之间由于剂量变化快, 剂量梯度也大。HChung等提出计划系统实际剂量计算时, 只计算有限个剂量点, 不可避免的丧失了一些点剂量信息。网格大小相同时, 若剂量梯度小, 邻近剂量点间的剂量差别就小, 那么所丢失的点剂量信息对结果的影响就小, 因此计算误差也小。类似的, Niemierko等也根据假设离轴剂量曲线 (采用线性插值) , 理论上证明了计算网格大小相同时, 剂量梯度越大, 计算误差越大。

笔者统一进行了Gauss拟和, 通过高斯分布曲线的FWHM值来量化差异的大小。拟和后曲线的FWHM值大小等于在横轴上最大宽度的一半, 而横轴数值代表了相对误差的大小, 所以根据FWHM值的变化可以量化相对剂量差异。结果显示, 靶区内4mm及以下计算网格的计算误差均小于2%, 而靶区与OAR之间的区域只有2mm大小的计算网格误差在2%之内, 提示调强计划设计过程中, 对于剂量梯度较大的区域 (如:剂量建成区、靶区和OAR之间的区域等) , 应采用较小的计算网格以保证剂量计算精度。

表1结果还显示无论靶区内亦或靶区与OAR之间, 计算误差均随着计算网格增大而增大。分析认为计算网格增大, 即剂量计算点间距增加, TPS剂量计算时所丢失的点剂量信息越多, 丢失的点剂量会被大量插值得到的平均值代替, 导致计算误差变大。

综上, 在进行调强计划剂量计算时, 考虑到剂量梯度大的区域应选用较小的剂量计算网格, 建议使用2mm大小的计算网格进行剂量计算, 以达到临床计算精度要求。

摘要：目的:评估计算网格大小对调强计划不同剂量梯度区域剂量计算的影响, 为临床计划设计提供理论依据。方法:设置不同大小的计算网格分别进行逆向运算, 在中心层面剂量分布计算结果上截取部分靶区, 与参考剂量分布中位置、大小相同的区域进行相对剂量差异比较。另选靶区与OAR之间区域 (形状、大小、比较方法同前) 。结果:靶区内, 所有大小网格比较结果FWHM值均未超过2%;靶区与OAR之间, 只有2mm计算网格比较结果FWHM值小于2%;两区域比较均显示计算误差随计算网格增大而增大。结论:随着剂量梯度增大, 插值计算引起的剂量计算误差也变大。调强计划设计时, 考虑到剂量梯度大的区域, 建议使用2mm大小的计算网格进行剂量计算, 以达到临床计算精度要求。

关键词：计算网格,调强,剂量计算

参考文献

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[2]H Chung et al.Dose variations with varying calculation grid size in head and neck IMRT[J].Phys.Med.Biol.51 (2006) 4841-4856.

[3]Thomas Bortfeld et al.What is the optimumleaf width of a multileaf collimator[J].Med.Phys.27 (11) :2490-2502.