[发明专利]基于肿瘤运动追踪和放射治疗的剂量重建方法

说明书

本发明涉及一种4D剂量重建装置，公开了一种基于肿瘤运动追踪和放射治疗的剂量重建方法，包括：步骤S1、获取肿瘤质心运动核，得到肿瘤质心在LR方向、CC方向和AP方向的时间函数；步骤S2、根据步骤S1中LR方向和CC方向上的时间函数得到肿瘤质心运动参数；步骤S3、根据步骤S2中的运动参数控制驱动模块驱动剂量验证设备LR和CC在两个方向运动，步骤S4、AP方向运动对剂量影响通过实时在线修正百分深度剂量PDD参数方法实现，最终实现剂量验证设备的4D剂量重建并得到重建后的4D剂量数据。本发明引入肿瘤三维运动因素能够使得肿瘤放射治疗方案得到有效改善，使得患者最终治疗更加接近于实际情况，大大提高了肿瘤放射治疗的安全性和有效性。

技术领域

本发明涉及4D剂量重建方法，尤其涉及了一种基于肿瘤运动追踪和放射治疗的剂量重建方法。

背景技术

肺癌的放射治疗在近几十年取得了显著的成绩，但是对于局部控制率较低却仍然是最大的问题。手术是早期肺癌的标准治疗手段，放疗是不能耐受手术或者拒绝手术早期肺癌患者的主要治疗手段，采用常规分割放疗技术治疗早期肺癌的效果欠佳，患者的5年生存率10-30％。对于早期的手术无法切除的肺癌应用立体定向放射治疗(stereotacticbody radiation therapy,SBRT)能够获得较为理想的局部控制概率与总生存率。然而由于肺部肿瘤受呼吸运动的影响较大，特别对于小体积肿瘤且呼吸幅度大的患者，放疗过程中常常会漏照靶区或者使靶区的剂量分布不均匀，这种情况就会大大削弱SBRT的治疗疗效。

进行放射治疗前使用的质量控制工具大都是基于计划CT(患者某一个静态时象CT)进行的剂量验证，例如Mapcheck、Compass、Arccheck等，这些都无法将肿瘤的运动信息考虑进去，这样的质量控制事实上是不完善的，不能完全模拟运动肿瘤的实时受照射剂量。因此亟需研发一种新型的能够在放射治疗中实现实时肿瘤运动追踪的4D放射治疗剂量验证的软硬件成套系统，实现肺癌患者放射治疗的个体化剂量实时重建，实现剂量引导的放射治疗。

目前，国内外基于4DCT图像的剂量学研究主要存在的问题是：

(1)片面地将四维计算机断层影像(Four Dimensional Computed Tomography,4DCT)重建序列,平均密度投影(Average Intensity Projection,AIP)、最大密度投影(Maximum Intensity Projection,MIP)序列以及其它个别序列图像用于靶区勾画，用于形成ITV的4DCT的重建图像序列选取随意，没有理论基础和临床实践依据。美国和欧洲的研究都没有明确“从静态CT中提取的特征是4DCT图像提取特征的参考金标准”这个问题。

(2)在研究方法上，目前国内外相关研究主要采用一维运动模体来模拟呼吸幅度对4DCT图像及对放射治疗ITV的影响，没有考虑临床真实呼吸运动的情况。它们简单地将复杂的三维呼吸运动简化为一维运动，并且忽略了呼吸频率等重要参数对靶区实际剂量的影响；

(3)忽视了4DCT扫描设备和扫描参数设置的差异，基于4DCT放射治疗和剂量验证必须以深入研究4DCT影像受呼吸运动和扫描参数设置影响为前提和基础。在同一个影像中心内，具有相同呼吸幅度和频率的患者，采用不同扫描参数，其4DCT的成像结果也不尽相同，因此基于4DCT的放射治疗和剂量验证也应该考虑扫描设备和扫描参数设置的差异。

(4)对4DCT图像的预处理问题尚处在初步探索阶段，目前缺乏可供临床使用的可靠结论。

国内外剂量验证设备目前还在3D阶段，没有4D剂量验证设备，放射治疗3D剂量验证设备主要为Mapcheck、Compass剂量验证系统，这些系统售价为150-200万左右，而且每个放射治疗中心为满足肿瘤质控要求必须配备，美国医学物理协会2006年推出的指南AAPMTG76号指出，对于存在呼吸运动位置的肿瘤一定要进行运动管理，目前运动管理还是依靠外部施加压力等方式进行，这样患者治疗的依从性比较差，治疗比较痛苦。