目的:探讨三维后装治疗计划中一种逆向剂量优化算法(GBPO)的实现方法和结果。方法:GBPO使用标准的二次目标函数，优化代码基于LBFGS算法。回顾性选择了7例使用不同施源器治疗的宫颈癌患者和15例使用了三管施源器治疗的宫颈癌患者，先用等剂量线定性评估GBPO计划的质量，然后统计剂量体积直方图(DVH)参数(CTV D 100%、V 150%，危及器官D 0.1cm 3、D 1.0cm 3、D 2.0cm 3)，评估GBPO计划、IPSA计划和Graphic计划之间的差异。 结果:对于使用不同施源器的7例患者，GBPO都可以优化出适形的剂量分布，GBPO计划、IPSA计划和Graphic计划之间靶区和危及器官的DVH参数相近。对于使用了三管施源器的15例患者，GBPO计划和IPSA计划之间DVH参数也相近，GBPO计划和Graphic计划之间危及器官DVH参数也相近，但是GBPO计划CTV的D 100%高于Graphic计划( P<0.01)，V 150%低于Graphic计划( P<0.01)。 结论:采用逆向剂量优化算法GBPO制订的计划在靶区覆盖和危及器官保护方面与IPSA计划相似，GBPO可集成在三维后装治疗计划系统中。

目的:研究逆向优化过程中驻留时间差异限制参数对宫颈癌三维后装计划质量和位置误差鲁棒性的影响。方法:回顾性选择2020年8月至2021年8月于中南大学湘雅医院接受宫颈癌三维后装治疗的20例患者。使用Eclipse计划系统进行计划设计，分别将计划系统中的驻留时间差异限制参数smooth值设置为0.00、0.25、0.50、0.75、1.00，采用逆向剂量体积优化算法生成不同的smooth计划，优化条件同原始临床计划，对比分析关键剂量学指标和总驻留时间差异。对施源器人为引入左右、腹背和头脚六个方向的位置误差（0.2~1.0 cm），评估不同smooth值对计划质量和鲁棒性的影响。每个病例133个计划，20例患者共计2 660个计划。采用Wilcoxon符号秩检验对结果进行统计分析。结果:随着smooth值增大，调制因子逐渐减小，膀胱和直肠D 2 cm3增大。smooth值为0.25、0.50、0.75、1.00计划的调制因子分别为0.72±0.09、0.63±0.08、0.55±0.08、0.51±0.06，均低于smooth值为0.00计划的调制因子0.75±0.05，差异均有统计学意义（ P=0.004、0.002、0.002、0.002）；smooth值为0.50、0.75、1.00计划的膀胱D 2 cm3分别为（475.4±41.0）、（483.7±46.2）、（489.0±46.8）cGy，均高于smooth值为0.00计划的膀胱D 2 cm3，值为（469.8±41.8）cGy，差异有统计学意义（ P均=0.002）；smooth值为0.50、0.75计划的直肠D 2 cm3分别为（413.2±93.3）、（418.6±96.4）cGy，均高于smooth值为0.00计划的直肠D 2 cm3，值为（410.2±91.5）cGy，差异有统计学意义（ P=0.006、0.010）。当引入位置误差后，多数位置误差下不同smooth计划的高危临床靶区（HR-CTV）D 90%接近，差异无统计学意义；smooth值为0.00计划的危及器官D 2 cm3均低于其他smooth值计划，对于膀胱和直肠，此差异在多数位置误差下都有统计学意义（ P<0.01）。 结论:驻留时间差异限制参数对计划质量影响较大，限制参数越小，计划质量越高；驻留时间差异限制参数对靶区和关键危及器官剂量学指标的位置误差鲁棒性影响不大。

目的:报道三维后装放射治疗中一种可控制驻留时间变化幅度的算法的实现方法和结果。方法:逆向优化算法(GBPO)使用标准的二次目标函数，在目标函数中增加一个可控制驻留时间变化幅度的项，用驻留时间调制因子(DTMF)调节驻留时间的变化幅度。回顾性研究15例使用了三管施源器(Nucletron part#189.730)治疗的宫颈癌患者，分析DTMF与驻留时间标准差的关系，统计剂量体积直方图(DVH)参数(HR-CTV D100%、 V150%，危及器官 D0.1 cm 3、 D1 cm 3、 D2 cm 3)，评估GBPO计划和商用计划系统(采用IPSA算法)计划之间的差异。 结果:当DTMF<20时，驻留时间标准差迅速减小，在DTMF增加到100之后，驻留时间标准差无明显变化。GBPO计划的 D100%(3.63±0.36)高于IPSA计划( 3.53±0.34)，两者比较，差异有统计学意义( t＝2.45, P<0.05)，两种计划之间其他DVH参数比较的差异无统计学意义( P>0.05)。 结论:三维后装放射治疗中控制驻留时间变化幅度的方法是可行的，采用GBPO制定的计划在靶区覆盖和危及器官保护方面与IPSA计划相似，GBPO可集成在三维后装放射治疗计划系统中。

目的:在宫颈癌腔内联合组织间插植近距离治疗(IC/ISBT)中，基于剂量学及生物学模型的帮助，进行图形优化(GO)、模拟退火逆向计划优化算法(IPSA)和混合逆向计划优化算法(HIPO)的比较分析，为宫颈癌IC/ISBT治疗优化方法的选择提供依据。方法:选取65例接受影像引导下IC/ISBT的宫颈癌患者。所有患者后装治疗计划分别采用GO、IPSA、HIPO优化的方式制定3次，处方剂量高危临床靶区体积(HRCTV) D90均为6 Gy。针对3种优化方案的用时、剂量-体积参数及放射生物学差异，采用非参数Friedman检验以及非参数Wilcoxon秩检验进行比较分析。 结果:逆向计划优化耗时均较正向计划耗时短，时间分别是GO 135.03 s、IPSA 46.53 s、HIPO 98.36 s，肿瘤靶区剂量中高剂量照射的 V150%(53.66%)在HIPO计划中略高，而高剂量照射的 V200%(30.29%)在GO计划中更高。GO的适形度指数( CI)(0.91)较其他计划更好，差异具有统计学意义( χ2＝69.98， P<0.001)。HIPO计划的膀胱与直肠的 D1 cm 3、 D2 cm 3受照射量较低，小肠受照射量与其他计划差异无统计学意义( P>0.05)。HIPO计划中HRCTV的等效均匀生物有效剂量(EUBED)(12.35 Gy)比GO(12.23 Gy)、IPSA(12.13 Gy)高，膀胱处的EUBED在GO(2.38 Gy)计划中最低，直肠处的EUBED在HIPO(3.74 Gy)计划中最低，小肠的EUBED 3种优化方式未见明显差异( P>0.05)。3种优化计划预测的肿瘤控制率(TCP)差异无统计学意义( P＝0.055)，HIPO计划预测膀胱与直肠的正常组织并发症概率(NTCP)比GO、IPSA计划低( χ2＝12.95~38.43， P<0.01)，小肠的NTCP未见明显区别( P>0.05)。 结论:3种优化方法中，两种逆向优化方式均较正向优化耗时短。GO计划较IPSA、HIPO计划更适形。HIPO计划可以增加靶区生物学覆盖剂量，减少膀胱与直肠处的最大物理或生物受照射量和NTCP。推荐优先使用HIPO作为宫颈癌IC/ISBT的优化算法。

目的:比较3D打印多通道施源器与常规阴道单通道施源器用于近距离治疗的剂量学差异，为宫颈癌术后患者的近距离治疗提供一定的指导依据。方法:选取25例自2019年1月—2020年11月接受 192Ir高剂量率近距离治疗的宫颈癌术后合并阴道上皮内瘤变Ⅲ级的患者，每位患者均采用3D打印多通道施源器和常规阴道单通道施源器进行CT扫描定位，并制定相应计划及评估，运用逆向剂量优化算法计算后得出剂量体积直方图，比较两组施源器用于近距离治疗时的高危临床靶区、膀胱及直肠受照剂量的差异，选择最优计划实施治疗。 结果:采用3D打印个体化多通道施源设计计划的D 90%、D 100%、V 100%、V 150%与常规单通道施源器设计的计划相比，差异均无统计学意义( P>0.05)；膀胱、直肠的D 2cm 3与常规相比均明显降低，差异有统计学意义(均为 P<0.05)。 结论:采用3D打印技术制作的多通道个体化施源器靶区适形性好，可更好地保护膀胱和直肠，有一定的治疗优势。

目的 比较妇科肿瘤近距离三维后装放疗计划4种不同优化方法的剂量学差异,为妇科肿瘤三维后装治疗优化方法的选用提供依据.方法 回顾性选取CT引导下三维后装腔内联合组织间插植/组织间插植的妇瘤患者110例,依据原始图像重新制定4组计划,分别为基于图形优化的正向计划Gro,基于模拟退火逆向优化算法IPSA1、IPSA2(IPSA2是在IPSA1基础上增加体积剂量限值),以及基于混合逆向优化算法HIPO.比较4组计划中CTV的体积剂量参数V200、V150、V100、D90、D98、适形度指数CI,以及膀胱、直肠、乙状结肠D2cc、D1cc、D0.1cc剂量参数.结果 正向计划优化时间相较于逆向优化时间较长,其次是HIPO优化.剂量学方面对比,逆向优化HIPO计划的HRCTV D90、D98、V100参数优于正向优化和IPSA,逆向优化IPSA1、IPSA2、HIPO三组的HRCTV D90、V100高于正向优化Gro,差异有统计学意义(P<0.05);4组计划靶区适形指数CI接近,差异无统计学意义(P>0.05);危及器官方面,HIPO计划的膀胱、直肠D2cc所受剂量低于其他3组,对于膀胱吸收剂量,正向优化Gro与IPSA1、HIPO相比差异有统计学意义(P<0.05);对于直肠,IPSA1、IPSA2、HIPO组的D2cc、D1cc参数优于Gro,差异有统计学意义(P<0.05);4组计划的乙状结肠剂量参数接近,差异无统计学意义(P>0.05).结论 对于妇科肿瘤近距离三维后装放疗计划,正向与逆向优化均能满足临床要求,使用逆向HIPO优化可实现更好的靶区覆盖以及减少膀胱、直肠受量,设计时间也可接受,在计划首次优化时推荐使用,实际临床可结合图形优化人工微调以获得更为个体化的计划剂量分布.

目的:开发一种基于深度学习的施源器自动重建系统,以实现CT引导妇科近距离治疗中Fletcher施源器高效准确地自动重建.方法:施源器自动重建系统分为两个部分:应用2.5D的DpnUNet分割CT图像上的施源器掩膜;通过三维连通区域算法以及骨骼提取算法获取数字化的施源器管道中心线.选取2022年7月至2023年7月在北京协和医院接受妇科近距离放射治疗的68例患者资料,将其中10例患者CT计划作为测试集,将58例患者CT计划采用十折交叉验证方法用于训练,对开发的施源器自动重建系统结果与手动重建结果进行几何一致性比较,并通过三维后装逆向优化计划设计获取剂量学指标高风险临床靶体积(HR-CTV)、90%和98%靶区体积剂量(D90、D98),膀胱、直肠、乙状结肠和小肠的接受最大照射剂量的2 cc体积内的最小剂量(D2cc),探究自动重建系统的临床可用性.结果:在10例测试集患者数据中,自动重建与手动重建的宫腔管以及左右穹窿管中心线顶端平均距离分别为0.335、0.361和0.362 mm,中心线之间的平均豪斯多夫距离(HD)分别为0.398、0.367和0.324 mm;保持驻留位置和驻留时间一致的情况下,两种计划的剂量体积直方图(DVH)参数差异均＜2%,具有很高的几何一致性以及临床价值.结论:施源器自动重建系统能够实现高精度的Fletcher施源器的全自动重建,降低潜在的人为错误概率,并提升临床工作效率.

目的 自主研发一套可用于三维近距离治疗计划的系统,以满足三维近距离治疗计划设计的基本要求.方法 该系统以Visual C++为开发平台,支持DICOM协议,采用窗口式交互界面,通过菜单或按键方式实现操作功能.结果 该系统包括患者信息、勾画、近距离计划以及系统配置等模块,可实现患者数据管理、靶区和危及器官的勾画、施源器重建、剂量计算、逆向优化以及剂量评估等功能.使用本系统和商用计划系统进行近距离治疗的计划设计,验证本系统优化算法和剂量计算算法的准确性,结果显示,两种计划系统在剂量体积直方图参数的偏差均小于0.53%,γ通过率均在98.24%以上.结论 研发的三维近距离治疗计划系统操作简单,运行稳定,可实现临床三维近距离治疗的计划设计工作,可用于临床.

目的:比较手动的正向计划(manual forward plan,M-FP)、手动靶点的逆向计划(manual shot in-verse plan,MS-IP)和自动靶点的逆向计划(automatic shot inverse plan,AS-IP)在听神经瘤靶区和危及器官(organ at risk,OAR)的剂量学差异.方法:回顾接受伽玛刀治疗的26 例听神经瘤患者,分别重新设计M-FP、MS-IP和AS-IP.比较靶区剂量分布、照射时间和OAR剂量参数.结果:靶区剂量分布两种IP的覆盖率、选择性、Paddick适形度指数(PCI)均好于M-FP,差异有统计学意义(P<0.05),两种IP之间差异无统计学意义(P>0.05);AS-IP的梯度指数(GI)略高于其余两种计划,与M-FP比较差异无统计学意义(P>0.05),与MS-IP比较差异有统计学意义(P<0.05);三种计划的照射时间从高到低依次为M-FP、MS-IP、AS-IP,两两比较差异均有统计学意义(P<0.05).OAR的剂量两种IP耳蜗的Dmax、Dmean均低于M-FP,差异有统计学意义(P<0.05),两种IP之间差异无统计学意义(P>0.05);三种计划脑干的Dmax、D0.1 cc、Dmean差异均无统计学意义(P>0.05).结论:Leksell伽玛刀GammaPlan中的IP在优化过程中可能是一种次优的计划,但与FP相比,IP的靶区剂量分布略优,对小体积OAR保护更好,治疗时间上也体现出明显优势.如果未来进一步完善优化模式,或许对临床患者个体化的治疗有重要意义.

目的:探究在局部进展期直肠癌术前新辅助短程放射治疗中最小子野宽度(MSW)设置对容积旋转调强放射治疗(VMAT)计划的剂量学和质量参数的影响.方法:采用随机数表法选取在医院完成直肠癌术前新辅助短程放射治疗的29例患者,采用Monaco治疗计划系统(TPS),依据调强放射治疗逆向计划优化中最小子野宽度参数设置,为每例患者设计MSW0.5、MSW1.0、MSW1.5和MSW2.0的4种VMAT计划,MSW分别设置为0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm和2.0 cm,在相同优化函数限制条件下进行计算,并采用三维剂量验证系统进行计划验证,分析比较4种计划的靶区和危及器官(OAR)的剂量学2%、50%和98%靶区体积的受照剂量(D2、D50、D98)、最大剂量(Dmax)、最小剂量(Dmin)、平均剂量(Dmean)、107%处方剂量覆盖的体积(V107%)、均匀性指数(HI)和适形度指数(CI)差异;通过机器跳数和γ通过率结果分析MSW对计划执行质量的影响.结果:计划靶区中4种计划之间D98、D2、Dmin及V107%具有统计学差异,而D50、Dmax和Dmean则无统计学差异;4种计划的靶区剂量HI、CI和机器跳数比较,差异有统计学意义(x2=25.561,x2=32.298,x2=85.841;P＜0.05).在OAR中,MSW0.5和MSW1.0对股骨头、膀胱和小肠的保护能力优于MSW1.5和MSW2.0,4种VMAT计划之间机器跳数随MSW设置增加而依次减小,MSW2.0的机器跳数显著小于其余3种计划,其差异有统计学意义(x2=85.841,P＜0.05);γ通过率方面,在2mm/2%和1mm/1%标准下,MSW0.5的γ通过率低于其余3种计划;在3mm/3%标准下,MSW0.5与MSW1.0相当,且均低于其余2种计划,其差异有统计学意义(x23mm/3%=64.959;P＜0.05).结论:在直肠癌术前新辅助短程VMAT计划中,MSW设置为0.5 cm和1.0 cm时,能够获得略好的靶区处方剂量覆盖和OAR保护,MSW设置为2.0 cm时能够满足临床要求的同时具有更小的机器跳数和更好的计划验证通过率.