背景与目的:迟滞现象是呼吸运动中常见的一种现象,而且每个患者各有不同,对于受呼吸运动影响的肿瘤病种如肺癌,放射治疗的精确实施与迟滞现象紧密相关,应被考虑到肿瘤运动行为的研究中。呼吸迟滞现象对于放射治疗剂量学影响的研究很少见,对于螺旋断层放射治疗剂量学影响的研究尚未见报道。本课题为国际上首次系统研究呼吸迟滞现象对肺癌螺旋断层放射治疗的剂量学影响,为肺癌螺旋断层放射治疗提供参考意见。方法:将MapCheck与配套校准模体、胶片配准模板和XY4D二维器官运动模拟系统形成模体组合,基于其兆伏CT影像进行实验计划设计。实验计划中靶区与各器官的轮廓和优化参数均来自患者临床计划,确保模体计划与临床情况相似。每个计划在静止状态和五个迟滞状态下(迟滞0,π/32,π 16,π/8和π/4)测量三次,每次测量开始于随机起始相位,三次测量结果的平均值用于剂量学影响分析。SNC Patient软件导入由自行开发的MATLAB程序修改的DICOM RT Structure文件,并在测量平面内对全局、靶区和每个器官进行显示和分析。在静止状态测量数据与计划计算数据的比较中,使用相对剂量模式的伽马指数分析,吻合距离阈值3mm和剂量差异3%。在各迟滞运动状态与静止状态的比较中采用剂量差异阈值为3%的绝对剂量差异全局归一分析。所有分析中采用的感兴趣区定义阈值均为10%。统计学分析采用Wilcoxon符号秩和检验,检验水准设为0.05。相关性分析采用斯皮尔曼等级相关系数,检验水准设为0.05。为了在三维空间模拟各种器官运动,尤其是呼吸迟滞现象,本课题设计制作一套器官运动模拟系统。该系统由模拟胸部解剖结构的仿真人模体(可变形胸部模体)、模拟靶区运动的靶区运动模拟装置与操控仿真人模体和靶区运动模拟装置的器官运动模拟软件三部分组成。使用三维器官运动模拟系统替代XY4D二维器官运动模拟系统,对代表性病例进行类似测量。结果:对于静止状态测量数据与计划计算数据的伽马指数分析,全局的通过率为99.11%±1.51%,靶区的通过率为98.97%±2.35%,各器官中通过率最低为左肺的98.91%±3.69%。对于各迟滞运动状态与静止状态的剂量差异分析,全局、靶区、左肺、右肺、心脏和胸壁在各迟滞运动状态下的平均通过率分别为34.54%、29.11%、26.28%、49.56%、34.75%和32.19%。全局、靶区和各器官在不同迟滞运动状态之间的通过率相似,只有左肺的迟滞π/32相对于静止的通过率与迟滞π/16相对于静止的通过率之间存在显著性差异,通过率分别为24.87%±10.97%和26.12%±10.6%。靶区及周边器官中,由于运动导致的相对于静止状态下的剂量增加和降低范围的分布随迟滞程度变化而发生形状上的变化。由于仿真人模体的重要组成部分无法实现,器官运动模拟系统方案改为包含靶区运动模拟装置和器官运动模拟软件两部分,在三个不同方向的程控步进电机的驱动下,实现三维平移运动,在前后方向、左右方向和头脚方向的最大运动行程分别为120mm、300mm和200mm。以碳纤维板作为实验模体或探测器的承载台,避免了金属成分对测试模体或探测器的成像和治疗照射过程中的影响。三维器官运动模拟系统测量代表性病例的结果与XY4D二维器官运动模拟系统的测量结果相比,通过率变化程度稍有不同,但通过率变化趋势相似。三维器官运动模拟系统与XY4D二维器官运动模拟系统运动周期最大差异0.11s(2.77%),运动幅度最大差异0.84mm(5.54%)。结论:静止状态测量数据与计划计算数据的高伽马指数分析通过率表明运动以外因素,如模体组合中的金属成分和半导体探测器的方向性等,对本课题涉及计划的影响有限。各迟滞运动状态对静止状态的影响取决于全局、靶区和各器官的不同而不同,但全局、靶区和各器官在不同的迟滞运动状态之间是相似的。迟滞状态变化导致靶区周边范围内器官的剂量差异随迟滞状态变化而变化,尤其是临近靶区的小体积危及器官。本课题提出的对剂量学影响按靶区和各器官分别分析的方法为器官运动的剂量学影响研究提供了更有针对性更全面的方法,是目前未见报道的方法。本课题研制的三维器官运动模拟系统基本满足本课题的实验需求,可实现复杂的三维器官运动模拟,是国内首次将三维器官运动模拟系统用于放射治疗的剂量学研究。