使用小动物辐射研究平台在胶质母细胞瘤大鼠模型中基于正电子发射断层扫描的剂量绘画放射治疗

该协议描述了使用内部开发的算法在大鼠胶质母细胞瘤模型中基于PET的临床前放疗的优化工作流程。优化的方法有利于自动化，并且与以前开发的工作流程相比，耗时更少。麻醉一只含有7至8毫米直径肿瘤的F98胶质母细胞瘤大鼠后，在PET采集前一小时注射10至12兆贝克勒氟-18 FET溶解在200微升盐水中的侧尾静脉。

让动物恢复意识，而示踪剂分布在全身。同时，固定充满MRI PET试剂的毛细管，以便于共同注册。然后再次麻醉动物并将其放在多模态床上。

使用钩环紧固件固定动物，以在成像和微辐照期间保持固定位置，然后在多模态成像和治疗期间用气泡包裹动物以保持其体温。注射PET示踪剂一小时后，进行PET扫描。使用最大似然期望最大化算法的30次迭代，将PET扫描重建为0.4毫米体素大小的3D体积。

接下来，将MRI造影剂注射到尾静脉中，然后将仍然固定在MRI扫描仪的动物支架中的多模态床上的大鼠。执行定位器扫描，然后执行对比度增强的 T1 加权旋转回波序列。然后将仍固定在多模态床上的动物放在固定在微辐照器上的四轴机器人定位台上的塑料支架上。

执行高分辨率治疗计划锥形束 CT，需要在 360 度范围内总共进行 360 次投影。重建CT图像，各向同性体素尺寸为0.275毫米。对于图像协同配准，请将三个图像模态放入一个文件夹中，然后将转换后的图像导入 MATLAB。

接下来，运行剂量绘画共配准 MATLAB 脚本，该脚本将 DICOM 图像转换为 NIfTI 格式，使用一毫米全宽半最大高斯滤镜过滤 PET 图像，裁剪 PET 图像并将图像中心彼此靠近，并使用统计参数映射执行实际的刚体共配准。在进行治疗计划之前，评估自动共同注册的结果。要应用方法一，请运行剂量绘制辐射规划 MATLAB 脚本，并将三种不同的成像模式加载到 MATLAB 应用程序中。

接下来，在T1加权MRI扫描的横向，矢状面和额视图的对比度增强周围放置一个宽大的边界框。保存边界框的位置，然后完成该框。使用阈值确定对比度增强的音量。

如果选择了多个区域，则仅选择最大体积，其中心被视为第一个为放射治疗提供规定剂量的同位中心。将先前确定的 MRI 对比度增强在每个方向上扩展 10 个像素。如果检测到多个区域，则仅保留最大的PET体积，其中心被认为是第二个等中心，以提供规定的放射治疗剂量。

对于第一个等距中心，使用三个非共面弧在卧床位置为零，负45度和负90度，分别为120度，120度和60度，提供2， 000厘米的规定剂量。使用 10 x 10 毫米的固定准直器尺寸。但是，对于较小的肿瘤，请使用适当的尺寸，例如五×五毫米。

对于第二个等距中心，使用三个非共面弧在卧床位置零，负45度和负90度提供800厘格雷的规定剂量，龙门架旋转分别为120，120和60度。使用一毫米的固定准直器尺寸。计算动物体内的剂量分布和光束传递参数。

要应用方法二，请如前所述将三种不同的成像模式加载到 MATLAB 应用程序中，然后在氟-18 FET PET 图像的横向、矢状和正面视图的对比度增强周围放置一个宽大的边界框，并保存边界框的位置。定型边界框后，使用适当的 MATLAB 脚本确定等中心中的 V50、V60、V70、V80 和 V90，以及引导电动可变准直器所需的每个光束的钳口尺寸。要为V50提供分布在16个光束上的2， 000厘格雷和为V60至V90提供分布在40个光束上的800厘米的剂量，请选择MATLAB脚本生成的输出文件并将56个光束导入治疗计划软件。

在验证所有56个光束都已正确导入后，计算动物体内的剂量分布和光束传递参数。两种基于PET的剂量绘画放射治疗方法均应用于三种不同的病例。病例 1 具有球形均质 PET 摄取，而病例 2 和 3 具有环形摄取，其中 PET 摄取减少很可能是坏死组织。

方法二的剂量体积直方图比方法一的剂量体积直方图系统地更接近理想剂量分布。在用方法一治疗时，在病例2和3中，大量的肿瘤体积接受的照射不足。方法一的D90和D50值远低于方法二。

理想情况下，Q 体积直方图在 Q 值等于 1 时急剧下降。方法二的剂量分布总是比方法一更接近剂量目标。此外，方法二的整体Q因子优于方法一。

这种方法是朝着逆向规划迈出的关键一步，逆向规划通常用于临床常规，并进一步缩小了临床前放射研究与临床之间的差距。