模拟动力学方法应用于调强放射治疗的研究

通过建立调强放射治疗计划中的笔束强度和模拟动力学系统中的粒子位置之间的联系,模拟动力学方法可以应用于解决调强放射治疗中的优化问题.本文研究了模拟动力学方法在肿瘤的临床调强放射治疗中的应用.研究表明,在引入软约束、硬约束和剂量体积约束等约束条件后,模拟动力学方法可以满足临床的调强放射治疗计划的要求.     

模拟动力学方法应用于调强放射治疗的研究

通过建立调强放射治疗计划中的笔束强度和模拟动力学系统中的粒子位置之间的联系，模拟动力学方法可以应用于解决调强放射治疗中的优化问题。本文研究了模拟动力学方法在肿瘤的临床调强放射治疗中的应用。研究表明，在引入软约束、硬约束和剂量体积约束等约束条件后，模拟动力学方法可以满足临床的调强放射治疗计划的要求。     

IMRT治疗计划的多目标优化问题

针对形调强放射治疗(IMRT)治疗计划逆向设计的需要,建立了IMRT治疗计划的多目标优化模型.该模型将病灶和健康组织辐照剂量作为约束条件,以剂量均匀性和健康组织与病灶的剂量梯度差作为目标函数.以该模型为基础,采用遗传算法实现了IMRT治疗计划系统优化.经实例计算,获得的剂量分布和病灶形状相比具有较好适形性,且健康组织剂量和病灶组织剂量有很大差别,治疗增益比高.此外,采用的遗传算法能较快收敛,实例计算证明了该模型的适用性和算法的有效性.     

Monte Carlo方法在放射治疗计划剂量计算中的应用

为了在放射治疗计划系统中的临床应用,探讨Monte Carlo剂量计算方法。应用已经建立Monte Carlo虚拟源模型,针对一例食道肿瘤病例,完成该食道癌患者放射治疗计划各个射野的剂量计算,并进行了计划设计。研究发现,高剂量区与计划靶区(PTV)保持了很好的适形,关键器官的照射量很小,得到了很好的保护。结果表明,用Monte Carlo虚拟源剂量计算模型生成的剂量分布符合临床放射治疗的实施原则,治疗计划靶区得到了高剂量照射,危险器官受照剂量远低于耐受剂量。由于该模型的精确性,完全可以替代现有的解析型剂量计算模型。     

EDose软件在锥筒计划剂量验证中的应用

通过使用软件Varian公司的Trilogy加速器自带的EPID配合EDose软件和德国IBA公司的RAROR Chamber以及与其配套的DOSE1剂量仪和RW-3固体水分别对12例锥筒计划进行绝对剂量验证,记录并分析使用EDose软件时在不同标准下绝对剂量γ通过率和使用电离室时的点剂量验证结果。发现采用γ(3%/3 mm)、(3%/2 mm)、(2%/2 mm)标准时,EDose软件验证的绝对剂量γ通过率分别为(99.59%±0.33%)、(96.96%±1.27%)、(95.48%±1.37%),等中心处绝对剂量偏差为0.27%±1.02%;电离室测量的等中心处绝对剂量偏差为-0.03%±1.20%,最大偏差是-1.82%。两种验证方法的验证结果均满足临床治疗的要求且无统计学差异。结果表明基于电子射野影像系统(EPID)的EDose软件可以用于锥筒计划的剂量验证,而且可以提供二维剂量分布,操作更加方便,同时可以节约科室成本。     

26例鼻咽癌整体挡铅与MLC照射野比较分析

近年来,随之放疗技术的发展,适形放疗技术被广泛应用,医用直线加速器普遍配备标准MLC,MLC的应用使放射治疗效率大大提高,也使静态和动态调强放疗技术的实施成为可能。本研究利用我院两种型号加速器MLC所形成的照射野,结合26例鼻咽癌患者使用的整体挡铅射野,分析各自形成的剂量半影,比较其优劣为使用同类型放疗设备的同行提供借鉴,更好的使用现有设备。     

全身伽玛刀及其适形调强治疗

介绍了立体定向伽玛射线全身治疗系统(全身伽玛刀)的基本原理、关键技术及特点,推导了全身伽玛刀的剂量计算模型,并以此为基础探讨了其在适形调强放射治疗方面的应用.该设备采用多束伽玛射线旋转聚焦,能对肿瘤病灶自动定位、可在治疗过程自动更换焦点大小、对体部肿瘤病灶进行自动辐照,是一种自动化程度高、安全可靠、具有完全自主知识产权的大型放射治疗设备.在IMRT治疗计划系统配合下,能进行体部及其他部位肿瘤的精确适形调强治疗.该设备目前已在全国50多家医院使用,疗效显著.     

直肠癌静态调强与容积旋转调强放疗剂量学研究

目的比较直肠癌术后放疗中静态调强放疗(IMRT)和容积旋转调强放疗(VMAT)的剂量学差异,为临床治疗方法的选择提供参考.方法对10例Ⅱ～Ⅲ期直肠癌术后放疗患者分别进行双弧VMAT和7野IMRT的计划设计,利用剂量体积直方图评价靶区剂量分布以及危及器官的照射剂量,并进行比较分析.结果 IMRT和VMAT治疗计划的治疗剂量均能满足临床要求.IMRT和VMAT计划的适形指数(CI)及均匀指数(HI)比较差异均无统计学意义.IMRT和VMAT计划的正常组织如小肠、膀胱、骨盆和股骨头的剂量均相似.IMRT和VMAT计划的平均机器跳数分别为581.80和960.37(P=0.001),相应的治疗时间分别为558 s和170 s(P=0.003).结论直肠癌VMAT和IMRT计划均可满足患者临床要求,采用VMAT计划的患者治疗时间明显缩短,治疗效率明显提高.     

用于逆向计划设计的整合优化方法

针对调强放射治疗逆向计划设计中两步法优化算法在临床需求和硬件需求之间不能很好协调的问题,提出了一种新的整合优化方法.在强度图优化中,将传统的在目标函数添加平滑项改为在约束中添加总机器跳数约束项;另外在两个优化过程中加入反馈过程,依次求取各射野的子野序列.与目前已有的基于全变差平滑的算法在临床测试病例上进行了对比实验,结果表明,当总机器跳数和总子野个数分别为50和30时,新方法的目标值(43.195 2)远低于基于全变差平滑算法的目标值(72.154 7).     

千伏级锥形束CT在摆位误差对鼻咽癌放疗剂量分布影响中的应用探讨

目的：探讨千伏级锥形束CT在鼻咽癌调强放射治疗中摆位误差的监测及分析鼻咽癌（NPC）调强放射治疗（IMRT）中误差对靶区和危及器官物理剂量学的影响。方法：随机抽取鼻咽癌患者5例。应用医科达Synergy肿瘤治疗系统IGRT-CBCT（Conebeam CT,CBCT）,每次照射钱获取X线容积图像（XVI）,将CBCT图像与计划CT图像靶中心匹配。获得x（左右）、y（头脚）、z（腹背）方向误差,并通过Pinnacle治疗计划系统研究误差在鼻咽癌放疗中对剂量分布的影响。结果：系统误差（均数）±随机误差（标准差）在x、y、z方向分别为（-0．55±1．14）mm、（-0．20±2．52）mm、（-0．56士1．18）mm,GTVnd总剂量变化范围0．29—11．54％,GTVnx为-0．27～0．54％,左晶体为-11．95～0．10％,右晶体为-18．27— -0．04％,脊髓为-0．15～8．35％,脑干为-5．50—6．15％。结论：鼻咽癌IMRT具有一定程度的摆位误差。在KV—CBCT系统下进行实时摆位误差纠正,可进一步降低摆位系统误差和随机误差,提高摆位精度。并提高靶区及周围器官所受计量的准确性。     

三维治疗计划系统(3D-TPS)检测

三维治疗计划系统已经成为肿瘤放射治疗的重要工具，通过研究分析三维治疗计划系统的基本功能和放射治疗的流程，对北京大学肿瘤物理诊疗中心开发的三维治疗计划系统中的剂量计算进行了实验验证测试，测试结果显示该计划系统能够满足常规放射治疗的要求，它的完成标志着我国在3D-TPS系统的使用已经进入的临床使用阶段。     

立体定向放射治疗非小细胞肺癌疗效观察

研究立体定向放射治疗非小细胞肺癌的疗效及早期并发症的发生率。1999年12月至2003年10月，107例非小细胞肺癌。采用美国拓能公司立体定向治疗计划系统设计放射治疗计划，剂量体积直方图(DVH)评价和优化放射治疗计划，计划靶区为临床所见肿瘤区外放1．0～1．5cm，计划照射剂量为60～75Gy(中位剂量68Gy)，2．2～3．0Gy／次，1次／d，5d／周，由美国瓦里安CL2100加速器照射，射野为固定野和非共面野或者大旋转弧。按照美国放射治疗协作组(RTOG)和世界卫生组织(WHO)标准观察急性放射反应和疗效。疗效(CR PR)为88％(94／107)，(NC PD)即无效病例为12％(13／107)。1～3年生存率分别为85．78％、49．02％、23．88％。根据RTOG分级，急性放射性食道炎发生率，1～2级13．1％(14／107)，3级0．93％(1／107)，急性放射肺炎发生率1～2级26．2％(28／107)，3级2．8％(3／107)，WBC减少发生率1～2级19．6％(21／107)，3级0．93％(1／107)，PLT减少发生率1～2级14．9％(16／107)，3级1．9％(2／107)。107例患者的随访日期为3～46月，(中位24月)随访100％。立体定向放射治疗采用大弧旋转 固定野照射，方法可行，有较好的疗效，早期并发症较低，能为患者耐受，更长期治疗效果及并发症有待进一步观察。     

利用快速逼近法求解放射治疗最优化问题的研究

在放射治疗中，逆向治疗计划的实质是最优化问题，目前人们用各种方法求解这一问题，傅立叶变换方法，Radon变换法和投影算法等解析方法可能导致物理上无法实现的负束流问题，迭代法和内，外罚函数法，梯度法及牛顿下山法等又可能落入局部极值阱，从而无法求得最优解，模拟退火法在理论上可能克服以上困难，但计算效率低，因此，发展逆向治疗计划最优化算法仍是这一领域的难点和热点，作者使用一种最优化--快速逼近法，通过计算机程序证明，该算法对逆向放射治疗是很有效的。     

放射治疗机最佳适形多叶组合光栅叶片形状设计

讨论了三维适形放射治疗中的多叶组合光栅叶片形状设计.根据放射治疗中剂量精确适形的要求,确定了多叶组合光栅叶片侧面的梯形聚焦形式和榫槽配合防漏射结构.使用遗传算法对叶片端面形状进行了优化设计,使端面产生的半影大小和一致性得以改善.针对几种典型的射野参数进行了设计计算,结果表明优化设计的端面形状在任何叶片位置所产生的半影接近于常数,设计的叶片形状可达到最佳剂量适形效果.     

基于多核的并行模拟退火放疗计划优化加速方法

为了满足图像导引(imaging guided radio therapy,IGRT)的实时四维适形调强逆向放疗计划在临床实施的需要,用一台HP桌面型工作站和OpenMP多线程库,试验了用多核并行计算技术实现的模拟退火逆向治疗计划快速全局优化算法,并将其应用在一个虚拟体模和4个临床病例的优化中。实验结果表明：基于多核的并行计算技术能大幅度提高逆向放疗技术的优化计算的效率;进一步选用更多核的并行计算机图像工作站,该技术可以满足目前大多数4D医学成像的临床需要。     

GPU加速技术在治疗计划系统剂量计算中的应用

基于CUDA编程技术,研究了如何将NVIDIA的GPGPU模型应用于剂量计算,并首次将该技术应用于基于点核卷积/迭加模型的三维放射治疗计划系统商业化产品.本工作对原有剂量计算模型做了改进,使其可以在device端进行并行处理.在程序架构设计中使用MFC导出类及动态库技术,避免了大量代码移植工作.对结果数据进行了比较与分析,确定了基于特定显卡效率最高的thread数目.结果表明:基于实际患者计划数据执行结果的评估,采用GPU技术加速,大大提高了系统剂量计算速度,使射野剂量计算速度在1 s以内,大大增强了产品市场竞争力.     

基于多核的并行模拟退火放疗计划优化加速方法

为了满足图像导引(imaging guided radiotherapy,IGRT)的实时四维适形调强逆向放疗计划在临床实施的需要,用一台HP桌面型工作站和OpenMP多线程库,试验了用多核并行计算技术实现的模拟退火逆向治疗计划快速全局优化算法,并将其应用在一个虚拟体模和4个临床病例的优化中。实验结果表明:基于多核的并行计算技术能大幅度提高逆向放疗技术的优化计算的效率;进一步选用更多核的并行计算机图像工作站,该技术可以满足目前大多数4D医学成像的临床需要。     

胸腹膜真空袋体位固定技术在胸腹部肿瘤放疗中的临床应用

目的探讨胸腹膜真空袋体位固定技术运用于体胸腹部肿瘤放疗的临床应用价值。方法随机抽取实施胸腹部放疗患者30例采用Med Tec胸腹膜加真空袋成型体架固定完成放射治疗,另随机抽取30例胸腹部放疗患者实施非胸腹膜真空袋成型体架固定(指用沙袋、胸腹带体位固定完成放射治疗),通过放射治疗计划系统(TPS)数字影像DRR图象及模拟定位机摄片与放疗投照前、后射野验证片上的相关点的偏移情况与对照组测量比较,探讨采用胸腹膜真空袋成型体架固定技术完成放射治疗过程的误差及临床应用价值。结果可控制患者在治疗过程中的不自主移动,有效控制定位与摆位的误差。结论胸腹膜真空袋成型体架固定技术的偏差明显少于非胸腹膜真空袋成型体架固定技术,在胸腹部肿瘤放疗中的应用是可行的。     

三维适形及调强放疗技术在非小细胞肺癌中的临床应用

目的探讨适形调强放疗在非小细胞肺癌中的临床疗效。方法选择非小细胞肺癌患者83例，实施三维适形和调强放射治疗。结果完全缓解（CR）25例（30．1％），部分缓解（PR）53例（63．9％），无变化（NC）5例（6．0％）。总有效率为94．0％，临床疗效满意。结论三维适形及适形调强放疗在局部中晚期NSCLC患者的治疗中起着非常重要的作用。     

胸腹膜真空袋体位固定技术在胸腹部肿瘤放疗中的临床应用

目的 探讨胸腹膜真空袋体位固定技术运用于体胸腹部肿瘤放疗的临床应用价值.方法 随机抽取实施胸腹部放疗患者30例采用Med Tec胸腹膜加真空袋成型体架固定完成放射治疗,另随机抽取30例胸腹部放疗患者实施非胸腹膜真空袋成型体架固定(指用沙袋、胸腹带体位固定完成放射治疗),通过放射治疗计划系统(TPS)数字影像DRR图象及模拟定位机摄片与放疗投照前、后射野验证片上的相关点的偏移情况与对照组测量比较,探讨采用胸腹膜真空袋成型体架固定技术完成放射治疗过程的误差及临床应用价值.结果 可控制患者在治疗过程中的不自主移动,有效控制定位与摆位的误差.结论 胸腹膜真空袋成型体架固定技术的偏差明显少于非胸腹膜真空袋成型体架固定技术,在胸腹部肿瘤放疗中的应用是可行的.