数值方法分析电子线笔形束模型的能量展宽函数

目的:探讨用离轴比曲线分析电子束照射野笔形束模型能量展宽函数的方法.方法:用PTW mp3三维水箱测量Synergy加速器所有电子束能量、限光筒、空气间隙在不同深度的射野离轴比曲线.用数值分析方法对射野离轴比曲线进行分析,得到电子线照射野笔形束模型能量展宽函数σp(z)随电子束标称能量、限光筒大小和限光筒底端面到体模表面空气间隙变化的规律.将计算得到的σp(z)输入到PLATO治疗计划系统,计算吸收剂量,并与相同条件下用0.6 cc电离室剂量仪测量的结果进行比较.结果:能量展宽σp(z)随深度增加而变大,接近电子最大射程末端,很快减小,呈液滴状分布.能量展宽和电子的标称能量以及限光简大小有关,这主要是电子在体模中的单次和多次散射作用引起的.能量展宽随限光筒低端面到体模表面的空气间隙线性变化.标准条件下吸收剂量的计算值和测量值很接近,最大误差小于±5%.结论:电子束照射野笔形束模型充分考虑电子在体模内的作用特点和过程,是比较好的计算模型.用射野离轴比数据分析电子束照射野笔形束模型的特征参数.结果准确可靠.     

蒙卡剂量算法(XVMC)在胸部肿瘤调强放射治疗计划设计中的临床价值

目的:比较蒙卡剂量算法(Monte Carlo)和笔形束剂量算法(Finite Site Pencil Beam)在胸部肿瘤调强放射治疗计划设计中对计划结果的影响。方法:在MONACO(CMS)治疗计划系统中,分别使用其内嵌的光子蒙卡(XVMC)剂量算法和笔形束剂量算法,对5例胸部肿瘤病例比较其靶区和危及器官的剂量。结果:蒙卡方法得到的结果和笔形束算法的结果相差较大。结论:对于组织密度差异较大的胸部肿瘤病例,特别是使用调强放射治疗技术时,用XVMC剂量算法评估放射治疗计划更准确。     

基于共轭梯度法的调强算法的实现

目的：研究调强放射治疗（IMRT）的具体实现与约束条件的表述。材料与方法：在每个射野方向上，利用真实的笔形束剂量分布数据，并加入机头散射、组织补偿等因素，计算得到单位剂量笔形束在特定位置形成的剂量分布。在优化过程中，以此笔形束剂量分布为依据进行剂量计算。用Visual C＋＋6．0编写基于共轭梯度法的IMRT的算法实现，并考虑多种约束条件。最后求解优化的射野笔形束权重，并加以分析。结果：在TPS软件中集成IMRT功能，并进行模拟病例的优化，获得了高适形度的剂量分布，满足DVH约束。结论：结合特定的约束条件，共轭梯度法能有效的优化射野笔形束权重，并且有较快的计算速度，有广阔的应用前景。     

侧向电子失衡对肺部肿瘤放射治疗计划设计的影响

目的 :分析高能X射线通过低密度的肺组织时 ,侧向电子失衡对肺部肿瘤放射治疗计划的影响。方法 :用 6MV和 18MVX射线对一例肺癌进行三维适形治疗 (3D CRT)计划设计 ,并用Helax TMS计划系统提供的笔形束算法和筒串算法对两种能量下的布野方案相同的 3D CRT计划进行剂量计算 ,比较靶区及危及器官的剂量分布、DVH等指标。结果 :采用笔形束算法 6MV与 18MV计划的等剂量线和DVH相近 ,18MV计划的靶区剂量均匀性略优于 6MV计划 ;而当采用能进行电子侧向散射修正的筒串算法时 ,靶区的高剂量覆盖程度明显变差 ,18MV计划靶区剂量亏损更为显著 ,6MV计划高剂量覆盖靶区的程度优于 18MV计划 ;不同能量、算法下肺和脊髓的受量基本相同。结论 :对于肺部肿瘤 ,剂量计算应采用能够准确修正不均匀组织影响的算法 ,非调强放射治疗时最好使用 6MVX射线。     

CollapsedCone光子束剂量计算方法研究

剂量计算是放射治疗计划系统的核心,与常用的笔形束剂量计算方法相比,collapsed cone卷积/叠加剂量计算方法具有更高的计算精度,为此我们研究了collapsed cone卷积/叠加剂量计算方法及加速算法,开发了一套基于collapsed cone卷积/叠加剂量计算方法的光子束放射治疗计划系统,并运用蒙特卡罗方法...     

气腔存在和小野条件下不同光子剂量算法的计算精度比较

为了评估放射治疗剂量计算最常用的笔形束(PB)算法、卷积叠加(CS)算法处理小野且气腔存在条件下的计算精度,建立一包含气腔的水模体,分别用PB算法、CS算法和蒙特卡罗(MC)模拟计算1cm×1cm～7cm×7cm射野条件下该模体中的深度剂量和离轴比,并以MC模拟为标准比较深度剂量和离轴比曲线的扩展半影(自定义为10%～90%等剂量线之间的宽度)。研究结果显示PB算法和CS算法均高估了深度剂量,相比之下PB算法高估的程度更严重;CS算法计算的离轴比和MC模拟接近,向两侧发散,而PB算法计算的离轴比无明显发散。这表明在小野且气腔存在的情况下,PB算法和CS算法的计算精度都不高,但相对来说CS算法的计算精度高于PB算法。     

PBC算法与AAA算法在肺癌调强放疗中的剂量学比较

目的:分析、比较笔形束卷积算法(PBC)和各向异性解析算法(AAA)在非小细胞肺癌(NSCLC)调强放疗计划设计中的剂量学差异。方法:随机选择7例NSCLC患者,采用Eclipse version 7.3.10计划系统提供的PBC算法和AAA算法对每例NSCLC进行IMRT的计划设计,比较靶区及危及器官的剂量分布、DVH等指标。结果:两种算法获得治疗计划的靶区剂量均匀性和适形度均无明显差别,食管、心脏、脊髓等危及器官的受量也基本相同。结论:对于NSCLC,剂量计算应采用受呼吸时相影响更小的AAA算法。     

基于点核构建的笔形束模型在逆向调强中的应用

本文基于点核叠加的剂量计算模型,提出了一种由点核叠加构建的笔形束核进行剂量计算的方法,这种方法可大大提高调强放射治疗(IMRT)优化迭代过程的剂量计算速度,使得基于点核叠加技术的计划系统得以集成直接孔隙的逆向调强技术。通过对模体及临床实际病例进行试验,结果表明此方法在提高剂量计算速度的同时,也保证了迭代过程剂量计算的精度,从而保证了与使用精确剂量计算模型得到的优化结果相一致,完全可用于调强优化过程中的剂量计算。在基于点核叠加剂量计算模型的计划系统中使用该方法,可以避免重新研发笔形束剂量计算模型以及产品维护造成的成本大量增加。     

食管癌患者CBCT图像剂量计算准确性的分析评估

目的:分析探讨食管癌患者利用锥形束CT(CBCT)图像进行剂量计算应用的可行性。方法:选择8例经过旋转调强放疗的食管癌患者,利用自主研发ART软件实现患者扇形束CT(kVCT)和首分次CBCT的准确形变配准及计划映射,同时采用直方图匹配方法对CBCT的HU值进行修正;将所得CBCT计划导入到原系统采用kVCT的HU-ED曲线及跳数重新完成剂量计算。结果:CBCT图像中各组织接受剂量及体积参数相对于kVCT偏差绝对值均小于1%。按照2 mm/2%/TH:10%标准,CBCT图像中各组织接受剂量相对于kVCT平均γ通过率均达99%以上。按照1 mm/1%/TH:10%标准,靶区平均γ通过率下降明显,最低为(82.59±16.16)%;各危及器官平均γ通过率仍可达98%以上。结论:本研究结果充分验证CBCT图像剂量计算精度,为自适应放疗中采用CBCT图像直接进行剂量计算奠定一定基础。     

Varian RapidARC直线加速器6 MeV-X线虚拟源模型的建立

目的:减少直线加速器commission过程的工作量,对加速器出束信息进行建模,使用蒙特卡罗方法进行剂量计算,并验证模型的准确性。方法:将光子束区分为初始光子束和散射光子束,分别用数学公式描述其能量和方向,建立虚拟源模型,使用蒙特卡罗方法计算在水中的剂量分布,与水箱中的测量数据比较。使用源模型计算病例计划,与商用TPS计算结果比较。结果:计算得到的PDD误差基本在1.0%以内,OAR误差在2.0%以内。在1例前列腺病例计划中,本方法计算得到的DVH曲线与不同TPS计算得到的结果基本一致。结论:本虚拟源模型方法可以很好地模拟直线加速器的出束信息,计算单个病例时间在40 s量级,可以实现病人治疗前实时的剂量验证,且有用于直线加速器自动commission过程的潜力。