利用胶片剂量拟合测量呼吸门控时间延迟

【摘要】目的:通过对胶片剂量曲线的拟合来测量呼吸门控时间延迟,从而为临床治疗提供指导。方法:在呼吸门控治疗中使用模体带动胶片做周期运动,并提取相应的剂量曲线。然后使用Matlab软件模拟脉冲出束过程,根据每次脉冲出束形成的剂量曲线在胶片上的位置分布,计算出各像素点的累积剂量,从而得到在一个呼吸周期内形成的剂量曲线。比较不同呼吸门控延迟时间下的剂量曲线与胶片的实际剂量曲线,使用最小二乘法来寻找最优解,得到相应的门控时间延迟。结果:拟合胶片剂量曲线与实际剂量曲线有较好的一致性,开始出束时的门控延迟时间约为（252±20） ms,停止出束时的门控延迟时间约为（10±7） ms,开始出束时的门控延迟时间明显大于停止出束时的延迟时间。结论:基于胶片剂量拟合的方法可以精确地测量呼吸门控的时间延迟。对于任何门控设备,在临床使用前均需测试其门控延迟时间。     

呼吸门控放疗中呼吸基线波动对呼吸预测滤波器性能的影响

目的：评估基于瓦里安实时位置管理（RPM）系统的呼吸门控放疗中病人呼吸基线波动对呼吸预测滤波器（BPF）性能的影响。方法：分析20例RPM相位式呼吸门控放疗病例的参考呼吸波形和残余呼吸信号以及共146次治疗时的呼吸波形和残余呼吸信号,作以下处理：（1）将呼吸波形（包括参考和治疗时）经Savitsky-Golay平滑、峰值检测和异常点剔除后得到呼吸基线,计算其标准差做为衡量基线波动强弱的指标,计算各次治疗时基线波动相对于参考基线波动的相对偏差;（2）计算残余呼吸信号（包括参考和治疗时）标准差,将其作为衡量呼吸信号强弱的指标,同样计算各次治疗时残余呼吸相对于参考残余呼吸的相对偏差;（3）对基线波动偏差和残余呼吸信号偏差做Pearson相关性分析。结果：146次治疗中呼吸基线波动偏差最小值和最大值分别为-61.0%、752.3%,四分位数分别为42.8%、90.3%、161.7%;残余呼吸信号偏差最小值和最大值分别为-74.8%、174.0%,四分位数分别为-7.8%、15.1%、48.8%;残余呼吸信号偏差与基线波动偏差之间的相关系数为0.544,差异有统计学意义（P<0.01）;线...     

一种新的阻抗式呼吸检测系统的设计

设计了一种基于谐振状态下反射阻抗的耦合原理，以实现高灵敏度阻抗检测。该检测原理具有激励电流小、反应灵敏、电路简单等优点；除应用于胸部呼吸阻抗检测外，还可应用于其它人体器官生物阻抗的检测，具有广泛的应用前景。     

一种呼吸信号的检测方法

探讨呼吸波形的检测方法,针对现有方法的不足,提出了从肌电提取呼吸信号的检测方法—肌电频谱法。该方法首先利用FastICA算法消除胸部肌电信号中的心电信号成分,再对处理后的信号进行短时傅立叶变换,提取平均平移曲线得到呼吸波形。通过仿真及对实际信号的处理,表明该方法简单有效,可以准确地从肌电信号中提取呼吸信号。     

呼吸门控对呼吸运动引起组织位移造成靶区精度复位差的作用

背景：在常规高强度聚焦超声治疗中,如何避免呼吸运动引起的脏器组织位移从而影响辐照靶区定位精度及治疗的安全性是目前急需解决的问题。 目的：探讨在高强度聚焦超声治疗过程中,利用呼吸门控技术提高高强度聚焦超声治疗靶点定位精度的可行性。 方法：在相同声强、辐照时间情况下,利用压阻式微型呼吸传感器,基于呼吸门控技术控制高强度聚焦超声治疗设备对活体兔肝脏组织进行定点辐照,与用常规高强度聚焦超声治疗方法的定点辐照对比,并检测凝固性坏死的情况。 结果与结论：辐照后将动物解剖,取出其肝脏,找到辐照靶区,测得利用呼吸门控技术定点辐照的最大剖面焦区大小为 4.5 mm×2.0 mm,用常规的高强度聚焦超声治疗方法定点辐照的最大剖面焦区大小为9.0 mm×2.5 mm。提示呼吸门控技术能够有效消除呼吸运动引起组织移位造成的靶区定位精度的影响。     

一种基于可穿戴设备和智能手机的呼吸监测系统

目的呼吸运动是人体重要的生理活动之一,呼吸频率的变化能反映人体生理状况的好坏,因此呼吸频率的监测对于健康监护具有重要意义。方法本研究设计一种基于可穿戴设备和智能手机的呼吸监测系统。可穿戴式设备的主控芯片采用低功耗蓝牙芯片nrf52832,利用加速度传感器MPU6050采集人体呼吸运动的加速度信号,利用低功耗蓝牙方式与智能手机进行通信;智能手机端软件能够实时接收可穿戴式设备发送的呼吸运动数据,利用后台运行的呼吸检测算法计算出呼吸频率等相关参数,并绘制出呼吸运动波形。此外,智能手机可以对接收到的呼吸运动数据进行存储,可对用户的呼吸活动进行长期的分析研究。结果(1)穿戴式设备工作电流11mA,广播电流12mA,待机电流10mA,工作电压3.3V,功率约为33mW;(2)呼吸检测的准确率在95%以上;(3)智能手机界面能够实时显示呼吸运动的加速度波形和呼吸频率。结论该系统具有方便佩戴、功耗低和呼吸检测准确性高等优点,能够适用于家庭等场所进行呼吸监护,满足人们对日常健康监护的需求。     

放疗过程中呼吸引起的肿瘤运动补偿问题的研究进展

目的:呼吸引起胸腹部肿瘤较大幅度的运动,极大影响调强适形放疗的效率,并对靶区周围的正常组织和器官造成危害,因此需对肿瘤运动进行补偿.方法:补偿方法主要有屏气技术、呼吸门控技术、四维放疔以及实时肿瘤跟踪,分别通过减小肿瘤运动、使放疗与呼吸特定时相同步、放疗过程考虑时间变量、并使射野柬与肿瘤位置相对固定来补偿肿瘤运动.结果:屏气技术的耐受性较差.呼吸门控耐受性好,但放疗时间增加.四维放疗和实时跟踪成为动态放疗的主要发展方向.系统延迟的存在要求对肿瘤运动进行预测,而传统预测算法均有缺点,需改进或提出新的算法.结论:呼吸引起的肿瘤运动的补偿是精确放疗急需解决的问题,对提高放疗效率、减少对患者的危害有重要意义.     

一种射野图像和参考图像的自动配准方法

目的:及时纠正放射治疗过程中患者的摆位误差,提高放射治疗效果.方法:本文对放疗中射野图像和参考图像的进行配准,应用Canny算子进行两幅图像的边缘提取,将提取的图像边缘作为配准的基准点,以射野图像与参考图像的最大互信息为配准准则,应用模拟退火法优化配准参数,搜索图像最大互信息.结果:本文对29例宫颈癌和前列腺癌患者的射野图像与参考图像进行了配准,结果表明该方法配准精度高,提高了配准的速度.结论:该配准方法适用于放疗临床摆位误差的在线分析.     

一种检测呼吸暂停阻塞部位方法的研究

介绍一种新的检测呼吸暂停的方法。此法采用改进的三通道阻抗测量检测胸部、鼻部、喉部的组织运动的情况。利用各通道不同的阻抗信息判定呼吸暂停的发生。并通过不同通道中的阻抗变化特征区分呼吸暂停的类型。经人体模拟实验表明，三通道阻抗变化可反映不同部位组织运动的信息。检测喉部阻抗，发现喉部气道阻塞时，阻抗信号发生特征性变化；测量鼻及舌咽部的阻抗，如果舌、咽、软腭阻塞了气道，此通道的阻抗显著减小；胸部通道呼吸运动停止时，阻抗随呼吸的变化基本消失。通过人体实验测试，三通道阻抗法能够判定呼吸暂停的发生并能区分呼吸暂停的类型，进一步分析各通道的阻抗变化特征，确定阻塞部位。     

一种脉搏呼吸频率提取系统的设计与实现

目的设计一种以绿光发光二极管(LED)为光源、反射式测量方式测量的脉搏信号采集系统,以此光电脉搏信号提取不同呼吸状态下人体呼吸频率信息。方法选择16例健康受试者,年龄22~33岁,身高155~178 cm,体质量49~85 kg。进行对照试验来验证系统性能,分别采集受试者呼吸过慢、自然呼吸、呼吸过速3种状态下脉搏信号并提取呼吸频率信息,利用热敏电阻同步采集人体鼻腔呼吸信号作为参考呼吸信号。结果脉搏呼吸频率提取系统测量范围为7~34次/分,最大测量误差为2次/分,平均测量误差为0.14次/分。两种方法获得的呼吸频率3种呼吸状态下平均误差为0.12次/分、0.18次/分、0.48次/分,3种呼吸状态下的平均误差率分别为0.78%、1.87%、1.48%。结论脉搏呼吸频率提取系统可以完成3种状态下呼吸频率提取,且与参考呼吸频率具有良好的一致性,可以成为现有呼吸频率监测方法的一种补充。     

术中光子立体定向放射治疗的质量保证和质量控制

【摘要】目的:从术中光子立体定向放疗设备物理剂量学方面,总结和分析术中放疗质量保证的内容和方法以及术中放疗实际应用中的注意事项,保证术中放疗物理剂量准确性,旨在建立该系统的日常质量保证程序。方法:利用蔡司公司提供的水箱、剂量仪、电离室等,测量术中立体定向放射外科系统的临床运用数据。监测内容主要包括剂量线性、稳定性、均匀性、射线几何聚焦的位置、绝对剂量标定以及在水模体的衰减等。结果:术中光子立体定向放疗仪产生50 kV低能射线。剂量线性、均匀性良好,短期稳定性也在临床接受的误差范围以内,36 h内剂量误差小于1%。对比24个月的剂量测量值,其误差达到-4.5%。结论:该设备稳定性良好,各检测指标均在临床要求精度范围以内。通过测量了解了卡尔蔡司公司的INTRABEAM术中放射治疗设备临床应用特性,获得了临床使用数据,为临床提供了质量保证方法。     

基于深度学习方法预测IMRT计划射野的γ通过率

目的:建立卷积神经网络（CNN）模型预测IMRT计划射野的γ通过率（GPR）。方法:从Eclipse治疗计划系统中选取48例脑胶质瘤患者的IMRT计划,共计260个照射野,制作每个计划基于电子射野影像系统测量的验证计划,并在Varian 23EX直线加速器上执行。利用portal dosimetry剂量测定软件包对计划剂量的计算值和电子射野影像系统实测值进行γ分析,得到射野在2%（global）/2 mm标准下的GPR。选取portal dosimetry系统计算的剂量分布图作为输入数据,并将数据集划分为训练集208个射野,验证集和测试集各26个射野。基于tensorflow框架建立CNN模型去学习射野的剂量分布图与GPR之间的相关性,并使用平均绝对误差对模型的预测效果进行评估。结果:在验证集和测试集上,96%样本的GPR预测误差都小于±3%,最大误差分别为3.09%和3.54%,平均绝对误差分别为0.99%和1.17%,模型预测和实际测量的GPR之间的皮尔逊相关性系数r分别为0.96和0.90。结论:深度学习CNN模型可以准确地预测脑胶质瘤患者IMRT计划射野的GPR,有助于物理师提前识别可能不能通过QA测量的计划,有效地促进临床放疗的QA工作。     

放疗定位装置的质控内容与质控管理

质控标准和内容,并进行周期性检测,建立科室放射治疗定位装置台账,专人管理,明确标识,规范使用。结果:经过实践,规范了放射治疗定位装置的使用,完善精确放射治疗质控体系。结论:放疗定位装置的质控减少了放射治疗流程中的摆位误差,提高了放射治疗精度。     

SunCHECK软件在调强放疗计划剂量验证中的应用

目的:探讨SunCHECK软件在调强放疗计划剂量验证中的应用。方法:选取新疆医科大学第一附属医院已执行IMRT计划的40例患者,应用SunCHECK软件,对所接受数据进行单独计算,然后对原始放疗计划和QA计划进行Gamma分析。最后对QA计划与ArcCHECK测量结果进行Gamma通过率比较。结果:在SunCHECK软件单独计算结果中,Monaco计划平均Gamma通过率略高于Eclipse计划。相同计划系统原始计划与QA计划Gamma通过率没有差异。使用SunCHECK软件计算QA计划（包括Monaco计划和Eclipse计划）Gamma通过率略高于ArcCHECK测量结果的Gamma通过率。结论:SunCHECK软件符合IMRT计划剂量验证需要,给放疗质控工作带来了很大的便利性。无论是作为单独放疗计划验算工具,还是以log日志文件反推进行计划验证,都应该把SunCHECK作为质量保证程序的一部分。     

医用直线加速器质控数据分析与管理系统-QAManager的功能设计与临床应用

目的:基于Python Django框架的加速器质控自动化分析网页系统（QAManager）的开发和测试。方法:利用Python Django和MySQL数据库开发系统QAManager,实现加速器质控数据的统计分析和OBI系统影像自动分析功能。使用QAManager对TrueBeam加速器为期半年的质控结果统计分析并进行功能性测试,包括:[①]利用QAManager分析各项质控数据分布和变化趋势,对该段时间内TrueBeam的状态进行综合评估;[②]选取一年内TrueBeam OBI系统扫描Catphan504所得影像,分别使用人工、QAManager分析,并比较两者结果,分析QAManager图像自动识别算法的准确性和精确性;[③]将模体分别向前、后、左、右4个方向移动1 cm,采用QAManager自动检测,分析算法的鲁棒性。结果:QAManager界面简洁紧凑,用户能够使用QAManager自由选择需要展示的质控项目绘制曲线图,清晰显示各项目整体的分布趋势以及出现偏差最大的时间;QAManager能够准确识别到Catphan504 CBCT影像检测中各模块,除层厚（P=0.05）外,人工分析和自动分析结果比较差异没有统计学意义（P>0.05）。结论:QAManager系统准确可靠,算法能够准确地检测出加速器OBI影像系统参数,具有很强的应用性,对科室实现网络化管理具有重要意义。     

时滞作用下忆阻耦合FHN-ML神经元模型的分岔分析

通过构建时滞作用下忆阻耦合FHN-ML神经元模型,研究不同时滞对该神经元系统动力学行为的影响。利用Routh-Hurwitz判据和Hopf分岔定理证明FHN-ML神经元系统平衡点的稳定性及Hopf分岔的存在性。利用范式理论和中心流形定理进一步证明FHN-ML神经元系统的分岔方向及周期解的稳定性。通过Matlab软件绘制以反转电压和电流频率为双参的周期分岔图及以电流频率为单参的峰峰间期（ISI）分岔图,发现在时滞作用下,FHN-ML神经元系统的放电模式会产生延迟现象,且当增大时滞时,延迟程度加大,混沌放电区域减小,加周期分岔的周期数减小。所得分析结果有助于理解延迟效应对电磁辐射作用下的耦合神经元网络放电活动的影响。     

呼吸运动对Sliding Window调强射野剂量学的影响

目的:研究呼吸运动对Sliding Window（SW）调强射野剂量学的影响。 方法:使用胶片分别测量多叶光栅在不同的叶片移动速度（叶片速度）和不同射野宽度条件下,窄束野在呼吸运动平台驱动下胶片上的剂量分布。对运动模式、叶片速度、射野宽度等多个因素分组进行比对分析。 结果:不同的运动模式对剂量分布影响差异显著不同;随着叶片速度的增大,射野内剂量波动幅度随之显著增大;随着射野宽度的增大,射野内剂量波动幅度随之减小;射野宽度小叶片速度高,对剂量分布的影响最为显著。 结论:有呼吸运动影响时,应通过提高射野宽度和（或）减小叶片速度等方法来减小呼吸运动对SW调强射野剂量分布的影响。     

鼻咽癌调强放疗计划质量量化评价方法研究

目的:研究鼻咽癌放疗计划质量量化评价方法的可行性。方法:以RTOG 0615临床试验的剂量要求为基础,结合本中心临床需求设计鼻咽癌放疗计划质量的量化评估计算模型,计算每个计划的计划质量指数（PQI）。选取123例鼻咽癌放疗病例,通过调节临床计划的处方剂量（±3%）并计算其PQI,来评估量化评价方法对处方剂量变化的敏感性。同时根据已有的30例临床计划,将算法评价方法计算结果与临床医生的选择相比较,验证评价方法与临床医师决策的一致性。结果:+3%、-3%处方剂量和原治疗计划3组计划PQI分别为68.27±9.84、63.93±12.78、79.33±12.40,组间差异均有统计学意义（P<0.01）;30例临床计划中,医师选择的计划的PQI为80.15±10.96,未被选择的计划PQI为74.78±9.41（P<0.01）,量化评价算法与临床医生选择结果一致性为83.3%。结论:量化的计划质量评价方法对处方剂量较敏感,与临床医生选择有较高一致性,可以用于临床计划质量的评价。     

VSI型射波刀质量保证及剂量学数据特征的单中心研究

目的:研究总结VSI型射波刀临床剂量学数据特征及质量保证测试规程。 方法:结合运行后相关经验,对福建医科大学附属协和医院于2017年6月安装的VSI型射波刀临床调试数据与参考数据进行回顾性对比分析。除离轴比,其余剂量学参数采集均基于PTW 60019探测器。 结果:自动质量保证测试与端到端测试均需综合离心率、三维误差值及总误差值3方面因素。可变准直器质量保证可选辐射变色胶片法和高空间分辨率探测器法,而基线测量推荐使用前者。源轴距为650、800、1 000 mm,固定准直器所有孔径其输出因子测量值和参考值的平均偏差分别为-1.27%、-0.21%和0.70%,其中5.0 mm/7.5 mm准直器偏差分别为-5.10%/-2.67%、-2.08%/-1.41%和-1.12%/0.06%。Iris以上数字分别对应为-1.88%、-0.74%、0.09%;-8.61%/-3.53%、-4.38%/-1.97%、-1.34%/-0.33%。两类准直器水表面处所有孔径的组织模体比平均测量值分别为-6.22%（Fixed）和-4.81%（Iris）,且均小于参考值;除Iris 5.0 mm和7.5 mm,其他类型及孔径的离轴比测量值均呈现肩部和底部正偏差现象,且准直器孔径越大越明显。TRS 277报告标定结果比TRS 398小约2%。 结论:在临床调试与验收过程中应充分了解两类准直器尤其小准直器的特性,选择合适的调试规程和工具。