【摘要】：隨著生活水平提高和環(huán)境影響,腫瘤日漸成為威脅人們健康和生命的最主要疾病之一,放射治療作為腫瘤治療的核心方法,在腫瘤的治療中有著不可替代的地位。目前放射治療過程中只有物理劑量計算而缺少等效生物劑量(Biologic equivalent dose,BED)計算,不能準確評估組織生物反應,如何將計算機技術(shù)與放射治療技術(shù)結(jié)合做到計算機輔助決策(Computer aided decision,CAD)和精準醫(yī)療,是計算機技術(shù)重要研究領域之一。本文首先研究和改進線性二次(Linear quadratic model,LQ)模型,將改進LQ模型應用到最新的放射治療技術(shù)立體定向放療(Stereotactic body radiotherapy,SBRT)中,進行BED計算。然后以改進模型為核心算法開發(fā)等效生物劑量計算CAD系統(tǒng),輔助腫瘤醫(yī)生準確評估放療過程中組織的生物反應,從而努力做到對腫瘤的精準治療。使用計算機技術(shù)實現(xiàn)SBRT中等效生物劑量計算是CAD重要研究領域,也是放射治療中不可或缺的工具。本文主要工作從以下幾方面展開:(1)針對SBRT中LQ模型在高劑量區(qū)低估細胞存活的缺陷,提出了一種改進的LQ模型——線性二次修復模型。本文通過添加具有曲率約束能力的修復函數(shù)得到線性二次修復模型,繼而對修復模型進行推導,得到基于修復模型的等效生物劑量模型。實驗結(jié)果表明線性二次修復模型的擬合精度要優(yōu)于LQ模型(平均χ~2/df:0.4739 vs.2.9161)。(2)針對細胞敏感性,本文在線性二次修復模型基礎上提出了線性二次改進模型和細胞超敏反應模型。線性二次改進模型通過添加具有自適應能力的曲率約束修正因子對LQ模型進行改進,實驗結(jié)果表明,相對于線性二次修復模型,線性二次改進模型對不同細胞系具有更強的適應性。進一步,本文還對細胞在超低劑量的超敏反應進行了探索性研究,構(gòu)造了細胞超敏反應模型,用于描述細胞極低劑量條件下的生物響應。(3)根據(jù)提出的線性二次改進模型得到的等效生物劑量計算模型,本文設計實現(xiàn)了等效生物劑量計算評估系統(tǒng)。首先提取放療計劃中.dicom文件中的數(shù)量矩陣轉(zhuǎn)換為.mat格式,實現(xiàn)了放療劑量結(jié)構(gòu)文件的可視化;然后解析計劃文件得到結(jié)構(gòu)矩陣和劑量矩陣,并將本文提出的線性二次改進模型作為核心算法應用到系統(tǒng)中計算等效生物劑量,提升了CAD系統(tǒng)生物劑量計算的精準性;最后基于LQ模型、線性二次修復模型和線性二次改進模型,實現(xiàn)了放療劑量方案轉(zhuǎn)換功能。本文通過改進LQ模型,繼而得到了改進的BED模型,克服了傳統(tǒng)BED模型在SBRT中高估生物劑量的缺點。然后將改進的BED模型應用到SBRT的等效生物劑量中,開發(fā)了等效生物劑量CAD系統(tǒng),該系統(tǒng)實現(xiàn)了生物劑量的計算及可視化,量化評估了放療過程中組織的生物效應,為醫(yī)護人員提供了良好的人機交互界面和精準生物劑量計算服務,具有實際應用價值。
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R730.55;TP311.52
【圖文】：

設備中不斷的應用，如圖 1.1 所示放射治療從傳統(tǒng)的普通外照射發(fā)展到適形、調(diào)強，使得立體定向放射治療應運而生。但是現(xiàn)在的放射治療系統(tǒng)只有物理劑量計算，等效生物劑量的準確計算，導致不能準確評估組織的生物反應，成為了精準醫(yī)療的，所以急需有等效生物劑量計算能力的計算機輔助決策（Computer aided decision，D）系統(tǒng)的開發(fā)[3, 4]。立體定向放射治療技術(shù)（Stereotactic body radiotherapy，SBRT）從顱內(nèi)立體定向放科技術(shù)[5]（Stereotactic Radiosurgery，SRS）逐漸發(fā)展成為一種腫瘤放射治療的新技6]。SBRT 的特點是放射療程短（1~10 次）、單次劑量大（5~30Gy）和治療精度高，時間內(nèi)對腫瘤進行有效治療[7]，在對原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性的肺部腫瘤治療中，表現(xiàn)出了好的臨床治療效果，同時與傳統(tǒng)放療技術(shù)相比 SBRT 可以大大降低治療的時間和經(jīng)本[8]。但是單次大劑量帶來的是更高的生物效應，更加需要嚴格把控，所以在進行定向放射治療時，通過計算輔助決策系統(tǒng)準確計算等效生物劑量，從而對組織的生應進行準確評估努力實現(xiàn)精準醫(yī)療。

劑量小于TD 時與 LQ 模型曲線相同，劑量大于TD 時與多靶模了在轉(zhuǎn)換劑量TD 處保持光滑和減少模型參數(shù)，假設多TD 點相切。該約束條件將模型參數(shù)從四個降低到了三個過該約束可以用其它三個參數(shù)表示 ，即：2)q為：0-（1.6）構(gòu)成了完整的 USC 模型。按照 BED 模型的定生物劑量計算方法：

在低劑量區(qū)使用 LQ 模型來擬合生存的斜率來描述細胞生存曲線，LQL 模型方程為： ))TTD DTD DD D 模型中的生物學意義相同，D為分次劑量，TD區(qū)域中每單位劑量的對數(shù)殺傷。同樣 LQL 模22[ /( / )][ /( / )] [( / )( )]TT T TD D DD D D D D 模型在高劑量區(qū)域局限性的簡單改進。對那些以簡單有效地進行擬合。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 任艷萍;焦玉新;戈偉強;張立波;鄭向鵬;胡超蘇;;立體定向放療在高齡局限性肺癌患者中的療效與安全性評估[J];老年醫(yī)學與保健;2016年06期

2 姜煒;郭陽;張文學;張春智;;立體定向放療與常規(guī)放療結(jié)合治療高分級腦膠質(zhì)瘤[J];中華神經(jīng)外科雜志;2006年05期

3 高曉靜,姜萍;21例肺癌立體定向放療的護理[J];吉林醫(yī)學;2005年05期

4 儲呈晨;畢帆;李斌;姜瑞瑤;;立體定向放療設備服務體系評價的探討[J];中國醫(yī)療設備;2018年08期

5 畢帆;金瑋;許修;汪黎君;王龍辰;儲呈晨;鄭蘊欣;姜瑞瑤;;立體定向放療設備服務體系的需求調(diào)查與分析[J];中國醫(yī)療設備;2018年08期

6 王建東;左占杰;張洪波;李偉;王坤峰;;電視輔助胸腔鏡手術(shù)和體部立體定向放療治療早期非小細胞肺癌的臨床療效比較[J];中國肺癌雜志;2016年03期

7 王思愚;;Ⅰ期非小細胞肺癌的治療:立體定向放療能替代外科手術(shù)?[J];中國肺癌雜志;2015年06期

8 張勝;曹遠東;孫新臣;劉永彪;楊焱;唐心宇;李彩虹;李金凱;裴忠玲;王亭亭;;老年Ⅰ期非小細胞肺癌立體定向放療療效觀察[J];東南大學學報(醫(yī)學版);2013年01期

9 閆愛云;余文麗;;立體定向放療治療肺癌的臨床護理[J];醫(yī)療裝備;2011年09期

10 梅慧;何為;呂傳愛;呂晶;;腹膜后轉(zhuǎn)移癌介入化療加立體定向放療的護理[J];現(xiàn)代護理;2006年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張岳;戴建榮;;基于矢量場的γ射線立體定向放療計劃設計的自動優(yōu)化的方式[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術(shù)年會論文集[C];2007年

2 虞喜豪;李新娉;董桂云;熊鳶;王建平;虞文嫣;;化療配合立體定向放療在中晚期復治腫瘤治療中的作用分析[A];2010’全國腫瘤分子標志及應用學術(shù)研討會暨第五屆中國中青年腫瘤專家論壇論文匯編[C];2010年

3 王競;夏廷毅;王穎杰;李宏奇;李平;王濟東;常冬姝;邸玉鵬;王軒;吳偉章;;體部立體定向放療治療不能手術(shù)的Ⅰ-Ⅲ期胰腺癌臨床研究[A];中華醫(yī)學會腫瘤學分會第七屆全國中青年腫瘤學術(shù)會議——中華醫(yī)學會腫瘤學分會“中華腫瘤 明日之星”大型評選活動暨中青年委員全國遴選論文匯編[C];2011年

4 姜煒;王政;張文學;郭陽;楊玉山;;97例原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤的治療經(jīng)驗[A];中國醫(yī)師協(xié)會神經(jīng)外科醫(yī)師分會第四屆全國代表大會論文匯編[C];2009年

5 王艷陽;傅小龍;;早期非小細胞肺癌立體定向放療實施要點[A];中華醫(yī)學會放射腫瘤治療學分會六屆二次暨中國抗癌協(xié)會腫瘤放療專業(yè)委員會二屆二次學術(shù)會議論文集[C];2009年

6 王艷陽;折虹;傅小龍;夏冰;;影像引導Ⅰ期非小細胞肺癌立體定向放療臨床研究初步結(jié)果報道[A];中華醫(yī)學會放射腫瘤治療學分會六屆二次暨中國抗癌協(xié)會腫瘤放療專業(yè)委員會二屆二次學術(shù)會議論文集[C];2009年

7 郎錦義;李濤;徐成;吳大可;李健;文浩;王捷;譚燕;張德康;;后程立體定向放療加量方法在首程鼻咽癌治療長期結(jié)果[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術(shù)年會論文集[C];2007年

8 李強;李志軍;;立體定向放療聯(lián)合全腦放療和福莫司汀治療腦轉(zhuǎn)移瘤的近期療效、顱內(nèi)無進展生存時間以及不良反應觀察[A];中國中藥雜志2015/專集：基層醫(yī)療機構(gòu)從業(yè)人員科技論文寫作培訓會議論文集[C];2016年

9 梁軍;;立體定向放療非常規(guī)劑量分割模式探索及其循證醫(yī)學依據(jù)[A];2007第六屆全國放射腫瘤學學術(shù)年會論文集[C];2007年

10 范倩;劉巍;;腦轉(zhuǎn)移瘤的診治現(xiàn)狀[A];第四屆中國腫瘤學術(shù)大會暨第五屆海峽兩岸腫瘤學術(shù)會議論文集[C];2006年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者 王菁菁;東北首臺立體定向放療設備落戶長春[N];長春日報;2017年

2 記者 夏欣;立體定向放療技術(shù)又上新臺階[N];光明日報;2003年

3 本報記者 賈曉惠;“超伽”誕生[N];科技日報;2003年

4 梁山 陳琳 劉澤林;立體定向放療高效殺滅腫瘤病灶[N];健康報;2019年

5 本報記者 張思瑋;伽馬刀能否迎來“第二春”[N];中國科學報;2018年

6 本報記者 朱國旺;放療，能徹底治愈惡性腫瘤嗎[N];中國醫(yī)藥報;2015年

7 天津市腫瘤醫(yī)院放療科 袁智勇　趙路軍;早期非小細胞肺癌能首選立體定向放療嗎[N];健康報;2010年

8 記者 趙紅;我國成為伽馬刀生產(chǎn)大國[N];中國醫(yī)藥報;2002年

9 ;如何應用伽馬刀和X刀[N];健康報;2000年

10 北京世紀壇醫(yī)院放療科副主任 于順江;把握γ-刀的治療原則[N];健康報;2009年

相關(guān)博士學位論文 前7條

1 柴磊;立體定向放射治療系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究及實現(xiàn)[D];南京航空航天大學;2017年

2 叢陽;立體定向放療治療中央型非小細胞肺癌的臨床研究[D];軍事科學院;2019年

3 戴建榮;膠片劑量儀軟件開發(fā)及其在X線立體定向放療技術(shù)中的應用[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學;1996年

4 楊軍;加速器立體定向放療孤立胸椎轉(zhuǎn)移劑量學比較[D];中國人民解放軍醫(yī)學院;2014年

5 陳秀軍;腦轉(zhuǎn)移瘤立體定向放療相關(guān)臨床研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學院;2012年

6 賈婧;基于紅外和X射線的圖像引導精準放射治療系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學技術(shù)大學;2015年

7 吳鳳;IMRT和SRT治療肺部腫瘤（非小細胞肺癌和肺轉(zhuǎn)移癌）的劑量學比較[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 岳晨曦;立體定向放療等效生物劑量模型研究及劑量評估系統(tǒng)開發(fā)[D];濟南大學;2019年

2 馮瑩瑩;腦轉(zhuǎn)移瘤患者行立體定向放療與全腦放療的Meta分析[D];河南科技大學;2017年

3 劉超;NSCLC立體定向放療和常規(guī)分割放療的免疫效應及相關(guān)臨床分析[D];安徽醫(yī)科大學;2017年

4 方超;顯微外科手術(shù)與伽瑪?shù)读Ⅲw定向放療治療顳葉海綿狀血管瘤的對比研究[D];廣西醫(yī)科大學;2016年

5 李加榮;立體定向放療設備等中心自動標定儀設計[D];重慶理工大學;2016年

6 徐露;立體定向放療治療早期非小細胞肺癌的研究進展[D];蚌埠醫(yī)學院;2014年

7 任正婷;伽瑪?shù)读Ⅲw定向放療早期非小細胞肺癌療效及生存質(zhì)量分析[D];安徽醫(yī)科大學;2013年

8 熊艷麗;小細胞肺癌的治療及預后的相關(guān)研究[D];第三軍醫(yī)大學;2014年

9 鐘兵;海綿竇海綿狀血管瘤的影像、病理和治療策略[D];南方醫(yī)科大學;2014年

10 時昌立;非小細胞肺癌伴腦轉(zhuǎn)移同步立體定向放療聯(lián)合靶向治療預后因素分析[D];鄭州大學;2017年

本文編號：2799361