放射治療是目前治療腫瘤的主要手段之一,放射治療過(guò)程的核心部分是治療計(jì)劃系統(tǒng)的應(yīng)用。劑量計(jì)算是治療計(jì)劃系統(tǒng)中的關(guān)鍵,其準(zhǔn)確性直接影響到患者治療,進(jìn)而影響患者健康。本論文的研究目的是開發(fā)一套具有精度和速度優(yōu)勢(shì)的光子劑量計(jì)算程序,并以治療計(jì)劃系統(tǒng)DeepPlan為平臺(tái)驗(yàn)證其用于臨床的可行性�；谘芯磕康�,本課題主要進(jìn)行了以下兩個(gè)任務(wù):（1）改進(jìn)的筒串卷積積分疊加（CCK）算法的光子劑量計(jì)算程序開發(fā)與準(zhǔn)確性驗(yàn)證:基于C++環(huán)境實(shí)現(xiàn)GPU加速的光線追蹤算法計(jì)算比釋總能,利用蒙特卡洛軟件EGSnrc計(jì)算能量沉積積分核,以卷積疊加方式計(jì)算劑量。引入計(jì)算掩模、自適應(yīng)劑量插值等方式對(duì)劑量計(jì)算過(guò)程進(jìn)行加速并測(cè)試加速效果。最后依據(jù)YY 0775號(hào)國(guó)標(biāo)報(bào)告中的例題,驗(yàn)證光子劑量計(jì)算程序的準(zhǔn)確性。（2）結(jié)合DeepPlan驗(yàn)證劑量計(jì)算的臨床準(zhǔn)確性:將光子劑量計(jì)算程序集成于DeepPlan中,依據(jù)YY/T 0889號(hào)國(guó)標(biāo)報(bào)告中的計(jì)劃例題驗(yàn)證臨床計(jì)算的準(zhǔn)確性。臨床劑量分布準(zhǔn)確性驗(yàn)證選取Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前列腺腫瘤患者9例、胸部腫瘤患者15例和頭頸部患者5例,比較相同放療計(jì)劃下的DeepPlan和Pinn... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１現(xiàn)代放射治療過(guò)程及其質(zhì)量保證和質(zhì)置控制（胡逸民１９９９）??現(xiàn)代放射治療主要包括獲取射束數(shù)據(jù)、錄入病人數(shù)據(jù)、勾勒靶區(qū)、設(shè)計(jì)并評(píng)??估治療方案、輸入治療計(jì)劃、放療實(shí)施（由放療設(shè)備完成）等環(huán)節(jié)（胡逸民１９９９）

。在??患者治療過(guò)程中，治療計(jì)劃設(shè)定時(shí)形成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、劑量計(jì)算技術(shù)缺陷、數(shù)據(jù)錄??入誤差等均會(huì)影響到病人的臨床治療效果，因此放射治療相關(guān)工作者必需獲得放??射醫(yī)師或物理師證才能參與相關(guān)臨床工作（李建東２００９）。??在執(zhí)行放射治療計(jì)劃前，需要先準(zhǔn)確定位待照射部位（病灶）。同時(shí)為在癌??細(xì)胞消滅數(shù)量最大化前提下保證盡可能少地?fù)p害未病變的組織、器官，需要不斷??依據(jù)分階段照射后的患者體內(nèi)劑量報(bào)告，修正后續(xù)的放射治療方案（田捷等??２００１?）。放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的基本組成部分及工作流程如圖１．２所示。??圖像輸入??？圖像處理??？組織和ＲＯＩ輪廓提取??？三維體數(shù)據(jù)重建????１?＾［ＺＺＺＺ１??計(jì)劃輸出?？??計(jì)劃評(píng)估?——?劑量計(jì)算?＾?計(jì)劃設(shè)計(jì)和修改???Ｉ???患者治療??圖１．２常用ＴＰＳ系統(tǒng)組成和工作流程框圖??治療計(jì)劃系統(tǒng)的主要工作流程如下，首先在計(jì)劃制定之前錄入將病人ＣＴ圖??像數(shù)據(jù)錄入治療計(jì)劃系統(tǒng)，獲取病人的靶區(qū)及其周圍組織及重要器官信息數(shù)據(jù)，??結(jié)合ＣＴ值與密度轉(zhuǎn)換表得到ＣＴ中的密度信息，實(shí)現(xiàn)患者模型的搭建。根據(jù)得??到的患者模型與靶區(qū)位置設(shè)計(jì)治療方案，設(shè)定的內(nèi)容包括設(shè)定子野射束強(qiáng)度與照??射方向、選擇射線能量等。然后根據(jù)設(shè)定的治療計(jì)劃進(jìn)行劑量計(jì)算，以彩色劑量??圖、ＤＶＨ圖和具體器官劑量列表的形式產(chǎn)生劑量報(bào)告，根據(jù)劑量報(bào)告結(jié)果評(píng)估??衡量治療方案，如果該計(jì)劃滿足臨床要求則可以依據(jù)該計(jì)劃對(duì)患者進(jìn)行放射治療，??反之計(jì)劃不滿足則重新修改計(jì)劃直到滿足臨床要求（王玉２０１３）。??ＴＰＳ治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)具有兩種設(shè)計(jì)方式，分別為正向設(shè)計(jì)（Ｆｏｒｗａｒｄ?Ｐｌａｎｎｉｎｇ）

＝ｉ－＼??最終得到基于ＣＣＫ的筒串卷積疊加劑量算法公式（Ｌｕ?ｅｔ?ａｌ．?２００５）：??Ｄｉ＝?—?（Ａ）?＋?—?Ｘ?Ｔｊ?＼＿ｃ＇ｊ?￣?ｃ＜＇ｊ＋ｉ?］?（２．６６）??Ｐｉ?Ｐｉ?ｊ＝ｉ－＼??結(jié)合ＴＥＲＭＡ計(jì)算公式（２．２）和通過(guò)ＥＧＳｎｒｃ模擬得到的ｋｅｒｎｅｌ，并據(jù)公式（２．３８）??和公式（２．６３）對(duì)擬合完成的ｋｅｒｎｅｌ進(jìn)行兩次積分得到的ＣＣＫ形式下的能量沉積??核，基于公式（２．６６）使用Ｃ＋＋編寫實(shí)現(xiàn)基于ＣＣＫ的光子劑量計(jì)算程序，ＣＣＫ程??序結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。?????＇??參數(shù)輸入－??????Ｊ－Ｈ?＾數(shù)據(jù)讀取預(yù)＾???？?￣＾處理模塊－?＜??讀取?ＣＣＫ?表一?＾￣?乂???／?了??＼?ｉ?ＴＥＲＭＡ?！??［?ＴＥＲＭＡ?＾?ｒ?＾加速模塊ｊ??｜??ｊ?＾＾劑量計(jì)算加?＾??劑量計(jì)兌．???（?速模塊（??＿＿＿ＶＸ??結(jié)果輸出ｊ??圖２．?１?ＣＣＫ光子劑量計(jì)算程序的模塊以及工作流程圖??基于筒串卷積模型的ＣＣＫ算法對(duì)劑量計(jì)算網(wǎng)格十分敏感，劑量計(jì)算網(wǎng)格出??現(xiàn)的任意細(xì)小波動(dòng)，能夠顯著干擾到計(jì)算的精度與速度。劑量計(jì)算網(wǎng)格的大小決??定劑量計(jì)算的分辨率，過(guò)高的分辨率會(huì)導(dǎo)致劑量計(jì)算引擎產(chǎn)生運(yùn)行內(nèi)存問(wèn)題，將??嚴(yán)重影響劑量計(jì)算時(shí)間，反之過(guò)低的分辨率會(huì)損失部分重要區(qū)域的劑量，如高密??度梯度區(qū)域和原射線光子高通量梯度區(qū)域會(huì)因過(guò)低的劑量計(jì)算網(wǎng)格而被忽略，嚴(yán)??重影響劑量計(jì)算的精度。全空間網(wǎng)格的劑量計(jì)算總時(shí)間與分辨率的４／３次方成正??比，與ｋｅｒｎｅｌ分布中的角度個(gè)數(shù)成正比，相關(guān)性見(jiàn)式（２．６７）所示

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]DeepPlan系統(tǒng)中快速直接子野優(yōu)化在臨床中的應(yīng)用研究[J]. 程博,方詩(shī)杰,任強(qiáng),周解平,曹瑞芬,吳愛(ài)東,徐榭,裴曦.  中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志. 2020(12)
[2]腫瘤精確放療技術(shù)在臨床治療中的發(fā)展及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 劉永超,梁春梅,丁國(guó)偉.  吉林醫(yī)學(xué). 2019(11)
[3]2015年中國(guó)惡性腫瘤流行情況分析[J]. 鄭榮壽,孫可欣,張思維,曾紅梅,鄒小農(nóng),陳茹,顧秀瑛,魏文強(qiáng),赫捷.  中華腫瘤雜志. 2019 (01)
[4]不同計(jì)劃系統(tǒng)的劑量學(xué)比較[J]. 唐慧敏,楊振,龔學(xué)余,呂知平,張子健,曹瑛,王翰宇,劉歸,胡永梅,楊曉喻.  中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2016(03)
[5]腫瘤放射治療臨床進(jìn)展[J]. 肖紹文,張珊文.  科技導(dǎo)報(bào). 2014(26)
[6]CFETR堆體活化計(jì)算與分析[J]. 宋歡,陳志,雷潔瑛,蔣帥.  核聚變與等離子體物理. 2014(03)
[7]調(diào)強(qiáng)放療計(jì)劃中兩種不同子野生成算法的對(duì)比研究[J]. 曾錦清,周凌宏.  中國(guó)醫(yī)療器械雜志. 2012(02)
[8]用蒙特卡羅模擬評(píng)估小野條件下肺介質(zhì)中AAA算法的精度[J]. 張彥秋,邱小平,楊振.  中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2012(01)
[9]Pinnacle計(jì)劃系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)強(qiáng)治療計(jì)劃導(dǎo)入方法的探討[J]. 張建英.  中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2010(04)
[10]調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃的劑量學(xué)驗(yàn)證[J]. 張玉海,高楊.  中國(guó)醫(yī)療器械雜志. 2010(03)

博士論文
[1]基于筆形束算法的質(zhì)子劑量計(jì)算方法研究及其在放療計(jì)劃系統(tǒng)DeepPlan中的應(yīng)用[D]. 霍萬(wàn)里.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]基于Varian clinac-IX直線加速器放療系統(tǒng)的技術(shù)分析和臨床劑量學(xué)研究[D]. 李軍.南京航空航天大學(xué) 2016
[3]放射治療計(jì)劃系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李建東.東北大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于蒙特卡羅的調(diào)強(qiáng)放療筆形束劑量計(jì)算系統(tǒng)研發(fā)[D]. 肖期德.湖南大學(xué) 2016
[2]放射治療計(jì)劃中光子束劑量計(jì)算及可視化技術(shù)的研究[D]. 宋威.南京航空航天大學(xué) 2010
[3]精確放射治療中基于蒙特卡羅有限筆形束的光子劑量計(jì)算方法研究[D]. 鄭華慶.蘭州大學(xué) 2009
[4]基于等效均勻劑量的目標(biāo)函數(shù)及蒙特卡羅法卷積核的實(shí)現(xiàn)[D]. 朱琳.南方醫(yī)科大學(xué) 2008
[5]一個(gè)治療計(jì)劃系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 強(qiáng)偉哲.浙江大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3596040