基于偏振响应的双焦点超表面透镜设计

设计了一种在轴向能够实现焦点延长的双焦点超表面聚焦透镜.改变二氧化钛纳米微元的长宽比和旋转角度,对传输相位与几何相位进行同时调制,实现对一组正交偏振态入射光的分别独立控制.设计的超构表面能将左旋和右旋圆偏振光聚焦在轴向邻近位置实现焦点长度的轴向扩展.超表面在波长为650nm的线偏入射光照明下,可以在实现焦点长度2倍扩展的同时,较好地保持焦点的横向宽度.若入射光为椭圆偏振态,还能够实现最终生成的焦点形状优化或两个焦点的切换.

单双部分弧有无均整器模式VMAT与IMRT在食管癌放疗中的剂量学比较

目的比较分析单双部分弧有无均整器模式容积旋转调强放疗(volume modulated arc therapy,VMAT)与静态调强放疗(intensity modulated radiation therapy,IMRT)对食管癌放疗的剂量学差异,为临床治疗策略提供参考。方法选取2020年5月至9月在四川大学华西医院行放疗的食管癌患者15例,在RayStation计划系统为每例患者设计4组放疗计划:非均整模式双弧间断出束VMAT(VMAT-3F2A)、均整模式双弧间断出束VMAT(VMAT-2F2A)、非均整模式单弧间断出束VMAT(VMAT-3F1A)和非均整模式IMRT(IMRT-3F)。IMRT-3F为临床治疗计划。比较分析4组计划间靶区和危及器官(organs at risk,OARs)的剂量学差异,并比较分析机器跳数(monitor unit,MU)及治疗效率。结果VMAT-3F1A计划在均匀性指数(heterogeneity index,HI)、适形性指数(conformity index,CI)和剂量最大值(maximum dose,D_(max))方面均差于VMAT-3F2A和VMAT-2F2A计划(均P<0.05)。IMRT-3F计划的HI和D_(max)均高于VMAT-3F2A计划(均P<0.05)。VMAT-2F2A计划双肺V_(5)均高于其他3个计划(均P<0.05)。IMRT-3F计划双肺V_(20)均高于其他3个计划(均P<0.05)。VMAT-3F2A计划双肺的V_(20)均低于其他3个计划(均P<0.05)。VMAT-3F2A计划双肺和心脏的平均剂量(mean dose,D_(mean))均低于VMAT-2F2A和VMAT-3F1A计划(均P<0.05)。VMAT-3F2A计划的脊髓D_(max)较VMAT-3F1A和IMRT-3F分别降低0.93 Gy和0.62 Gy(均P<0.05)。4个计划间双肺V_(30)和心脏V_(30)与V_(40)比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)。IMRT-3F、VMAT-3F2A、VMAT-3F1A和VMAT-2F2A计划MU比较,依次减少(均P<0.05)。IMRT-3F计划治疗时间高于其他计划,VMAT-3F1A计划低于其他计划(均P<0.05)。结论VMAT-3F1A与临床治疗计划IMRT-3F比较能减少肺低剂量受照体积(V_(5))及肺高剂量受照体积(V_(20)),且具有更高的治疗效率。VMAT-3F2A计划与其他3个计划比较,能进一步降低双肺、脊髓和心脏的受量。

正交千/兆伏级图像评估OSI系统在非共面放疗中的精确性

目的评估光学体表成像(OSI)系统立体定向放射外科(SRS)算法在单中心非共面治疗多发性脑转移瘤过程中成像的精确性。方法回顾性分析2022年2—4月在四川大学华西医院行单中心非共面放疗的15例多发性脑转移瘤患者和剂量模体的数据。患者和模体均在非共面角度下,分别采用千/兆伏级系统和OSI系统成像,以千/兆伏级成像为参考图像,分析OSI对模体和患者成像的精确性。将OSI系统与千/兆伏级系统之间的差异定义为精确性,其差异绝对值≤1.00 mm/0.50°的百分比定义为阈值合格率。使用Origin软件绘制雷达图和Bland-Altman图做统计分析。结果OSI系统对模体成像时,在左右、头脚、腹背、偏转、翻滚、俯仰六维方向上的平均差异分别为0.03 mm、-0.09 mm、-0.27 mm、0.04°、0.17°、-0.19°,最大值分别为-2.20 mm、-2.30 mm、-1.20 mm、0.60°、-1.00°、-1.00°。OSI系统对15例患者成像时,在六维方向上的平均差异分别为0.44 mm、0.16 mm、-0.20 mm、-0.11°、0.10°、-0.12°,最大值分别为-1.80 mm、2.00 mm、0.90 mm、-0.90°、-0.70°、0.80°。其中平移误差均主要出现在左右和头脚方向。OSI系统对模体和患者成像时,左右方向上的阈值合格率分别为77%和75%,在头脚方向上分别为82%和89%,在六维方向上同时满足±1.00 mm和±0.50°阈值条件的占比分别为57%和56%。结论采用新型SRS算法的OSI系统不能满足多发性脑转移瘤单中心非共面放疗的高精度要求,特别是在左右和头脚方向,不建议将其用于非共面图像引导。

人工裁剪制备石墨纳米结构

采用不同的方法裁剪高定向热解石墨(HOPG),制备纳米尺寸的石墨条.首先,发现用聚焦离子束(镓离子)刻蚀高定向热解石墨,可以得到边缘整齐程度在几十纳米的石墨条,另外,用电子束曝光和反应离子刻蚀的工艺,可以得到最小尺寸为50nm的纳米石墨图型(nanosizedgraphitepattern,纳米尺寸的多层石墨结构).采用了三种不同的方案制备反应等离子刻蚀过程中需要的掩膜,分别是PECVD生长的SiO2掩膜,磁控溅射的方法生长的SiO2掩膜和PMMA光刻胶掩膜,并将三种方案的刻蚀结果做了对比.

光学表面成像系统SRS算法在非共面放疗中的技术性能评估

目的评估光学表面成像(OSI)系统立体定向放射外科(SRS)算法在非共面放疗中的精确性和稳定性。方法在治疗床不同公转角度下使用三套OSI系统对模体重复测量,分析OSI对模体成像的精确性和稳定性。随机选取7例行单中心非共面放疗的多发脑转移瘤患者,分析OSI用于患者成像的精确性和稳定性。稳定性定义为以0°锥形线束CT(CBCT)为“金标准”,治疗床从0°转到非零角度,再转回0°时,前后两次OSI测量的差值。精确性定义为OSI与CBCT(治疗床0°时)测量数据的差异。符合正态分布的计量资料以x¯±s描述,不符合正态分布采用M(Q)方式描述;前者差异比较用单因素方差分析,后者用Kruskal-Wallis H非参数检验分析。结果对于非共面,模体和患者的平移精度分别为≤1.30 mm和≤1.00 mm,旋转精度分别为≤0.50°和≤0.60°,平移误差均主要出现在左右和头脚方向。在稳定性方面,模体平移和旋转的最大标准差分别为0.06 mm和0.06°,患者平移和旋转的最大标准差分别为0.17 mm和0.19°。结论新型SRS算法虽对非共面的精度有所改善,但仍不能满足颅内多靶点单中心非共面放疗的精确要求,特别是在左右和头脚方向。对于非共面角度较大时,不建议将其用于图像引导,但其稳定性高可用于监测患者的分次内运动。

基于数字微镜器件并行共焦成像的光点阵列优化

数字微镜器件(DMD)的灵活性有助于实现并行共焦成像。设计并搭建了基于DMD的并行共焦成像系统,分析了DMD光点阵列对轴向分辨率、横向分辨率和图像对比度的影响,得出了最优光点阵列参数。结果表明:光点越小,则横向和轴向分辨率越高;当光点间距大于光点大小时,增大光点间距对成像的横向分辨率无明显改善;对于1×1微镜,光点间距为光点大小的4倍时对应的图像对比度最高,即1×1光点大小、4倍光点间距为最优光点阵列。对数值孔径为0.25的物镜而言,最优光点阵列对应的横向分辨率优于512lp/mm,轴向分辨率可达7.82μm,均达到衍射极限。基于最优光点阵列的三维体光栅成像比宽场成像具有更高的分辨率和明显的层切效果,与激光扫描共焦成像相比无较大差距。基于DMD的并行共焦成像系统在保证高速成像的前提下,实现了高分辨率和高图像对比度的光学层切成像,在实时成像和三维成像中有一定的优势和应用前景。

偏振特异的聚焦和波前保持的双模超表面

设计出一种对左旋和右旋圆偏振光产生各向异性相位调制的双模超表面器件。该器件在改变硅纳米柱尺寸进而调控传输相位的同时,改变了其面内旋向获得附加的几何相位。由于两种相位的结合,入射到超表面器件的右旋圆偏振光实现了44.8%的聚焦效率,而对于入射左旋圆偏振光,则保持其平面波前透射。该超表面器件作为小型化偏振器件可应用于信息加密传输等领域。

基于4D-CT和4D-CBCT扫描研究呼吸运动对模体成像体积的影响

目的∶应用运动模体研究呼吸运动对四维CT(fou-dmensional computed tomgraphy,4D-CT)和四维锥形束CT(fou-dmensional cone beam compated tomgmpy,4D-CBCT)成像结果的影响。方法∶利用QUASAR运动模体模拟16种呼吸模式,其中振幅设定为5mm、10 mm,20mm和30mm四种;频率设定为10次/min、12次/min、15次/mi和20次/min四档。运用4D-CT和4D-CBCT对16种呼吸模式下的QUASAR模体进行扫描。将获取的图像通过D-COM网络传输至MIM工作站,分别在各时相CT图像中勾画出QUASAR模体中包含的特定模块(直径分别为1cm、2 cm的球体以及边长为3cm的正方体,密度为1.41 gcm^2),统计并比较各时相CT图像中不同模块的体积。结果∶16种呼吸模式下,4D-CT扫描得到的图像结果显示,QUASAR模体中直径为1cm,2cm的球体以及边长为3cm的正方体体积变化率平均值分别为62.42%±47.64%、35.95%±32.①%和32.71%±20.31%,而4D-CBCT扫描得到的结果分别为48.59%±26.7%,8.80%±1.43%和I8.19%±9.05%;4D-CT扫描结果显示16种扫描模式下如%~70%时相三个插件体积变化相对其他时相平稳,且体积变化率平均值分别下降至3.02%±14.12%、17.29%±7.58%和23.43%±11.11%。与4D-CT相比,4D-CBCT得到的扫描结果各时相体积变化相对稳定。结论∶呼吸运动会影响4D-CT和4D-CBCT成像的结果,针对运动模体,4D-CT和4D-CBCT扫描的图像结果体积均偏大,4D-CT中40%~70%的呼吸时相体积与真实体积更接近,建议在肿瘤体积勾画与呼吸门控治疗时使用40%~70%时相。

有无均整器调强与容积旋转调强在甲状腺功能亢进突眼放射治疗中的剂量学研究

目的探讨非均整模式调强放射治疗(flattening filter free intensity modulated radiotherapy,3FIMRT)、非均整模式容积旋转调强放射治疗(flattening filter free volumetric modulated arc therapy,3FVMAT)、均整模式调强放射治疗(flattening filter intensity modulated radiotherapy,IMRT)和均整模式容积旋转调强放射治疗(flattening filter volumetric modulated arc therapy,VMAT)4种计划应用于甲状腺功能亢进(甲亢)突眼放射治疗(放疗)的剂量学差异。方法选取2016年9月—2017年9月已行放疗的29例甲亢突眼患者的CT图像作为研究对象。对29例患者以相同处方剂量和目标条件分别重新设计IMRT、VMAT、3FIMRT、3FVMAT 4套放疗计划。评估4种计划靶区剂量分布、正常组织受照射剂量、机器跳数和治疗时间。结果 4种治疗计划均能满足临床治疗的要求,在靶区最大剂量、平均剂量、均匀指数方面差异无统计学意义(P>0.05)。在靶区最小剂量、50%处方剂量包裹体积、适形指数、梯度指数方面4套计划差异均有统计学意义(F=10.920、35.860、11.320、17.790,P<0.05)。IMRT和3FIMRT在适形指数方面优于VMAT和3FVMAT,但IMRT和3FIMRT二者之间无明显差异。在眼晶状体平均剂量和脑组织平均剂量方面4套计划差异具有统计学意义(F=5.054、83.780,P<0.05)。和其他3种计划相比较,3FVMAT可以更好地保护眼晶状体和脑组织。3FVMAT和VMAT之间机器跳数和治疗时间无明显差异。3FVMAT相比IMRT、3FIMRT的机器跳数分别减少65.07%、70.22%,治疗时间分别减少48.1%、35.24%。结论 3FVMAT与IMRT、3FIMRT、VMAT相比能为甲亢突眼放疗带来更多的剂量学优势。