湖光岩砂石的释光剂量研究

采集湖光岩玛尔湖周围部分岩洞内的岩样及岩壁下和湖岸边的砂土样品,用粗颗粒法测量它们的热释光和光释光;用复合作用剂量响应模型分析热释光和光释光剂量响应,并计算对应的热释光和光释光古剂量。结果表明:相同采样点的样品,热释光和光释光古剂量间都存在一些差异;不同采样点样品的释光剂量相差很大;热释光古剂量测量值较准确的样品,光释光古剂量测量值与热释光测量值无显著的数量级差别。此测量分析对第四纪火山考古有一定参考意义。

医用直线加速器主要部件对X射线能谱的影响

研究了医用直线加速器的主要部件对X射线能谱的影响。利用蒙特卡罗软件包EGSnrc/BEAMnrc针对Varian600C医用直线加速器,模拟完整及分别去除初级准直器、均整器和次级准直器条件下的相空间文件,通过相空间文件分析程序Beamdp对相空间文件进行分析,分别得到相应条件下的X射线能谱。均整器对能谱的影响非常大,对比于无均整器的情况,有均整器时,平均能量上升了48.9%;但初级准直器、次级准直器对能谱的影响小,平均能量的变化小于1%。在射野内,对比于无均整器的情况,有均整器时,能量注量降低了52.4%,但其空间分布变均匀,非平坦度从15.09%变为1.82%;对比于无初级准直器的情况,有初级准直器时,能量注量上升了1.58%;而对比于无次级准直器的情况,有次级准直器时,能量注量下降了2.00%。均整器对X射线的能谱的影响起主要作用,它能够使X射线的平均能量上升和射野内能量注量的分布变均匀。初级准直器对X射线能谱影响小但对X射线的散射不可忽略,而次级准直器对X射线能谱的影响小而且对X射线的散射作用可以忽略,这些结果对加速器X射线束流模型的建立有一定的参考意义。

准直器叶片到位精度对宫颈癌容积调强计划验证的影响

目的探讨加速器多叶准直器(MLC)叶片到位精度对宫颈癌容积调强放疗计划剂量验证通过率的影响。方法在加速器常规质控基础上,选用Mapcheck和Arccheck两种半导体探测器矩阵在校准MLC叶片到位精度前后,分别测量30例宫颈癌容积调强放疗计划的二维和三维剂量分布。采用3%、3 mm和2%、2 mm标准,计算二维和三维剂量验证的Gamma通过率;并通过3DVH软件进一步将三维剂量分布误差与患者解剖结构建立起相互关系,评估加速器MLC叶片到位精度对宫颈癌容积调强放疗计划通过率的影响。结果MLC校准前后,3%、3 mm标准下Mapcheck测得的Gamma通过率分别为(88.80±1.81)%和(99.25±0.53)%,平均提高10.45%;Arccheck测得的Gamma通过率分别为(87.61±1.98)%和(98.13±0.99)%(P<0.05),平均提高了10.52%。3DVH测得的Gamma通过率分别为(89.87±2.28)%和(98.30±1.15)%(P<0.05),平均提高了8.43%。结论MLC叶片到位精度是影响加速器宫颈癌容积调强放疗计划执行准确性的主要因素之一。通过使用Autocal软件,可以快速、准确的完成多叶准直器的校准工作。

锥形束CT离线校正在乳腺癌放疗摆位中的应用

目的研究锥形束CT(CBCT)在乳腺癌保乳术后放疗中离线校正治疗等中心的作用。方法随机选取接受放疗的乳腺癌保乳术后患者30例,均采用调强放射治疗,前3次治疗前均对患者行CBCT扫描,离线计算3次摆位误差均值,依据误差均值调整患者治疗等中心,后续治疗过程中每周1次CBCT扫描,计算调整前后PTV外扩值(M)。采集的CBCT图像以计划CT作为基准,应用Grey_(T+R)匹配分别对整体区域(GROI)、患侧胸壁区域(CROI)、患侧锁骨头区域(SROI)进行图像配准,记录离线校正治疗等中心前后的平移和旋转误差情况。结果离线校正治疗等中心后,X轴(左右)、Y轴(头脚)及Z轴(前后)方向上的平移误差均值从0.4 cm减少至0.1 cm,差异有统计学意义(P<0.05)。在左右、头脚、前后方向上的M值分别由调整前的0.54、0.76、0.62 cm变成了修正后的0.17、0.17、0.19 cm。配准区域分别选择GROI、患侧CROI、患侧SROI进行Grey_(T+R)匹配,结果发现GROI、CROI和SROI在X轴上的平移误差、Y轴旋转误差上的差异无统计学意义(P>0.05),其他方向和旋转角度上差异有统计学意义(P<0.05)。结论乳腺癌保乳术后调强放疗应用锥形束CT扫描离线校正可以作为复位的有效补充,调整等中心后可以有效降低摆位误差。

图像配准方式对宫颈癌后装自适应放射治疗图像配准精度的影响

目的研究不同配准范围大小和不同图像质量对宫颈癌后装自适应放射治疗不同分次之间CT图像配准精度的影响,为临床的应用提供指导。方法随机选取15例已完成三维后装放疗的宫颈癌患者,将患者的最后一次治疗计划CT图像(CT1)和第一次治疗计划CT图像(CT2)导入Varian公司的Velocity软件,分别以不同图像质量(保留施源器和去除施源器两种)和不同配准范围[配准靶区(S组)/配准器官结构(M组)/配准体廓(L组)]进行图像配准,以靶区和危及器官相似性指数(DSC)来评价不同配准方式的配准精度,并采用配对T检验比较不同配准方式的配准精度。结果使用Velocity软件基于CT阈值自动分割金属施源器,CT值选择1700~1800 HU时分割的体积最接近真实体积值。去除施源器组中各器官结构的相似性指数DSC优于或等效于保留施源器组,且直肠的DSC值得到明显提高,差异具有统计学意义(P<0.05)。不同配准框大小之间比较,配准靶区组(S组)的高危靶区体积(HRCTV)和低危靶区体积(IRCTV)的相似性指数最高,优于配准器官组(M组)和配准体廓组(L组),差异具有统计学意义(P<0.05)。配准器官组(M组)有较好的靶区体积配准精度和最优的危及器官配准精度,膀胱和直肠的DSC值明显优于其他两组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论在宫颈癌后装自适应放疗中,使用Velocity软件对0.24 cc的金属施源器进行自动分割时应选择CTHU=1700~1800 HU。对施源器进行自动分割并屏蔽可以提高图像质量,图像配准时建议选用配准器官范围进行图像配准。

射野角度优化方法在全段食管癌IMRT计划设计中的应用

目的:分析射野角度优化(BAO)布野、均分布野和人工布野3种5野全段食管癌IMRT计划设计方法的剂量学差异,为全段食管癌IMRT计划设计提供临床参考。方法:选取15例行IMRT治疗的全段食管癌患者,分别设计3种5野IMRT(5f-IMRT)计划:基于BAO方法布野计划组(A组)、均分布野计划组(B组)以及人工布野计划组(C组)。用靶区覆盖率、适形度指数(CI)和均匀性指数(HI)以及各危及器官的剂量学参数来比较3组计划方法的剂量学差异,统计分析用配对t检验方法。结果:3组计划的靶区剂量覆盖均能满足临床要求。对于危及器官,A组计划的双肺Dmean和心脏平均值明显低于其他两组计划,差异有统计学意义(P<0.05)。相对于C组计划,A组和B组计划中双肺的V20 Gy和心脏V30 Gy均明显降低(P<0.05),其中A vs C、B vs C的双肺V20 Gy和心脏V30 Gy分别为[(29.15±2.75)%vs(30.03±2.55)%,P=0.005]、[(29.08±2.40)%vs(30.03±2.55)%,P=0.005]和[(45.37±4.59)%vs(48.24±6.45)%,P=0.010]、[(45.79±4.60)%vs(48.24±6.45)%,P=0.040]。最后,对3组计划的剂量学参数进行综合评分,其中A组计划中的靶区PTVx综合评分、危及器官综合评分和计划综合评分得分均为最高,其中计划综合评分CSFTotal为7。C组计划综合评分最差,CSFTotal为-4。结论:相比于人工布野方法与均分布野方法设计的全段食管癌5f-IMRT计划,BAO计划具有明显的剂量学优势,建议在全段食管癌的计划设计中推广应用。

基于迭代更新模型的鼻咽癌自动计划质量研究

目的:以鼻咽癌调强计划作为对象,应用瓦里安eclipse治疗计划系统的Rapid Plan自动计划模块,建立一种新的迭代更新方法提高Rapid Plan模型的质量,并验证该方法在临床应用的可靠性。方法:本研究随机选取鼻咽癌患者计划117例,运用计划质量评估方法及RTOG protocol 0615报告来制定计划质量评估指标对其打分。通过打分筛选每次建模的入组计划,对被筛掉的低分计划利用每次迭代更新模型辅助重新设计,并逐步提高入组计划分数,最终经过3次迭代获得最终模型。另选取20例鼻咽癌测试病例验证模型每次迭代的变化以及进行最终模型与原手工计划的比较。结果:经3次迭代分别获得模型A1、A2、A3。随着模型迭代,分数呈上升趋势,最终模型A3评分与原计划相比差异有统计学意义(P<0.05)。3个模型靶区剂量覆盖均满足临床要求,PTV_(nx)的V_(70Gy),PTV_(1)的V_(60Gy),PTV_(2)的V_(54Gy)均值差别没有超过1%。危及器官脊髓的D_(max)和视交叉的D_(max)随着模型迭代,有明显下降趋势。最终模型A3与原计划相比,脑干的V_(54Gy)、脊髓的D_(max)、左侧腮腺的D_(mean)、左右颞叶的V_(60Gy)、左右视神经以视交叉的D_(max)均下降,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:本研究探讨了一种基于迭代更新模型的鼻咽癌自动计划方法,通过不断提升训练集质量,可以有效提高模型质量和预测能力,有效改善自动计划的计划质量,可更有效辅助物理师/剂量师设计更加优质的计划。

基于卷积神经网络CT/CBCT影像质量自动分析

目的:通过独立的程序自动分析数据,可以在减轻影像的质量保证(QA)工作量的同时,尽可能避免操作者主观因素造成的偏差。方法:对Catphan500/503/504/600的CT/CBCT影像按照功能模块进行分类,并通过卷积神经网络(CNN)进行学习,学习后对新输入的CT/CBCT影像可以自动识别并根据功能模块进行分类,继而对相关指标包括影像CT值的线性、调制传递函数以及均匀性等进行自动分析,以便确保临床应用的影像质量达到要求。结果:对于Catphan500扫描的CT图像和Catphan503扫描的CBCT图像,经过CNN自动分类对于功能模块CTP401、CTP404、CTP528都可以正确标记出来,但是CTP486的精确度没有达到100%,即有部分不属于CTP486的模块被错误判断成CTP486。同时均可实现对CT的值线性、调制传递函数以及均匀性3个图像指标进行自动分析。结论:基于CNN能够准确地对CT/CBCT扫描的Catphan图像进行分类,下一步将拓展该方法到其他影像设备的QA体模,以便实现更广泛的自动影像质量保证。

Varian Edge均整和非均整模式下6 MV和10 MV光子线能谱研究

目的:研究Varian Edge均整(FF)和非均整(FFF)模式下6 MV和10 MV光子线能谱并对比其差异。方法:利用蒙特卡洛程序软件包EGSnrc/Beamnrc建立Varian Edge 6 MV FF和FFF、10 MV FF和FFF的加速器模型,模拟所对应的相空间文件,而后以相空间作为输入源,利用DOSXYZnrc计算其在水体模中的剂量分布,并与三维水箱的测量数据比对,当模拟值与测量值之间的差异在1%之内时,利用Beamdp分析此时的相空间文件,得到对应的光子线能谱,并比较相互之间的差异。结果:模拟的百分深度剂量曲线和离轴比曲线与测量值之间的差异在1%之内。相对于FF模式,FFF模式的能谱"软化",其中6 MV FFF的平均能量从1.587 MeV下降至1.172 MeV,低能(能量≤1 MeV)光子所占的份额由41.06%上升至60.04%;而10 MV FFF的平均能量从2.796 MeV下降至1.956 MeV,低能光子所占的份额由21.22%上升至44.63%。同一射野内FFF模式的能谱随离轴距离的改变较小,同时每初始粒子所引起的能量注量是FF模式的2～4倍,射野内的能量注量分布变得不均匀,非平坦度F上升;分析不同射野下的能谱发现FFF模式的机头散射较少。结论:本研究结果对理解FFF模式下光子线的物理特性提供了非常好的参考价值。

基于电子射野影像装置的容积调强弧形治疗二维剂量验证研究

目的基于电子射野影像装置（EPID）建立二维剂量精确重建模型并验证容积调强弧形治疗（VIMAT）剂量，与其他测量工具进行比较与分析。方法采用EPID进行VIMAT的二维剂量验证，基于卷积、反卷积以及修正函数建立二维剂量重建模型。通过电离室测量的离轴比剂量曲线并用最小二乘法确定计算模型参数。对12例不同部位肿瘤患者的VIMAT计划用电离室测量中心点剂量，采用其他平面剂量测量工具测量相应平面剂量分布。所有工具测量深度均设置为10cm，并采用γ分析法比较测量结果。结果对中心点绝对剂量，EPID与电离室测量结果偏差〈1．5％。对平面剂量，2％2mm标准下EPID与Seven29、Matrixx的平均叮通过率分别为98．9％、99．8％，3％3mm标准下EPID与治疗计划系统计算结果的平均γ通过率为99．9％。结论基于EPID建立的二维剂量重建模型能很好地用于调强放疗二维剂量验证工作，今后将考虑将该模型拓展到均匀模体的三维剂量验证中。

基于简化机头模型与筒串卷积算法的调强计划独立三维剂量验算

目的 建立医用直线加速器的双点源机头模型,结合筒串卷积算法实现调强治疗计划三维独立剂量验算.方法 分别对瓦里安、医科达直线加速器建立双点源机头模型,结合筒串卷积剂量算法计算三维剂量分布.与电离室水箱扫描数据比较规则野的Scp、PDD、离轴剂量分布确认计算模型.两种加速器分别各选取12例共24例调强治疗计划进行比较,对TPS计算结果进行独立验算,并且与探测器矩阵测量结果进行比较.结果 矩形野中心点剂量偏差均〈1%,射野内相同位置二者剂量偏差≤1%,半影区域位置偏差≤1 mm.采用3%/3 mm标准γ通过率均〉90%.结论 建立了基于双点源机头模型结合筒串卷积算法实现调强治疗计划三维独立剂量验算,对规则射野及调强治疗计划的验证比较,表明该方法和计算模型可用于临床计划的三维独立剂量验算.

电子射野影像装置机械运动的位置误差研究

目的 研究不同类型电子射野影像装置（EPID）机械运动的相对位置偏差,为基于EPID进行调强放疗剂量验证提供位置误差的修正依据。方法 对3种不同类型EPID （瓦里安aS1000、aS500和医科达iViewGT）采用5 cm×5 cm射野进行照射。通过自编软件系统对EPID采集的射野图像进行分析,并确定射野中心点在EPID上投影。对臂架0°~360°射野中心点在EPID上投影位置进行分析,并与臂架0°时位置比较以确定相对位置偏移。结果 在瓦里安aS1000、aS500、医科达iViewGT的EPID最大相对偏移左右方向上分别为（－0.23±0.17）、（2.94±0.17）、（0.35±0.09） mm,上下方向上分别为（－4.16±0.20）、（－4.15±0.25）、（－1.66±0.11） mm。对上下方向上的相对位移采用四次方经验函数可较好地进行拟合。结论 不同类型EPID在不同角度下相对位置误差不同,且在上下方向上明显较左右方向大,应用EPID进行调强验证时必需考虑对在不同臂架角度下相对位置误差进行修正。

鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量预测模型建立与验证

目的运用医学数据分析方法，建立鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量预测模型并评估其准确性。方法从鼻咽癌治疗数据库中选取50例相同射野角度的IMRT计划，获取腮腺DVH。自编软件计算腮腺中每个体素点到靶区边缘距离，统计并生成DTH。对DVH和DTH数据进行主成分分析，并以DVH主成分为因变量，以DTH主成分、腮腺体积和靶区体积为自变量进行多元非线性回归．构建DVH预测模型。选取另外10例鼻咽癌IMRT患者，利用模型对腮腺剂量进行预测，并与原有IMRT计划设计的DVH进行比较以验证预测模型的可靠性和准确性。结果DTH和DVH数据97％以上信息可以通过2、3个主成分进行表示。构建的腮腺DVH模型平均拟合误差为（0±3．5）％。10例验证病例显示腮腺预测DVH曲线形状与原TPS计划结果高度一致，平均偏差（-0．7±4．4）％，模型预测的准确性高达95％。结论该模型能有效预测鼻咽癌IMRT计划腮腺剂量分布．可作为评估和验证治疗计划腮腺受量的质量保证工具。

医用直线加速器机载影像系统QC图像定量评估方法研究

目的 实现医用直线加速器机载影像系统QC图像质量的定量分析.方法 使用医科达iViewGT和XVI影像系统以及瓦里安aS1000和OBI影像系统,分别进行EPID的MV平片和CBCT的KV平片及三维影像质量检测.所用体模为Las Vegas、TOR18FG、Catphan504.通过对采集图像分析得到MV平片、KV平片及三维影像各个图像指标的定量结果.结果 给出了iViewGT和aS1000两种EPID对比度分辨率,并用定量值表示;给出了XVI、OBI系统KV影像验证片对比度分辨率定量结果,以及用以表征空间分辨率的MTF曲线.对XVI、OBI系统三维影像下噪声、均匀性、CT值一致性、对比度分辨率进行了定量分析,给出了用以表征空间分辨率的MTF曲线.结论 给出了一套完整的基于常用模体定量检测EPID和CBCT图像质量方法,为建立IGRT下规范图像质量QC制度提供了非常好的参考价值.

基于EPID和EBT3胶片剂量计对动态MLC叶片到位精度检测研究

目的建立一种使用EPID和EBT3胶片剂量计进行动态MLC叶片到位精度的快速准确检测方法。方法美国瓦里安6MV加速器的固定机架角和准直器角度为0°。共设计11个MLC以滑窗方式运行的射野，每个射野由一组相同宽度的窄条野组成，窄条野的宽度为1-10mm，窄条野之间的间距为2cm。使用EPID、EBT3胶片剂量计作为测量工具，刻度设计窄条野宽度（带宽）与测量带宽的半高宽的关系。以同样方式设计一带宽为5mm射野，并在不同位置设计几处MLC叶片偏差，通过EPID、EBT3分析MLC叶片到位精度。结果当设计带宽〉4mm时，可很好地线性拟合设计带宽与实测带宽的半高宽。EPID检测带宽、峰值间距、MLC叶片位置的精度分别为±0．2、±0．1、±0．1mm，EBT3检测的分别为±0．3、±0．2、±0．2mm。结论提供了一种使用EPID或EBT3胶片剂量计快速检测MLC实际到位精度的方法，为MLC的QA提供帮助。