VitalBeam加速器四种不同治疗床板的剂量衰减特性测量与分析

目的探讨并比较四种不同加速器治疗床板对VitalBeam加速器四档光子线剂量衰减的影响。方法将固体水模中心与VitalBeam加速器等中心对齐,将需要测量的CIVCO公司两款床板和Qfix公司两款床板分别放置于固体水模上,床板纵向中心轴对齐中间激光线,使用指形电离室测量模体中心剂量。在VitalBeam的6 MV、10 MV、6 FFF和10 FFF四档光子束能量下,选择10 cm×10 cm和5 cm×5 cm射野,机架角为0°~80°(间隔10°测量),测量无床板时和有床板时的剂量,对比得出各个床板在不同入射角度下的衰减系数。结果在VitalBeam加速器的四档光子线能量下,对于10 cm×10 cm和5 cm×5 cm的照射野,CIVCO碳纤维床板的衰减因子为2.10%~8.19%;CIVCO凯夫拉床板的衰减因子为2.73%~8.97%;Qfix Calypso床板的衰减因子为1.49%~6.92%;Qfix KUTI床板的衰减因子为1.92%~7.79%,所有衰减值均在0°~70°之间随入射角度增加而增大。结论四种床板绝大部分入射角度的衰减均超过2%,所有床板均在70°的斜入射时达到最大衰减值,临床中在治疗计划设计时应考虑加速器治疗床对剂量衰减的影响,对不同的治疗床应建立相应的床模型。

一种实现术中实时在体组织良恶性鉴别检测的创新医疗设备系统

该文介绍了一种基于开端同轴探头法测量组织介电特性的术中实时在体组织良恶性鉴别检测设备系统,分别从测量原理、硬件系统结构和系统软件设计三个方面进行介绍。该设备系统整体上属于原创,运用该设备系统可以在胃肠肿瘤、乳腺肿瘤等术中实时在体检测可疑部位组织的介电特性。由于组织癌变后其介电特性往往变化较大,故通过检测待测部位组织的介电特性即可实现术中实时在体组织良恶性的鉴别诊断。通过介电特性已知的标准液的测量验证,该设备具有较高的测量精度。本课题组已运用该设备在临床开展了近200例包括乳腺癌、胃癌、结直肠癌肿瘤患者的病灶组织检测,通过与病理检测结果对照,表明运用该设备系统完全可以实现术中实时在体组织良恶性鉴别检测。

调幅射频电磁场人体辐照实验系统的设计与实现

设计可用于调幅射频电磁场生物效应研究的人体辐照平台,分别从硬件系统部分和软件系统部分两方面进行介绍。硬件系统由射频信号发生模块、功率放大模块、阻抗匹配模块以及发射天线构成,其接收到由软件系统发出的载波、调制频率、调制深度以及功率参数指令后,进而实时产生相应的调幅射频电磁场。实际测量结果表明,设计的调幅射频电磁场人体辐照实验系统具有良好的性能参数,该系统为人体调幅射频电磁场生物效应研究提供一个使用方便、参数可控的电磁辐照平台。

混合模态人体个性化组织介电特性电磁模型的建立与应用研究

探究混合模态人体个性化组织介电特性电磁模型的建立,为分析计算电磁场在组织内的分布提供必要的负载模型。本文使用计算机断层扫描(CT)图像和磁共振(MR)图像两种模态建立了混合模态的人体盆腔个性化电磁模型"fusion",同时也单独使用CT图像建立了单一模态的人体盆腔个性化电磁模型"single"。通过计算机仿真对所建立的两种电磁模型进行电磁仿真分别获得其在1.5 T,3 T场强下B1场和局部能量比吸收率(Local SAR)的分布。通过单模态个性化电磁模型和混合模态个性化电磁模型的外观形态、B1场和SAR值分布的比较得出混合模态个性化电磁模型可以获得更加精细的B1场和SAR值的分布。

基于时域有限差分方法设计调幅射频辐照头部线圈

研究应用于调幅射频电磁场生物效应研究的非接触式射频线圈。首先根据射频辐照线圈的设计要求,通过时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)方法进行电磁仿真计算分析;进而根据仿真计算结果实现辐照原型射频线圈。S参数测试和信号测试结果显示,S_(11)参数达到了-31.41 d B,且射频线圈共振在载波频率上,所实现的射频线圈符合设计要求。该射频线圈可作为核心硬件部件应用于后续的调幅射频电磁场生物效应研究中。

开端同轴探头法原理及其在人体组织介电特性测量中的应用

本文主要介绍了两种基于开端同轴探头的人体组织介电特性测量方法,并利用开同轴探头法离体测量了在50-500 MHz范围内,人体结直肠癌及对应正常组织的介电特性,实验结果表明开端同轴探头法具有较高的检测精度,能够很好的适应人体组织介电特性的测量。本文介绍的开端同轴探头具有简单、非破坏性、可在体实时测量等多项优点,为生物组织介电特性测量的首选方法。

基于磁共振信号幅值的射频场映像技术研究

MRI领域近年来的新兴研究热点之一——磁共振介电特性成像(MR EPT)技术能通过检测射频场分布,实现活体组织介电特性断层成像。作为MR EPT技术基础之一的磁共振射频场映像(B_1 mapping)技术,其B_1场成像的质量直接影响着MR EPT算法的精度,因而准确、稳健的B_1 mapping技术对于后续的MR EPT算法至关重要。研究双角度法(DAM)和快速预饱和法(sat TFL)两种基于磁共振信号幅值的B_1 mapping技术的基本原理,以及其在体模和人体头部MR扫描中的应用,并利用FDTD仿真分析上述两种B_1 mapping技术的B_1场缩放系数(R_i)和平均相对差异系数(MRD),发现在低介电特性体模和脑白质B_1场成像中,利用FDTD仿真获得的B_1场缩放系数R_i与采用上述两种B_1 mapping技术获得的实际B_1场缩放系数R_i差异较小,它们的MRD在10%以内;然而在高介电特性体模和脑脊液B_1场成像中,采用DAM方法获得的B_1场缩放系数R_i要高于采用sat TFL方法获得的B_1场缩放系数R_i,且有DAM的MRD高达21%。研究的结果可为不同介电特性组织的B_1场成像选取合适的B_1 mapping技术提供参考,为推动MR EPT技术的实用化提供基础研究支持。

CT-电子密度转换曲线误差对IMRT剂量计算结果的影响

目的:研究CT-相对电子密度转换曲线误差对调强放射治疗(IMRT)计划剂量计算结果的影响。方法:随机选取南方医科大学顺德医院IMRT治疗的宫颈癌患者10例,在Eclipse治疗计划系统中对IMRT计划引入CT-电子密度转换曲线误差(±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.0%和±3.0%),重新计算剂量分布,每例患者得到10个带有误差的新计划并与原计划进行比较。分析转换曲线误差对剂量计算结果的影响,包括靶区相关剂量参数、适形度指数(Conformal Index,CI)、均匀性指数(Homogeneity Index,HI)和脊髓、肾脏、小肠、膀胱、直肠等危及器官体积剂量参数。分析不同转换曲线误差和各剂量参数偏差值之间的关系。结果:转换曲线引入正误差时计划剂量参数降低,引入负误差时计划剂量参数升高,引入的误差越大剂量变化越大。当转换曲线误差为1.5%时,靶区平均覆盖率为94.73%±1.86%,误差继续增大,带来的影响超出临床可接受范围。CI和HI在不同误差的计划之间没有统计学意义(P>0.05)。不同转换曲线误差和各剂量参数偏差值之间存在显著性负相关性(P均<0.001),并利用Matlab得到不同转换曲线误差和各剂量参数偏差值之间的相关公式。结论:当转换曲线误差大于1.5%时,剂量偏差无法满足临床要求。计划系统建模时需建立正确的CT-相对电子密度转换曲线,对CT模拟机要定期QA,以保证治疗计划剂量计算的精度。

HyperArc与VMAT技术脑转移瘤应用比较

目的比较新型脑转移瘤治疗技术HyperArc与容积调强弧形治疗(VMAT)技术在剂量学参数及计划复杂性方面差异。方法选取26例脑转移瘤患者,处方为9 Gy 3次、6 Gy 5次,分别采用HyperArc(HA)、共面(Cop)及非共面(Non-cop)VMAT技术进行计划设计。比较3种计划靶区(PTV)RTOG适形指数(RTOG CI)、Paddick CI、均匀性指数(HI)、梯度指数(GI),脑干D_(max)以及Brain-PTV的V_(2Gy)-V_(26Gy)。此外,对机器跳数以及计划复杂性参数(包括MCSv和ALPO)进行比较。结果为了防止治疗时脱靶,所有计划RTOG CI都>1.1。对于Paddick CI,HA计划的高于Cop和Non-cop VMAT(0.89±0.019∶0.88±0.017,P=0.001和0.89±0.019∶0.87±0.036,P=0.003)。对于GI,HA计划的跌落最快(3.35±0.64),其次为Non-cop VMAT(3.70±0.80),最差为Cop VMAT(4.90±1.85)。对于脑干D_(max),HA计划低于Non-cop VMAT计划[(604.14±531.61)cGy∶(682.75±558.22)cGy,P<0.05]。对于V_(12Gy)和V_(24Gy),HA计划都低于VMAT计划(均P<0.05)。对于机器跳数,HA计划低于Non-cop VMAT、Cop VMAT计划(2872.60±566.93∶3771.28±1022.38、2872.60±566.93∶4494.08±1323.09,均P<0.05)。计划复杂性方面,Cop VMAT计划的MCSv最低,即复杂度最高(P<0.05);HA计划的ALPO较Non-cop更高,即HA计划复杂度较低(P<0.05)。结论对于脑转移瘤治疗,HyperArc较VMAT技术有更好的靶区适形性和剂量跌落,对脑干及正常脑组织保护更好,且计划复杂性也较低。

基于AURA的放疗数据统计报表开发与应用

放疗环节众多流程复杂,各环节产生大量数据,如何基于现有放疗信息系统高效提取放疗数据,并将其应用于临床和科研是亟需解决的重要问题。为解决科室临床科研对放疗数据的需求、提高放疗信息化水平,本文结合科室需求和现状,基于放疗网络信息系统ARIA和报表系统AURA,使用SQLServer 2014和Report Builder开发17个相应的实用统计报表。重点阐述了开发原理及关键步骤,同时分析了报表统计和人工统计的工作效率,旨在提升科室放疗信息化水平和治疗效率。

基于ESAPI编译结构快速处理软件的实现与评估

目的利用ESAPI功能开发靶区与危及器官结构快速处理软件,帮助放疗临床计划制作者简化各种常见的结构后处理操作。方法基于ESAPI功能开发SmartStructure脚本软件,并在临床工作中进行验证评估。选取直肠癌新辅助放疗、乳腺癌保乳术后放疗、宫颈癌术后放疗、鼻咽癌根治性放疗、肺部立体定向放疗(SBRT)病例各10例,不同病种有不同的结构处理需求。每个病例分别采用常规手动处理方式(手动组)、使用SmartStructure脚本但不使用模板进行结构处理(SmaStru-N组)、使用SmartStructure脚本且使用针对该病种的临床辅助结构模板进行结构处理(SmaStru-P组)。比较3种方式的处理时间,并请临床工作者对脚本进行多方面评分,并对比脚本软件和手动两种方式的使用感受评分。结果上述3种方法均能在临床上正常使用。在出错率方面,手动组为7.0%,SmaStru-N组为3.0%,SmaStru-P组为0%。5种病例SmaStru-N组方式较手动组平均提升60.9%的靶区及危及器官处理时间,SmaStru-P组较手动组提升93.3%处理时间。SmartStructure脚本方式使用感受评分均高于手动方式。临床工作者对脚本“适用性”与“简便性”方面评分较低,“准确性”与“效率”方面评分较高。结论相较于常规手动处理结构方式,使用SmartStructure脚本软件能够快速准确地进行靶区与危及器官的结构处理,且随着病例需要处理结构数量的增加其优势更加明显。SmartStructure符合临床需求、降低出错率、提升计划处理速度、提升临床工作者的工作效率,为今后自适应放疗的发展提供基础。

Eclipse应用程序接口联合RapidPlan临床实践的自动计划设计方法

目的基于Eclipse应用程序接口(ESAPI)实现Eclipse15.6版计划系统放疗计划全自动设计程序SmartPlan,并对其临床应用进行评估。方法在临床计划中选择鼻咽癌及直肠癌各20例,使用SmartPlan联合RapidPlan进行自动计划设计并与手动计划进行剂量学参数比较。采用Wilcoxon符号秩检验行两组间差异比较。结果自动计划和手动计划结果在剂量学上均能满足临床需求。鼻咽癌计划中靶区覆盖方面两组相近(P>0.05),且自动计划在危及器官保护方面多数优于手动计划(P<0.05)。直肠癌计划中自动计划除靶区均匀性和小肠最大剂量略差于手动计划外,其余剂量学参数均优于手动计划(P<0.05)。结论相比手动计划,自动计划具有同等或相似的靶区覆盖,相似或更优的危及器官保护能力,且执行方式更加简单。基于ESAPI开发的SmartPlan自动计划程序具有临床可行性和有效性。