磁场中加速器小野X线射束在非均匀模体中的剂量沉积特性研究

目的利用蒙特卡洛模拟方法研究磁场中加速器输出的小野X线射束在非均匀模体中的剂量沉积特性。方法使用通用蒙卡程序EGSnrc并结合Varian官方提供的相空间文件搭建TrueBeam 6 MV机头模型,在源皮距为100 cm处分别模拟10 cm×10 cm的常规野和2 cm×2 cm的小野。先模拟常规野在均匀水模体中的能量沉积以验证模型的正确性,再模拟小野分别在非均匀的水-肺-水模体和水-骨-水模体中的能量沉积,在空间中添加与射束方向正交的1.5 T静态磁场后再进行模拟,最后分析剂量沉积特性。结果常规野的结果显示,无磁场时,Dmax深度为1.5 cm;磁场存在时,建成区缩短且Dmax深度前移至1.1 cm。小野的结果显示,磁场的存在导致原本的剂量沉积特性反转:水-肺-水模体中,两个交界面处分别有36.92%和-36.44%的剂量改变;水-骨-水模体中,两个交界面处分别有-11.17%和10.89%的剂量改变。结论磁场的存在会使加速器输出的小野射束在模体中的剂量沉积情况发生较大程度改变,特别是在非均匀介质的交界处。

基于射束通道和生成对抗网络的调强放射治疗剂量预测方法

目的基于射束通道实现调强放射治疗(放疗)剂量的精准预测。方法选取行调强放疗的鼻咽癌Ⅲ期患者137例。随机抽取102例为训练集,24例为验证集,11例为测试集。基于Pix2pix模型,引入剂量预计算结果作为射束通道,预测患者个体化放疗剂量分布。采用剂量体积直方图(DVH)、处方剂量参数和计划综合评分对预测结果进行评估。结果11个测试病例的预测剂量和人工计划剂量综合评分分别为70/60、40/50、10/30、70/60、70/60、80/80、80/70、70/60、60/70、80/60和60/60。随机选取4个测试病例,DVH显示,模型对脑干和脊髓的预测剂量曲线整体位于人工计划剂量曲线的左侧,而对眼球和腮腺的预测剂量曲线整体位于人工计划剂量曲线的右侧。结论基于射束通道和Pix2pix模型,可对鼻咽癌放疗患者进行有效剂量预测,从而为放射物理师的计划设计目标提供参考。

考虑射束硬化的煤岩CT数据阈值分割方法及应用

射束硬化是工业CT应用中的常见现象,射束硬化会导致同一密度组分呈现不同的灰度值,严重影响对各组分的分割及后期重构。为对射束硬化效应影响下的煤岩试样CT扫描数据精确划分,研究了射束硬化影响下的煤岩试样灰度值的分布规律,发现灰度束上灰度值的变化能够真实反映组分密度变化,并从理论上推导证明了这一结论,据此提出了灰度束阈值分割方法。灰度束阈值分割方法是将CT重建后的三维灰度数据体离散为一维的灰度束,根据目标组分种类的数量选择合适的全阈分割方法进行分割,并对其进行多值化,将多值化后的一维数据体重新集合为三维数据,三维数据中不同值代表不同组分,从而将各组分区分。采用灰度束阈值分割方法对6种射束影响下的煤岩组合体扫描数据进行了阈值分割并重构,证明了本方法的有效性。研究结果能够对非均质煤岩及其他材料CT扫描数据精确划分提供参考。

Monaco放疗计划系统的金标准射束模型临床应用可行性分析

背景与目的:“快速验收流程”(accelerated go live,AGL)是医科达加速器从安装、调试、建模到放疗实施的整个管理流程。该流程是基于医科达上千台加速器大数据而建立的一套金标准射束模型,较传统繁琐耗时的加速器验收步骤而言,在数据采集和射束建模阶段得到很大程度优化。本研究旨在评估基于金标准射束数据(gold beam data,GBD)的Monaco放疗计划系统(treatment planning system,TPS)建模临床应用可行性。方法:基于复旦大学附属肿瘤医院放射治疗中心安装的两台Elekta Infinity ^(TM)直线加速器,按照AGL与GBD进行调试和射束建模。然后,利用三维水箱对百分深度剂量(percentage depth dose,PDD)、离轴剂量分布曲线(profile)和开野(open filed,OF)点剂量进行客户验收测试(customer acceptance tests,CAT)和射束模型验证,并利用16例不同部位临床病例进行放疗计划设计、测量及剂量分析,进一步测试和验证射束模型精确度。结果:对于射束模型的误差分析发现,所有PDD和profile的一致性均大于90%,其中加速器1和加速器2点通过率大于95%的比例(以GBD为参考)分别为99.4%和98.5%。对于点剂量验证,96.8%和97.2%的OF点剂量测量结果与加速器1和加速器2的TPS计算结果的一致性均在2%以内。对于电子束模型,TPS计算结果与实测值的R50和R90偏差均在3 mm以内。当使用3%/3 mm标准时,16例临床放疗计划的Gamma通过率都大于90%,点剂量一致性在3%以内。结论:基于GBD的Monaco TPS建模流程,较传统加速器从安装到验收流程而言,在保证模型精度的同时,整个流程时间缩短,具有临床应用可行性。

X射线TICT在复合材料工件检测中的射束硬化拟合校正研究

X射线TICT中,X射线透射物质时,发生了能谱硬化现象。使图像重建时出现伪影。因此必须进行修正。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了X射线TICT在检测复合材料工件中,X射线射束和与透射厚度的关系,并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点,通过获取X射线射束和数据,首先拟合出射束和与透射厚度的关系式,然后推导出X射线射束和校正为单色射线射束和的等效厚度与透射厚度的关系及其等效方法,最终得出X射线TICT在检测复合材料工件中X射线等效单色射线的衰减系数的射束硬化拟合值,再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构,即可有效消除X射线TICT在检测复合材料工件中射束硬化造成的影响。

X射线TICT中射束硬化拟合校正研究

X射线TICT中,由于射线硬化现象使图像重建时出现伪影。文中对X射线硬化现象进行了分析,探讨了在均匀物质中,X射线射束和与透射厚度的关系,并根据Beer定律和X射线与物质作用的特点,通过获取X射线射束和数据,首先拟合出射束和与透射厚度的关系式,然后得出X射线射束和校正为单色射线射束和的等效厚度与透射厚度的关系及其等效方法,最终得出X射线等效单色射线的衰减系数的拟合值,再对此衰减系数拟合值进行卷积反投影重构,即可有效消除X射线射束硬化的影响。

多台医用电子直线加速器的射束匹配的相关研究

越来越多的医院都配备了两台以上的直线加速器。如果多台医用电子直线加速器能够实现beam;matching;这将大大提高工作效率;缓解治疗压力。本文针对瓦里安公司的三台医用电子直线加速器的PDD;profile;output;factors;MLC;transmission;factor等进行匹配;已达到分流病人的目的。方法 调试过程中除按照varian;发布的”fine;beam-match”标准进行匹配外;还需进行其他一系列的测试。以23EX为参考;其他两台直加与之比较;并与Eclipse;TPS的计算结果进行对比。按照3%;3mm评估测量与计算之间的误差。结果 对于Trilogy;和23EX的6MV射线;各剂量学参数的公差都在1%以内;射线输出偏差在0.5%以内。vitalbeam由于靶和速调管与Trilogy;和23EX;不同;剂量学参数也不同。结论 同公司同系列的医用电子直线加速器是可以调试到同能量光子线beam;matching;如Trilogy;和23EX;同公司不同系列的医用电子直线加速器不能beam;matching;如vitalbeam与Trilogy;23EX。

预硬化法校正工业CT射束硬化伪像规律的研究

X射线工业CT系统都会产生不同程度的射束硬化伪像。研究一种有别于软件校正模型的更为简单实用的射束硬化伪像校正方法。该方法对X射线进行一定程度的预硬化,通过实验获得预硬化材料种类及射束硬化伪像的校正规律。结果表明,铜、铅为理想的预硬化材料,预硬化材料厚度与射束硬化伪像校正效果具有很好的对应关系。

射束强度受调节的适形放射治疗

射束强度受调节的适形放疗法是一种先进的放射治疗方法，它使用一组强度可独立控制的笔射束，通过旋转或多野静态照射肿瘤靶，使射野内高剂量分布形状在三维方向上与肿瘤靶的形状一致，同时尽可能地减少了靶区周围健康组织的照射剂量，从而大大提高放射治疗的治疗增益比，促进肿瘤的局部控制。本文系统地阐述了强度受调节的适形放疗的优势与治疗计划理论。

雷达等射束高度图制作方法

结合实践经验，详细介绍了雷达等射束高度图（也称为雷达有效地理视距图）制作的原理和方法。

基于切片轮廓重投影的锥束CT射束硬化校正方法

根据锥束CT射束硬化机理,提出一种基于切片轮廓重投影的锥束CT射束硬化校正新方法。该方法从原始投影图像重建的序列切片图像中得到中心切片和斜切片的轮廓信息,然后根据实际扫描时的锥束CT成像系统参数建立重投影坐标系,通过射线与切片轮廓重投影到平板探测器上的求交计算,得到射线穿越物体长度与投影灰度之间的对应关系,最后拟合射束硬化曲线并校正射束硬化伪影。仿真与实际校正结果均表明,该方法可简单有效地消除锥束CT的射束硬化伪影。

基于射束衰减网格的锥束CT散射校正方法

针对锥束CT系统的散射伪影,提出了一种新的散射校正方法:在X射线源和被检测物体之间放置一个射束衰减网格装置,据此推导出射束衰减网格钢珠小球中心投影位置上的散射值计算方法;对各小球中心投影位置上的散射值采用双三次样条插值得到相应的散射分布图像,从原始投影图像减去散射分布图像完成散射校正。通过圆柱样品和月牙样品验证了算法的可行性,结果表明该校正方法能有效减少由于散射引起的重建切片图像的杯状伪影,提高重建切片图像的对比度。

不同能量非均整射束在非小细胞肺癌立体定向放疗中的剂量学比较

目的比较两种不同能量的非均整射束在Ⅰ期非小细胞肺癌(NSCLC)立体定向治疗(SBRT)计划中的剂量学差异。方法选取10例NSCLC病人的SBRT计划,分别使用两种能量非均整射束6MV(6XFFF)和10MV(10XFFF),使用相同射野角度和优化条件分别进行计划设计并比较剂量学差异。比较的具体参数包括靶区的D2%、D98%、Dmean、适形度指数(CI)和均匀性指数(HI),剂量下降梯度指数(GI),危险器官剂量和治疗时间。结果 10XFFF计划组靶区的D2%,Dmean均高于6XFFF计划组,6XFFF计划组具有较好的均匀性指数(HI),而两组计划的适形度指数(CI)无统计学意义;6XFFF计划组的GI,包括GI80%,GI60%和GI50%均优于10XFFF计划组;在危险器官剂量方面,6XFFF组的主动脉、气管树、脊髓、心脏、胸壁、患侧肺、间侧肺剂量均低于10XFFF计划组(P<0.05),而食管和上腔静脉的剂量差别无统计学意义(P>0.05);10XFFF组的治疗时间明显少于6XFFF组(P<0.05)。结论肺癌SBRT治疗中,采用6XFFF和10XFFF两种能量射束治疗各有优劣。6XFFF能量射束能得到较优的靶区均匀性和危险器官受量,而采用10XFFF能量能明显缩短治疗时间。

西门子直线加速器均整和未均整射束的光子束剂量学特性

利用BEAMnrc和DOSXYZnrc蒙特卡罗程序研究西门子直线加速器6 MV能量均整和未均整光子束的剂量学特点。比较两种射束的深度剂量分布、离轴比剂量分布、中心轴剂量率和总散射因子。结果表明,未均整射束各射野的百分深度剂量均比均整射束的低;中心轴剂量率比均整射束大,且两种射束中心轴剂量率比值随射野和深度的增加逐渐下降;除此之外,未均整射束的半影宽度及总散射因子随深度的变化趋势均比均整射束小。未均整射束的剂量学优势可用于临床应用。

统计过程控制在医用电子直线加速器射束匹配性能评估中的应用研究

临床上,射束匹配可以极大程度地提高在不同医用电子直线加速器之间治疗患者的灵活性和效率。然而,除了定期对加速器机器性能进行质量保证(QA)检测外,尚缺乏对射束匹配的加速器间临床放疗性能的全面评估。通过统计过程控制(SPC)技术评估了3台射束紧密匹配的直线加速器间容积旋转调强放疗(VMAT)的实施性能。发现3台加速器VMAT QA过程的平均和中位γ通过率差异均较小,但是过程能力等级处于3种不同水平。结果表明,SPC技术可有效评估医用电子直线加速器射束匹配性能,改进特定患者的VMAT QA过程,为临床决策提供参考。

基于分段硬化曲线的X射线CT射束硬化校正方法

研究了X射线CT射束硬化的形成机理,分析了射束硬化校正的常用方法,建立了以投影灰度为自变量的射束硬化校正模型,从而降低了射束硬化校正的计算难度。分析了采用多项式拟合射束硬化曲线的优缺点,提出一种基于多项式的分段硬化曲线表达新方法。该方法首先采用过原点的多项式曲线拟合硬化数据,然后通过所得多项式曲线的曲率变化,判断该曲线在拟合区间两端是否出现振荡,并对振荡部分的多项式曲线采用幂函数曲线进行替换,同时保证各段曲线在连接点处C1连续(曲线的C1连续定义为,两条曲线交于一点且在交点处的一阶导数相等)。计算机CT仿真实验结果表明,该方法对理想CT图像和含噪CT图像的射束硬化校正,均表现出良好的稳定性,并可基本消除射束硬化造成的伪影。

工业CT射束硬化研究

针对工业CT(industrial computed tomography,ICT)使用的X射线为一种多能谱射线,分析这种X射线对物体进行断层扫描时发生硬化的机理及其对重建结果的影响,推导出用于校正的数学模型。利用仿真手段对该数学模型进行验证。仿真和实验结果表明,该数学模型对射束硬化可起到较好的校正作用。为高精度工业CT设计提供一定的理论基础和方法。

基于CT数据一致性的双多项式射束硬化校正改进

针对目前各种校正算法对条状伪影校正效果不显著,分析了条状伪影的产生原因.由此考虑射线穿过不同骨厚度对软组织投影贡献的影响,对基于H-L一致性条件的双多项式校正算法的软组织校正多项式改进.Forbild头部模体的仿真结果表明,该改进方法对杯状伪影和条状伪影都有良好的校正效果.

一种求调强放疗中最佳笔射束强度分布的改进方法

求最佳笔射束强度分布是调强放疗的计划制定中的关键部分，传统的方法以模拟退火算法为基础，计算量大，需要时间长。本文介绍了一种改进的方法，它能减少计算时间，并具有思路简捷、效果好等优点。