医用电子直线加速器技术现状与发展趋势

70%以上的肿瘤患者需要接受放射治疗,而医用电子直线加速器是肿瘤放射治疗的重要高端放疗设备。随着现代人工智能技术在医用电子直线加速器中的应用,放疗技术已从当初的普通放疗发展为如今的智慧放疗。该研究描述了医用电子直线加速器的发展历程、工作原理与系统构成,概述了束流调控、多叶光栅、引导定位技术、剂量测评等医用电子直线加速器关键技术,并展望了生物引导放疗、FLASH闪疗、智慧放疗等前沿放疗技术的发展趋势,为医用电子直线加速器的技术发展提供参考。

X线图像引导系统KylinRay-XGPS关键技术研发

图像引导用以实现患者摆位的精确定位,是放射治疗等领域实现精准治疗的重要保障。常见的锥形束CT(CBCT)图像引导设备花费时间长且辐射剂量大。基于此,本研究基于X线透视成像技术开发了图像引导系统KylinRay-XGPS。该系统根据采集的X线图像和患者定位CT进行2D-3D图像配准,输出患者配准平移和旋转误差,从而纠正患者的摆位误差。KylinRay-XGPS系统的关键技术有动态步长法生成数字影像重建图像(DRR)、基于GPU并行加速、多模态互信息灰度配准和基于骨性结构的配准方法。结合KylinRay-XGPS在放射治疗的临床病例测试结果表明,KylinRay-XGPS具有定位精度高、定位时间短和成像剂量低的优势。

动态多叶光栅叶片端面结构设计及半影分析

动态多叶光栅具有放射线束整形的作用,是实施肿瘤精准放射治疗的关键执行部件,在提高放射治疗的精度、效率和质量方面起着核心作用。该文对一种圆弧面和平面组合的新型光栅叶片端面结构进行研究,发展了一种解析表达式和图形分析法结合的光栅叶片半影性能分析模型,量化分析了叶片端面结构对半影的影响关系,完成了一套动态多叶光栅的三维结构设计,并通过实验测量验证了结构设计和分析模型的可行性。

基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法的准确性验证

目的:验证基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法的准确性以及临床可行性。方法:以调强放射治疗计划系统软件KylinRay-TPSe为平台,分别根据中华人民共和国医药行业标准YY 0775、YY/T 0889以及部分临床例题对基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法进行测试。在YY 0775标准测试中,对特定照射几何条件下水模体中规定计算点的剂量进行计算并与剂量参考值进行比较。在YY/T 0889标准测试中,对调强计划中固体水模体上特定位置的点剂量和面剂量进行计算并与实验测量得到的剂量值进行比较。在临床例题测试中,采用头颈部、胸腹部、盆腔部肿瘤临床病例各5例,从Pinnacle^(3)计划系统中导出患者的治疗计划信息并导入到KylinRay-TPSe中,通过调用基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法对患者体内的剂量分布进行计算,提取计算结果中靶区和危及器官的剂量学参数,与Pinnacle^(3)的计算结果进行t检验,并比较等中心面的2Dγ通过率和3Dγ通过率。结果:基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法满足YY 0775标准和YY/T 0889标准的准确性要求。在临床例题测试中,计划靶区和危及器官中的各项剂量学参数与Pinnacle^(3)计算结果的差异均无统计学意义(P>0.05),所有例题等中心面的2Dγ通过率均在95.1%以上,3Dγ通过率均在95.0%以上。结论:基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法具有较高的准确性,满足临床使用的要求。

剂量验证系统软件KylinRay-Dose4D研发进展

先进放射治疗技术使得治疗剂量能够更精准地适形患者肿瘤靶区,为患者提供精准治疗,但也出现了受照剂量在肿瘤边缘梯度越来越大的现象,对放射治疗剂量验证提出了更高的要求。该研究提出的剂量验证系统软件KylinRay-Dose4D能够进行患者治疗前计划验证、患者治疗时在体/实时剂量验证等,为物理师进行放射治疗计划修改提供重要参考,保证患者得到精确的治疗。该研究对KylinRay-Dose4D的总体设计和关键技术进行介绍,并通过临床病例对治疗前计划剂量验算、二维/三维剂量验证进行测试,测试结果显示KylinRay-Dose4D重建剂量与TPS计划剂量、实测剂量的二维/三维伽马通过率(3 mm/3%)均大于95%,表明KylinRay-Dose4D重建剂量满足临床应用需求。