医学物理学科是医学影像和肿瘤治疗等大型医疗装备研发的源头学科

按照世界卫生组织(WHO)的宣示,支持人类健康的基础学科主要是物理,化学和信息学。化学是药物的基础;物理是医疗器械的基础;而诊断和治疗依靠的是病人的信息。因此,医学和物理融合后形成的新学科:医学物理学科是医疗器械(包括医疗仪器和医疗装备)原始创新研发的源头学科。自从伦琴1895年发现X-射线并迅速在疾病诊断领域应用以来,以医学影像设备为代表的仪器装备是当今诊断领域内发展速度最快、技术最为复杂的一类大型医疗设备;自从居里夫人在19世纪末发现镭的天然放射性同位素并很快用于肿瘤治疗以来,以放疗为代表的各种装置是肿瘤治疗仪器和设备中使用最为广泛和效果最好的肿瘤治疗装置。虽然上述复杂的医疗装备的研发需要多学科人才的共同努力,但是处于这些学科核心地位的是医学物理学科。世界上50多年来已经形成并快速发展的医学物理学科已经定义了自己的学科的主流领域:医学影像物理和放疗物理,医学物理的领域还在不断扩大。关于这方面的认识已经越来越被人们所接受。从医疗器械装备有关高新技术产业发展的需要,强调重视医学物理源头学科并建立研发基地和临床实习基地的重要性。

基于MRI术中成像的神经外科手术导航系统关键技术

神经外科手术导航系统是借助医学影像提供的信息提高手术的精度和安全性的一种技术手段。基于开放式MRI术中成像的神经外科手术导航系统和X-射线成像导航系统相比,没有放射性,能够采集人体解剖学、生理学,甚至心理学信息以及它们对应的病理学信息等。因此,基于开放式MRI的神经外科手术导航系统是影像导引手术导航的发展方向。本文介绍了基于开放式MRI影像引导神经外科手术系统的工作流程和相应的关键科学技术问题。其流程包括术前的准备工作、术中成像和导航以及术后成像和评价。关键科学技术问题包括多模态影像数据的采集和集成分析、器械的导航和定位,以及制定手术评价标准等。

促进中国医学物理学科的良性发展

人类对健康、长寿的追求形成了对医学影像和治疗设备为代表的高新技术产品的社会需求 ,成为建立和发展医学物理学科的原动力。近 2 0年来 ,医学物理学科作为这些设备研发的创新源头和使用这些设备进行2次开发的人才培养基地的地位已经确定无疑。同时 ,医学物理学科也可为新设备市场准入和使用中的质量控制培养管理人才。我国高教系统中还没有把医学物理学科纳入研究生目录 ,也还没有建立动态满足社会需要的人才培训、市场准入的规范 ,更没有相应的研发基地 ,使得我国在这个领域的发展严重滞后于社会需求。更为严重的是 :我国医疗系统中没有保证这些设备准确使用和安全使用的质量保证体系 ,不能保证这些设备提供信息的准确性 ,也不能保证对病人的处置是安全的和妥当的。由此造成的问题 ,可能危及患者生命。这种情况不仅对病人 ,而且对社会的每个人也都是非常严重的。本文在介绍这个学科国内外发展状况的基础上 ,对如何建立有利于这个学科良性发展的社会环境等有关的问题提出了建议。

水、脂分离磁共振成像Dixon方法

目的:综述磁共振成像水脂分离技术,为在临床和研究中正确选择和应用水脂分离技术提供指导。方法:介绍各种水脂分离技术的物理基础和方法,重点介绍2点和3点Dixon方法及其各种新的改进技术,在分析水脂分离技术优缺点的基础上,提供应用方面的建议。结果:完整地介绍了水脂分离技术的重要意义,各种分离方法及其操作步骤,重点介绍了Dixon方法,并提出了如何把Dixon技术和数据并行采集相结合以提高扫描速度缩短扫描时间具有临床意义。结论:虽然目前国外大公司生产的高场MRI机器上都带有Dixon成像的数据处理和分析软件,但随着技术的快速发展已经不能满足日益扩展的各种应用需求,有条件的医院,以物理师为主,自己研发Dixon后处理的算法,不但可以补充应用方面的某些空缺,更能加深对Dixon技术的深入理解;国产的MRI设备都还没有先进的Dixon技术软件,应该投资和发展这方面的技术。

用于Anger型γ照相机探头的基于质心引导的三维最大似然定位算法

本文在深入、系统地总结分析用于闪烁相机定位算法的基础上,提出了质心导引的三维最大似然定位算法。此算法和虚拟光电倍增管技术一起,在提高有效视野的情况下,用质心法计算出事件发生的位置,并对其进行非线性校正;然后在定位误差范围内,在考虑作用深度的情况,在三维空间内,用最大似然法进行作用位置的估计。虚拟光电倍增管技术的引用弥补了质心法强边缘效应的不足。质心法的应用,大大缩小了搜寻范围,降低了一般最大似然法对计算机硬件和存储空间的要求,加快了计算速度。

0.5T永磁MRI系统参数测量

目的:建立一套测量方法检测本课题组完成的0.5T C型永磁型磁共振成像系统的研究进展检测并对成果验收,并将检测结果与相关国家医药行业标准中对质量参数所提示的要求进行比较,并做出评价。材料与方法:采用体模,综合考虑AAPM及NEMA国际组织的测量标准,以及国家医药行业标准,提出一套方法用于测量本组内0.5T磁共振产品的测量参数集作为我们的企业标准,包括图像均匀性、图像信噪比、几何畸变、层厚及误差、空间分辨率等。结论:经过分析和比较,我们建立的测试参数系统能够表征0.5T永磁型磁共振系统的性能,我们研发的系统达到的技术指标,例如空间分辨率等指标在国内未见报道。

逆向调强放射治疗计划软件临床病例的比较

目的:评价北京海思威科技有限公司和北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心联合研制的逆向放疗计划是否达到商用软件的功能。方法:用我们研发的HW-3D TPS和用临床真实病例进行逆向优化计算,获得处方剂量场分布,看是否满足医生对治疗靶区和周围危及器官的剂量分布要求,并和已经商业化的软件Varian Eclipse A10用相同病理获得的结果进行比较,进行综合评价。结果:研究和比较在人体内有典型意义的11个病理,获得结果:①所有计划均符合临床医生的处方要求,PTV 95%的体积都能达到95%的处方剂量;②检测PTV的STD是否小于5%,PTV的95%的体积都能达到95%的处方剂量,符合国家标准;③综合比较两个TPS系统PTV的STD值,Varian Eclipse A10的PTV STD平均值为2.8%;HW-3D TPS系统PTV的STD平均值为2.2%。在允许误差范围内达到可比性。结论:HW-3D TPS对临床病例有较好的逆向优化处理能力,其结果与商业化的TPS软件的处理结果具有可比性。

螺旋断层放疗系统靶损耗状况的监测方法

目的:螺旋断层放疗系统由于其高剂量率、出束时间长和对射线的利用率相对较低等原因,导致它的靶是一个易损耗部件,需要及时更换。同时,换靶的工序复杂耗时,需要合理的安排换靶时机,避免影响患者治疗计划的执行。本文的目标为寻找一种有效且简单的监测靶损耗的方法,以确定及时合理的换靶时机。方法:通过对螺旋断层放疗系统靶相关的文献调研以及实际工作经验总结,发展了一种利用系统自带的监测电离室数据检测靶损耗的名为双电离室剂量率比较法的监测靶损耗的方法。进而,通过对一台螺旋断层放疗系统从2010年3月至2012年1月的追踪监测,每周至少采集一次在空气中的旋转变化程序(Rotational Variation Procedure,简称RUAT)数据,用本文发展的双电离室剂量率比较法对数据进行分析,验证此方法在监测靶的损耗时的有效性。同时,也对厂家推荐的逐脉冲横向剖面曲线变化法的有效性进行了检验。结果:本文发展的双电离室剂量率比较法能监测靶损耗的状况,在靶停转或非常均匀的损耗时,厂家推荐的办法会失效,本文采取的办法依然有效。同时对双电离室剂量率比较法的影响因素进行了分析,并给出了临床换靶的参考条件。结论:本文寻找的双电离室剂量率比较法是一种简单易行、可靠有效的监测靶损耗的方法。