0.5T永磁MRI系统及相关技术的研究进展

发展了一套高性能0.5T永磁MRI系统,包括具有人体尺寸和创新结构的磁体、具有特点的前放、收发开关、RF线圈、有源匀场线圈和主磁场温度稳定系统等。针对该系统,研发了SE、GE、FSE和灌注、扩散成像序列;基于非均匀场理论,发展了反缠绕相位校正、T1和T2值的误差校正等新方法.系统地研究了并行RF线圈的设计和重建算法;完成了介入和手术导航系统的顶层设计及若干关键技术。用QA和QC的规则进行的测量证明,系统达到了预期技术指标。我们在商用设备上开发的SS-FP、扩散谱成像等序列,以及DCE-MRI药物代谢动力学等方法也正在探索如何在0.5T永磁系统上实现的可能性.这些工作扩展了研究项目的内容,提高了研究的整体水平。

三维放射治疗计划系统的临床实验

研究由北京大学医学物理和工程北京市重点实验室和北京海思威科技有限公司合作研发的HW-Plan三维放射治疗计划系统在临床使用时的安全性和有效性。HW-Plan V1.0是三维适形放疗软件产品。本论文用HW-Plan V1.0三维放射治疗计划系统和中国医学科学院肿瘤医院的商用放疗计划系统分别对肿瘤部位和种类具有代表性的50个真实病例进行严格的放疗计划,然后对计划的结果进行分析和比较。分析方法包括γ值统计方法,比较的内容包括MU值、等中心剂量值、三维剂量分布等。实验结果表明,HW-Plan V1.0能够完成临床肿瘤三维适形放射治疗计划的没汁,同目前经过国内外市场准入批准的商用治疗计划系统对相同病例所做的结果在误差允许范围内一致,符合临床使用条件下的安全性和有效性要求。

不同探测器在多叶准直器质量保证中的定位精度比较

目的:比较辐射自显影胶片、电子射野影像系统、电离室矩阵等不同探测器在多叶准直器质量保证中的定位精度。方法:采用辐射自显影胶片(GAFCHROMIC EBT胶片)、电子射野影像系统、电离室矩阵(IBA公司Matrixx和PTW公司Seven29)测量和比较瓦里安公司Clinac ix加速器的多叶准直器叶片的边缘的边响应函数,比较测量结果,评价不同探测器的定位精度。结果:四种探测器的定位精度均可达到0.1mm,其中电子射野影像系统的灵敏度最高。结论:上述探测器均能满足临床质控需要。

能量传导模型及在医学图像分割中的应用(英文)

提出了一种基于水平集框架的能量传导模型ECM(energy conductionmodel)用于对医学图像进行分割.该模型通过对图像中的灰度分布和空间中的温度场分布进行对比,有效定义了图像能量和图像能量的传导方程,并通过模拟热量传递的过程对方程进行求解.ECM模型的优点在于,它在描述图像灰度分布的全局特征的同时,有效地捕捉到图像局部区域的灰度对比度变化,因此它能够对灰度分布不均匀和含有噪声的图像进行精确分割.基于水平集函数本身的拓扑可变性,该方法还能够实现同一图像中的多目标分割.使用该方法对模拟和真实的医学图像进行了分割实验,实验结果表明了该方法的有效性和可靠性。

电子直线加速器辐射场优化的蒙特卡洛模拟(英文)

提供了一种用于设计医用电子直线加速器(linac) X射线均整过滤器的方法,并将其用于电子束辐射系统的优化过程之中。采用Monte Carlo模拟计算方法,提供了2个真实的国产医用电子直线加速器的辐射研究成果:BJ-20加速器的15 MV X射线辐射系统和BJ-14加速器的12 MeV电子束辐射系统。使用传统方法对上述成果进行了验证。

用蒙特卡洛方法模拟和评价电离室矩阵探测器的定位灵敏度

目的:由于阵列式平板探测器内每个电离室单元探测器结构和尺寸的差异,构成了不同厂家生产的探测器阵列在放射治疗质量控制中的地位,各自的优势和不足。本文通过Monte Carlo(MC)模拟对不同面积的准直器遮挡入射束所形成的剂量场分布,并和实验测量的结果进行比较,用于评价不同厂家生产的方形探测器电离室矩阵与圆形探测器阵列的对照射野定义的位置灵敏度。方法:用BEAMnrc软件对电子直线加速器机头建模并模拟6 MV X射线的注量场分布,得到PHASE SPACE(相空间)文件,用DOSXYZnrc计算水模体中探测器的剂量分布范围与实际被照射面积的对应关系,从而评价PTW公司的SEVEN29电离室矩阵(方形探测器)与IBA公司的MatriXX电离室矩阵(圆形探测器)对位置的探测敏感度。结果和结论:PTW公司的SEVEN29和IBA公司的MatriXX两种阵列中单个探测器的定位灵敏度在2%的误差范围内基本一致,在放射治疗中凡是涉及对位置的精度检测的操作过程中,这两种电离室矩阵都可以任意选用,其位置的空间定位精度在1 mm以下。

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。

一种基于峰值定位法的一阶匀场新方法

目的针对永磁MR系统开发一种快速的一阶匀场方法,并在自主研发的0.5T系统上实现。方法对峰值定位法进行了改进,通过定量计算出涡流的影响并且用相位代替对时间的测量用于估计偏差,显著提高了测量精度。结果与传统方法相比,在同样匀场水平上,匀场速度提高了大约3倍,可以在小于45 s的时间获得射野内满意的主磁场均匀度。结论本方法可以显著改善FOV内主磁场均匀度,在短时间内完成一阶匀场,满足在0.5T永磁MR系统上进一步开发快脉冲序列的需要,并可以推广到所有永磁体的一阶匀场。

不同扫描条件下的小动物成像评估(英文)

为了评估在不同高压、滤光片厚度和管电流条件下的小动物成像,开发了一套动物成像微型CT装置,并在此装置上进行了不同高压、滤光片厚度、球管电流和曝光时间条件下的老鼠成像。以蒙特卡罗软件包PENELOPE为基础,开发了模拟本装置使用的X射线球管光谱的模型。同时,基于Matlab平台开发了计算X射线束各种参数,包括平均能量、光强变化以及透射率变化等的软件平台。评估了各种影响微型CT成像的参数对信噪比(SDNR)的影响,并分析了成像参数选择与信噪比之间的关系。文中一系列针对小动物成像和图像质量评估的工具和方法可被广泛应用于小动物成像领域。

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。

细胞DNA指数全自动分析仪及其关键技术

设计了测量细胞DNA指数的全自动分析仪(HW-MS)并发展了相应的关键技术。本仪器用于对细胞涂片的数字化显微扫描,获得细胞DNA指数的分布数据。HW-MS采用了排除外界干扰和对测量结果进行归一化的技术措施,使得同一涂片的测量结果具有较好的稳定性。HW-MS的功能包括对涂片自动扫描,实现对细胞图像的自动采集,然后对存贮在计算机内细胞图像进行降噪和分割处理,并对处理后的图像进行识别和分类分析,实现对细胞DNA指数的测量,最后对测量结果中突变细胞进行识别和统计分类。为了保证测量数据的准确性,系统使用标准样片来实现图像质量控制。在高速模式下,本系统可以在30min内实现全片的自动扫描,基本上同时给出测量样本的细胞DNA指数分布数据。初步实验表明,该系统的测量结果具有较高的准确性和稳定性。

基于多核的并行模拟退火放疗计划优化加速方法

为了满足图像导引(imaging guided radiotherapy,IGRT)的实时四维适形调强逆向放疗计划在临床实施的需要,用一台HP桌面型工作站和OpenMP多线程库,试验了用多核并行计算技术实现的模拟退火逆向治疗计划快速全局优化算法,并将其应用在一个虚拟体模和4个临床病例的优化中。实验结果表明:基于多核的并行计算技术能大幅度提高逆向放疗技术的优化计算的效率;进一步选用更多核的并行计算机图像工作站,该技术可以满足目前大多数4D医学成像的临床需要。

胶片剂量测量和验证方法的研究

目的设计和实现基于通用激光扫描仪的胶片剂量测量和验证系统。方法采用胶片饱和冲洗、非线性光学校正、多分辨率阈值滤波、离散傅里叶逆变换图像复原等方法,消除了普通扫描仪用于胶片剂量学定量处理中的各种伪影、噪声和畸变;采用过响应系数校正方法消除测量胶片对低能散射光子的过响应,改善了胶片剂量测量的准确性;采用γ结合NAT指标的方法对放疗计划进行二维定量验证,给出可视化图形表达和具有定量数据的验证结果。结果和三维水箱系统、VeriSoft胶片测量系统相比较,研制系统对放疗剂量的测量结果在±2%内符合一致,对IMRT放疗计划的定量验证结果在±3%内符合一致。结论该系统能够实现对放疗剂量的高精度测量和对适形调强放疗计划剂量的可靠验证。

三维治疗计划系统的临床剂量学验证

目的 对HW—Plan V1．0三维治疗计划系统进行临床剂量学验证，以检验HW—Plan系统在临床正常使用条件下的有效性和安全性。方法使用HW—Plan三维治疗计划系统对50例典型的临床病例做治疗计划，以检验其各项功能的实现情况，验证该计划软件对不同病例的处理能力，并把HW—Plan和医院参考治疗计划系统计算的放疗计划结果、三维剂量场分布数据进行比较。结果HW—Plan三维治疗计划系统能够实现肿瘤适形放射治疗计划设计所需要的各项功能；成功完成临床各病例的治疗计划设计；同医院参考治疗计划系统比较中：设置相同的照射技术和射野权重，MU计算差异在5％以内的占97．4％；输入相同的MU，计算等中心剂量差异在5％内的占98．0％；90％等剂量线之间距离平均值〈1mm；90％等剂量线包围的面积差异平均值为-3．1％。结论验证结果证明，HW—Plan三维治疗计划系统具有在临床正常使用条件下预期的有效性和安全性。