调强放疗强度矩阵分解研究

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1、华中科技大学硕士学位论文1.3国内外研究现状1.3.1调强放疗发展历程现代放疗技术主要包括立体定位放疗，三维适形放疗，调强放疗，其中的立体定位放疗只能用于治疗直径小于2cm的微小肿瘤，具体机器如ϒ刀，Cyber刀等，其优点是能一次性杀死肿瘤组织，而不影响周围正常细胞，但在实际中绝大多数肿瘤组织的直径都是大于2cm，为突破这限制放疗技术必须进一步的发展。三维适形放疗技术是立体定位放疗的发展而来的，此时使照射野的形状和肿瘤的形状保持一致，然后通过三维定标使射线尽可能照射到肿瘤区域内。调强放疗是三维适形放疗的进一步的发展，在三维适形放疗中加入射线剂量可调节适形，使得放疗治疗更为精确，其

2、中运用到射线对生物细胞的敏感性原理，通过人为物理射线调制过程对靶区进行较高的剂量照射，同时对关键的组织（脑干，眼神经，视网膜，脊椎神经等）进行低剂量或免照射，从而达到杀死肿瘤细胞，治疗患者病痛的目的。三维适形放疗模型是IMRT初始模型，它使得适形好了的均匀的放射线从多个方向通过靶区，对靶区的适形是通过一系列挡板达到与靶区的沿射线方向一致或者相近。三维适形放疗相比于其他早些时候的普通放疗单平面等局限，能大大降低对靶区周围正常组织的照射伤害。同样通过三维放疗的多射野，非共面的治疗特性解决了一些普通放疗无法解决的难题。现在三维适形放疗已经成为国内放射治疗的最普遍的使用方式。现在放疗技术

3、随着科学的发展而日新月异，三维适形放疗中的适形用的普通手工制作的金属挡板也逐渐被更灵活先进的多叶光栅取代。这样通过计算机来控制多叶光栅的形状，达到更快捷更方便地控制叶片的方位形状。这样使得三维放疗技术可控制得到进一步的提高。现在随着计算机断层摄影成像技术（CT）和核磁成像技术（MRI）的发展，人体各个组织，器官都可在计算机体统进行三维重建。这样放疗系统可以在这些三维重建的指导下来进行。但三维适形放疗在治疗过程中只考虑形状，对其他不同靶区的不同癌细胞均采用同样的强度的照射。如在一些特殊的情况比如脑干，视网膜神经等周围的靶区，为保护这些器官而采用比较低3华中科技大学硕士学位论文的照射

4、剂量，从而导致癌细胞有可能不能被杀死，从而影响到整个放疗的疗效，反之对癌细胞采用高强度会导致重要部位的死亡从而造成杀鸡取卵的结果。由于中国的国情，更先进的放疗仪器的高额的购买和维护费用，国内的医院还不能完全使用更先进的放疗设备，现在很多医院的病人仍然愿接受这种治疗。虽然起步晚，我国在三维适形放疗领域也有很多公司和研究所从事立体放疗的研究并负责相关仪器的开发。比如北京医疗器械研究所，北京大恒公司，上海拓能（Topslane）公司，深圳一体智能公司，深圳奥沃公司均对如三维适形等精确放疗技术进行了相关的研究，制造了相关的产品，取得一些可喜的进步。但我国在三维适形放疗的后续研究中，比如调

5、强放疗（IntensityModulatedRadioTherapy,IMAT），图像引导放疗（ImageGuidedRadiotherapy,IGRT）和自适应放疗(AdaptiveRadioTherapy,ART)的相关研究仍然比较落后，所以国内的放疗水平依旧停留在以三维适形放疗的为主的阶段[2]。调强放疗是三维适形放疗改进的产物，可以对从直线加速器中产生的射线的强度进行调节，比如美国理疗师协会，美国肿瘤放疗治疗学会等，都对IMRT进行了广泛的研究，目前，IMRT的各个步骤如数据准备模块，剂量优化模块，仿真评估模块等等有关的研究方向均已成为放射治疗领域中的研究热点。主要的相关

6、研究杂志有，（美国）医学物理，（英国）生物医学物理，和（美国）放疗和肿瘤学等，它们对IMRT都有很大篇幅的介绍。国际上很多知名的大学，如斯坦福大学(美国加州)，华盛顿大学等，在IMRT上面各个方面也都做出开拓性的研究成果。世界上一些著名的放疗领域的商业厂家，如瓦里安,拓能,西门子医疗等，也在紧跟世界科研成果脚步，不断地推出他们最新IMRT产品[3]。相对于上面所介绍的国外的研究情况而言，国内研究还基本处于起步位置。当前，如中国医学科学院、上海交通大学、第一军医大学、东南大学在开展IMRT的应用研究工作。尽管目前许多大、中城市中的大医院都已经开展了IMRT的治疗[4]，在武汉就有同

7、济医院和协和医院等从事着IMRT的治疗，但治疗费用很高，很少人问津。鉴于国外的IMRT开发的垄断地位，国内的相关研究单位和个人不容易在IMRT的优化算法前沿方面开展研究和开发工作，大多数的也都是在一些国外产品基础上做一些放疗效果的研究[4]。4华中科技大学硕士学位论文1.3课题相关方面的最新成果和发展动态最开始的放疗治疗和研究都是通过反复的尝试和医生的大概的剂量估计达到治疗效果。反观今天，而作为当今主要研究方向的逆向计划方法则恰好相反，由医生确定的治疗要求，逆向优化算法是由计算机