三维适形放射治疗剂量计算模型.研究

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1、beammodelestablishedonthebasisofextractionpencilkernelbythedeconvolutionmethod；apenumbracalculatingmodelanditsfastalgorithm；convolutionkernelsreconstructionmethodsbasedonpencilbeam；theirregularfieldformingmethodWehavedonealotofexperiments，andtheresultshaveshownt

2、hatthisdosecalculationmodelcanachievesatisfactoryprecisionandfastspeed．Asaresult，itisageneralmethodtodosecalculationAttheendofthisthesis，wealsodiscusssomeproblemswhichhaven’tbeencompleted．Inaddition，weprospectsomeworkwhichwe’IIdointhefutureKeywords：dosecalculati

3、on，radiotherapytreatmentplanningsystem，two—dimensionalconvolutionmethod，FFT,convolutionkernels，pencildeconvoluljon第1章绪论1．1放射治疗计划系统随着肿瘤治疗学的发展，放射治疗(Radiotherapy)希修}科肿瘤学、内科肿瘤学一起成为治疗恶性肿瘤的主要手段。据北京、上海、杭州利J、州四个肿痢医院的统计，65～75％的患者在治疗过程中采用过放射治疗，如单纯放!{

4、、J治疗、术前或术后放射治疗、放射瀹疗台并

5、化疗等。与其它肿瘤治疗方法相比，放刖治疗的起步较晚，至今也不过白年的时间．但其发展却是突飞猛进的，尤其是计算机的山现，使得放射治疗逐步朝着定量化、精确化、程式化利智能化的疗向发展。1．1．1放射治疗计划系统的发展和现状放射治疗的疗效提高和，1泛使川是与计算机放射治疗训划系统(RadiationTreatmentPlanningSystem，RTPS)分不开的。放射治疗计划系统是以计算机为平台的川丁治疗计划设计的软件系统【11。治疗计划设计是整个放射治疗过科中不【IJ缺少的极其重要的环节，一般用它米确定治疗方案的全过程。

6、可以说，放射治疗计划系统体现着放射治疗发展的水平。计算机_f_}j于放射_；f}疗计划最甲是在上世纪五f‘年代末期，进入实川阶段是任八十年代中期。在此之前，治疗计划拟定基本上依赖于医生的解剖·学知识与放射治疗的经验公式来进行。所使用的数据相当粗糙，病人外体表轮廓是米白脱休表轮廓图，把从两个正交照射方向X光片中得到的人体内部解剖结构描画在体表轮廓幽f．，有关射野的数据只能通过手J二方式计算出米。显然，这种基丁经验神lrI’汁算的简单方法仅能治疗少数类型的肿瘤和选用简单的j{{{射野，帮个治疗过拌存在很大的主观性和不确定性

7、。六十年代末七十年代初，计算机的引入使基J：训算机的放射治疗计划系统应运而生pI，值得一提的是Weinkam剌Sterling研制的三维剂肇计算利显示系统吼Weinkam和Sterling不仪提出了新的剂昔计算模刑，l而且认为放射治疗计划系统府具备非共面照射、模拟瑟置射野附件的功能，其研制的系统还提供了人体任意剖面的绘制和显示功能，尽管这种功能仅能通过字符显示米实现。计算机放射沂疗计划系统的使1I：1j使治疗计划设计发生j，划时代的变革。但是，早期的汁算机放射治疗计划系统只是设计成计算机根据输入病人治疗部位的解剖信息(

8、如外轮廓、靶区、重要组织及器官的轮廓、相关组织的密度蒋)来布置靶点和交排射野或射野附件(如楔形板、挡块、各种补偿物等)，然后根据I．述材料和设置进行剂量计算以得到剂量分布。在这种治疗计划设计模式F，放射治疗计划系统的功能被局限丁剂昔计算，放射治疗仍处于半经验时期，治疗计划殴训仍是一个被动的过程。随着计算机性能的提高以及三维图形图像技术、放射治疗物理学、放射肿瘤学、生物医学I．程雨I医学影像设备的不断发展，尤其是CT利MR断层扫描设备的厂泛应川，新近发展的治疗计划系统的各项性能不断提高，不仪其剂量计算精度可以满足更高精度

9、的临床放疗要求，而且，随着剂量计算速度的提高，计划系统的实时调摧功能不断增强，能够通过“试误法”(triatsanderrors)实现对射野、挡块及楔形板的优化设置。这时的治疗计划系统除，仍保留传统计划系统进行剂量计算年¨剂苗显示的功能外，开始转向重视人体的整体性和治疗方案的优化上。人是一个活的三维有机体，射线与人体的相互作川不仅