剂量引导放射治疗中三维剂量重建方法研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士位论义论文题釗量引导放射治对中三维剎量目重建方法研尧任强作者姓名柏科学与技术学科专业呉金灿教梭胡丽琴到教援导师姓名二〇一五年六刀完成时间博士学位论文剂量引导放射治疗中三维剂量重建方法研究作者姓名：任强学科专业：核科学与技术导师姓名：吴宜灿教授胡丽琴副教授完成时间：二一五年六月一日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeResearchon

2、three-dimensionalDoseReconstructionMethodforDoseGuidedRadiotherapyAuthor'sName：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名签字日期：她，中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科

3、学技术大学拥有学位论文的部分使用权，卩：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密（年）作者签名导师签名签字日期：签字日期：冰摘要摘要剂量引导放射治疗是通过在分次治疗间或分次治疗中监测肿瘤和周围正常组织实际接受剂量偏差，及时修正放疗计划，从而保证治疗剂量与计划

4、剂量精确吻合的前沿性放疗技术。三维剂量重建方法是剂量引导放疗实现的基础和关键，而目前三维剂量重建方法存在计算速度慢、精度低难以满足临床要求等问题，导致剂量引导放疗难以在临床得到推广应用。本文对剂量引导放疗中三维剂量重建方法进行了深入研究，以解决上述问题并达到提高剂量引导放疗临床实用性的目的。根据广泛调研，本文首先对基于非晶硅电子射野影像装置（的射野剂量刻度方法进行了系统性研究。在充分研究非晶硅剂量响应特性的基础上发展了基于修正因子库的快速剂量刻度方法，修正了伪影效应、射野大小、模体厚度和离轴位置对非晶硅剂量刻度的影

5、响。通过多种临床照射野测试，结果表明该方法可以在毫秒时间内实现影像到射野剂量的精确转换，剂量刻度平均误差在以内，为三维剂量重建方法的实现提供必要的基础。其次，在课题组原有剂量反演模型的基础上，发展了基于蒙特卡罗有限笔形束剂量计算引擎（和迭代算法相结合的快速三维剂量重建方法，并对快速迭代算法涉及到的关键步骤进行了详细研宄。通过规则野和两例临床调强病例进行测试，结果表明在保证原有剂量反演模型精度的前提下将强度反演时间缩短到，提速约倍，极大提高了该三维剂量重建方法的临床实用性。最后，为解决现有三维剂量重建方法对剂量计算引

6、擎和射野剂量刻度方法精确性的依赖，提高三维剂量重建方法在非均匀模体（如人体）中的精度和稳定性，探索发展了基于射野灰度影像的直接反投影三维剂量重建方法。该方法根据原射线强度遵从指数衰减定律的特性，通过射线反投影方法由测量面原射线强度分布反推射线入射模体前的强度分布。其中，在原射线提取和反投影计算过程中所用散射核和衰减系数考虑了不同模体厚度和离轴位置的散射和能谱变化效应的影响，均经过大量的实验测量拟合计算得到。采用均匀模体、辐射仿真人体模型和临床调强病例对直接反投影三维剂量重建方法正确性和临床实用性进行了测试，结果表明

7、该方法在精度和稳定性两方面均优于迭代剂量重建法，为实现剂量引导放疗的临床应用提供了技术支持。关键词：剂量引导放射治疗；射野剂量刻度；剂量验证；剂量重建本论文作得到国家自然科学棊金（丨和丨、安徽朽■丨然科学蓰金的联合资助。AbstractABSTRACTThe3DdosereconstructionmethodplaysafundamentalroleintheimplementationofDose-guidedradiotherapy(DGRT)，Abstractthicknessandof-axispositi

8、onwereconsideredduringthecalculation.Lotsofexperimentalshavebeendoneonthehomogeneousphantom,anthropomorphichumanphantomwithclinicalIMRTpatientcases.Theresultsshowedgoodsatisfaction