基于dmlc的实时肿瘤跟踪门控放射治疗技术研究

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1、中图分类号：TP730.55论文编号：102870615-S120学科分类号：082703硕士学位论文基于DMLC的实时肿瘤跟踪门控放射治疗技术研究研究生姓名陈元华学科、专业核技术及应用研究方向医学物理指导教师周正东副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyAResearchonDMLC-basedReal-timeTumorTrac

2、kingandGatingRadiotherapyTechnologyAThesisinNuclearTechnologyandApplicationsbyYuanhuaChenAdvisedbyAssociateProf.ZhengdongZhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中

3、不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入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。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要对于传统的肿瘤放射治疗技术而言，胸腹部肿瘤的运动会增加靶区漏照射的风险，致使肿瘤控制概率降低。为了提高运动肿瘤的控制率，在临床靶体积之外需要增加一个较大的外放边界，以避免肿瘤漏照射，但会导致肿瘤周围正常组织和危及器官的受照体积和受照剂量明显增加，正常组

4、织并发症概率增大。从全球范围来看，新增病例最多的三种肿瘤和死亡概率最高的三种肿瘤都位于胸腹部，所以有必要进一步提高运动肿瘤的受照剂量精度，使其获得与静态肿瘤相当的受照剂量分布，同时对肿瘤周围正常组织进行更有效的保护，尽可能减少其受照剂量。为了对肿瘤运动进行有效补偿，对危及器官给予更有效保护，本文深入研究了基于动态多叶准直器（dynamicmulti-leafcollimator，DMLC）的实时肿瘤跟踪技术，提出以危及器官的重叠投影比（OverlappedProjectionRatio，OPR）作为射线出束的控制信号，由此形成一种新颖的实时跟踪门控

5、放疗技术。在这种新的放疗模式中，实时监测肿瘤及其最临近危及器官的三维运动，动态多叶准直器的开口形状与射野视观内肿瘤的投影形状保持一致并同步运动，使肿瘤与射野始终保持相对静止，从而有效减小甚至消除因补偿肿瘤运动而增加的外放边界；治疗过程中，在线计算OPR，仅当OPR小于预设阈值时才对肿瘤予以照射。为验证所提方法的有效性和可靠性，本文首先利用肿瘤和危及器官的实际运动数据，以及仿真的肿瘤和危及器官模型，详细分析了二者空间位置关系对危及器官剂量分布以及对治疗效率的影响；然后将所提出的放疗方法应用于实际病例，进行了剂量计算与评价。在剂量计算过程中同时考虑了肿

6、瘤运动、危及器官运动以及二者相对运动信息，计算结果能更准确地反映各组织器官的实际吸收剂量；最后基于射野视观内危及器官的OPR曲线，对放疗计划的射野方向优化进行了研究。实验结果表明，本文所提的方法可靠有效，在保证计划靶体积受照剂量达到处方剂量的前提下，可以有效减小运动肿瘤放疗的外放边界，门控照射可以有效加强对危及器官的保护；经过射野方向优化的治疗计划具有更高的执行效率，明显优于传统门控技术。关键词：肿瘤运动；运动补偿；动态多叶准直器；实时跟踪；门控治疗ABSTRACTFortraditionaltumorradiationtreatmenttechn

7、ology,themotionofthoracicandabdominaltumorincreasestheriskoftargetomission,andreducesthetumorcontrolprobability(TCP).Inordertoimprovethecontrolprobabilityofmobiletumor,generallyalargemarginisalwaysaddedtotheclinicaltargetvolume(CTV)toavoidthetumordoseinsufficiency.Buttheirradi

8、ationdoseandirradiatedvolumeofthesurroundingnormaltissuesando