旋转调强放射治疗关键技术研究

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1、ByXiPEIADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofNuclearScienceandEngineeringItefeiInstitutesoft’hysicalScience，ChineseAcademyofSciencesNovcmbm‘，2012声明本人’#交的‘’≯。t沦文，疋!l亿--寻孵的亨旨诤≮，独立连’l：

2、醑究i：作所文鹰耋勺成采，所有数据、图／：‘资料真实可靠：尽我所炙：，涂文中i经泮；凌j：用的内容外，本学位论文的饼究成果不包含佳人享有著作权的内容二对本论文所涉及的研歹t工作做出贡献的其iⅡj个人和集体，均己在文中以明确的方式标明。本学位论丈的知识产权归属于培养单位：本人签名：口期蚣纹象致谢左成：#业沦文之匆：，曩慧我的矫究牛．求学牛河三，扶一个‘j学磬+遵、萋；；仝迷；董的刁i事：毕业q三，兰j现仵}i馈满满的弓i究生、．存过去。垃年多Y,Jj,J-I、l；：皇，有；：誊善，有陕乐，存彷建．有兴奋，僵最多的是!＆

3、获和幸福：一幕一幕在段曼孑浮现。语者i无法表达我此刻内心的感受，唯一能做的就是怀着感恩的心，继续前行：深深的感谢导师吴宜灿研究员和汪卫毕教授：俗话说一耀傅领送门，，爹行靠个人”，是您把我领入这个领域，不仅传授我知识，更丰要的是教会了我如何思考、如何做事、如何做人。“授人以鱼不如授人以渔一，通过硕博连读几年的学习、研究和实践，使我任各方面都得至l了长足的进步，这是我的立身之本，将受益终身。感谢黄群英研究员这几年来的指导和关心，i』=我感受至j了真诚和细致入微：也感谢陈红丽教授、胡丽琴副教授、龙鹏程助理研究员和李亚洲助莲

4、趼究员等FDS团队所有老师的指导和帮助。一吃水不忘挖并人一，感谢所有ARTS项目组成员，包括几年前完成1．0版本的师兄师娌们：这里特别是要感谢营瑞芬助理研究员在优化方法以及编程技术方面的教导，感谢李贵助理研究员、郑垡庆和孙光耀等人存寿j量曩算方卣的支持，感谢任强、汪冬、王捷、贸婧、王玉、吴茜、李文艺、徐公明等人在ARllS系统软件研发方面的支持，感谢程梦云、杨琪、王文、章俊等人在蒙特卡罗方法计算方面的支持，感谢你们对我的帮助。感谢合肥工业大学林辉副教授和蔡金风同学在DPM计算上的帮助，感谢安敏省立医院的吴爱东高上和闰

5、冰物理师给予的悉心指导和帮助：深深的感谢爱人纪冬梅，这几年家里的事情我都没怎么操心过，是你一直支撑着，你bg'f,J出我会铭记住心=深深地感澍我的父母，为了让我好好的工作，你们不怕劳累操持家务照顾孩。r，让我感至l家庭的遗暖。爱子裴纪辰的诞生和成长绘了我人牛最人的快乐。芦恩浩荡，亲情擘重，友情浓熟，杓：奠感谢所彳i关心和帮助适我的人!÷：；：美摘要调强放疗是放疗史上的曼程磅，发挥了越柬越重要的作用，，Fi：烈镉庆上朵J}=；J调强的方式犬多为静态调强，该方式单次治疗时间长，增加了放疗的风险和不确定性。旋转调强的单次治

6、疗时间仅为静态调强的：三分之一甚至更少，但存在nJ穗参数多、约束条件复杂、剂量验证困难等问题，因而并未在临床上得到广泛的应用。本文对旋转调强放疗中关键技术(优化方法和剂量验证)进行』，深入的研究，以解决上述问题并达到提高旋转调强实用性的日的。根据广泛调研和结合临床实际，本文首先针对调强放疗中射野方向优化做了深入研究：确定射野个数后，通过在360。空间内离散射野方向并建立优化模型，借助蚁群算法和共轭梯度法优化出最优的射野方向组合。通过一个模拟例题和两个临床病例的测试，结果表明该方法可以快速找到最优的射野方向组合，为旋转

7、调强优化提供了珲论基础。其次，对旋转凋强优化算法进行了研究。为了满足临床效果和时间要求，采用共轭梯度法与扰动技术相结合的混合方法优化了野权重和形状，并对优化巾涉及到的各关键步骤进行了详细的研究：采用美国医学物理学家学会(AAPMlTG一119号报告巾的模拟例题和临床病例进行了测试，结果表明该方法可以在临床接受的时间内优化出旋转调强计划。另外研究了旋转调强中离散角度大小对旋转调强放疗计划优化效果产牛的影响，给出了临床上离散角度的一般性原则，在保证治疗效果的前提下减少了优化时间：．最后，为了克服临床上旋转调强计划验证的困

8、难，尤其是验证时以“水”代人的不精确性，本文设计并实现了基于蒙特卡罗方法的计划验证模块，通过DosePlanningMethod(DPM)验证了放射治疗手一划的可实施性，并经过实测例题和临床病例溅试了基十蒙特忙罗方法的计划验迂模块的二三礁性和有效性?关键词：旋转j笥强放j：芗；射星r方向优化；计娥验汪本冷文ii7皇扶l÷973：’≤等蔑F宽专二