精确放射治疗系统ARTS项目

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1、精确放射治疗系统ARTS项目一、项目简介放射治疗（简称放疗）己经在医学临床得到广泛应用，成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一。精确放射治疗的目标是最大限度地杀灭肿瘤细胞并有效保护周围止常组织和重要器官。研究表明，剂量精度毎提高1%,治愈率便可提高2%,这也就意味着毎年可多存活14力•人，如何有效提高放疗的精度是目前国际放疗领域研究的难点和热点。目前在我国放疗临床应用中，放疗系统主要靠从国外引进，价格非常昂贵。仅引进一套“治疗计划系统”软件的价格就高达儿十万美元，且由于没有口主知识产权，软件维护及未來升级将不断需要大量外汇

2、财力的支持。即便如此，目前所引进软件系统的关键技术也并非商业宣传的那么先进，例如，目前国际和国内流行的商用放疗％十划系统”在很大程度上还是基于一些简单的等效人体模型（将不同人体组织等效为均匀的水模体）、简单的辐射剂量计算方法（如一维或者局部三维方法）和简化优化方法（如将实际的多目标问题通过加权等效为单目标问题）來进行治疗计划的设计。在放疗实施过程中对患者的定位与摆位采用人工给定标志点的方法进行，很难保证实际治疗过程与计划方案的精确吻合；对加速器辐照剂量验证只能采取通用的标准水模或者仿真体模來进行，无法对每一具体病例

3、实际照射剂量分布情况作准确个例剂量验证。因而在目前的技术水平下根本不可能实现真正意义的“精确放疗”。虽然国际上许多研究机构也正在开展相关问题的研究，但均未很好地解决上述问题。国内这方面研究无论是规模还是水平都非常有限。针对这种情况，中科院等离了体物理研究所反应堆技术研究室和国内外多家研究机构及医院组成了多学科交叉课题组，汇集了核物理科学、放射剂量学、放射生物学、计算机科学、最优化方法、医学影像学等多学科高水平人才，在已有研究基础上，围绕精确放疗涉及的关键问题和和关产品研发的技术难点开展了系统性研究，旨在推动该领域相

4、关技术的发展和相关产品的开发，改变目前国内仅有少数大医院拥有从国外引进的放疗计划系统且放疗精度井的现状，为发展具有我国口主知识产权的精确放疗系统、减轻病患者痛苦提高人民身体健康水平做出贡献。二、建设内容与规模自2001年以来，在中国科学院知识创新工程、中国科学院“百人计划”、国家杰出青年基金、国家口然科学基金、安徽省口然科学基金、安徽省教委口然科学基金等项目的支持下，中科院等离了体物理研究所反应堆技术研究室组织成立了一个多学科（核物理、核技术、计算机、数学、自动控制、临床医学等）多单位合作研发项目组，对精确放射治疗

5、系统（ARTS：Advanced/AccurateRadiationTherapySystem）相关的基础科学问题和系统关键技术问题进行了系统性研究，该研究曾荣获安徽省口然科学一等奖，和关项目获国家“973”计划前期研究专项立项资助，形成的具有国际先进水平的研究成果通过了省级鉴定，开发的相关原型产品通过了专家的认可，并获得了多项国家发明专利。针对不同的应用需求可对以下产品系列进一步开发和推广：1、精确放疗逆向计划系统：利用多目标优化算法，实现靶区、危及器官和正常组织的多目标逆向计划，克服了目前商用系统没有真止使用多

6、目标优化的现状，保证了所用方案的最优，提高了放疗的精度。2、精确辐射剂量计算系统：利用精确蒙特卡罗剂量方法、离散纵标法和快速解析法的优势互补特性，形成一个快速精确的耦合剂量计算系统，克服现有商用系统剂量计算方法不精确的缺陷。高精度快速摆位系统：利用双H视觉测量原理实现高精度快速摆位，可克服现有摆位系统速度慢、精度低的缺点。3、肿瘤位置实时跟踪系统：利用轮廓匹配和白动控制技术实现肿瘤位置实时跟踪，可消除因为呼吸引起的治疗偏差，实现真正意义上的四维放疗。4、精确辐射剂量验证系统：利用剂量测量和验证工具提取射野剂量图像信

7、息，建立射野影像剂量到病人或模体的中平面Z间的剂量关系，保证治疗计划的可靠性。5、精确放疗数据场可视化系统：利用图像处理和重建技术实现精确放疗数据场实时动态可视化,为精确放疗过程提供直观评判依据o三、项目技术特点及工艺设备精确放疗系统的研制具有很强的多学科交叉特点，主要涉及核物理学、计算科学、计算机技术、辐射生物学、影像学以及临床医学等。影响放疗疗效的因素很多，除了临床医生的经验外，决定性的关键技术包括：高精度全息自动建模、治疗计划逆向优化、高精度快速剂量计算、定位与摆位、剂量验证等。高精度全息自动建模根据医学影像

8、口动建立精确人体剂量计算模型，充分包含实际三维几何（解剖结构与形状）以及物理信息（组织密度、元素成份），采用自动分区耦合方法精确求解剂量场。发展了“以人为人”的精确建模方法代替传统“以水代人”的近似方法，为高精度剂量计算提供可靠的模型基础。多目标逆向全局优化针对放疗逆向计划优化的多口标特性，提出基于现代优化理论的多n标优化方法，可兼顾肿瘤靶区、危及器官和其它