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背景与目的:术中放疗(Intra-Operative Radiation Therapy,IORT)是手术中对可见肿瘤、瘤床区或易复发转移部位,在直视下的单次大剂量放疗,是多个肿瘤疾病主要的治疗方式之一。由于缺少三维(Three-Dimentional,3D)图像和剂量分布信息,目前仅凭肉眼观察和经验设定治疗参数,这种方法存在较大安全隐患。此外,因无法实现术中与术后放疗的3D剂量叠加,也会影响术后放疗的效果。本研究的主要内容为:一、超声引导术中模拟定位方法;二、IORT计划设计方法和系统;三、IORT球囊状施照器设计及评价测试。该研究内容与第二项研究内容相关,是它的延伸应用。通过第一项和第二项研究建立超声引导的IORT方法,通过第三项研究使术中电子束能够产生球面剂量分布。材料与方法:我们首先依据IORT临床要求和可用设备条件建立超声引导IORT的模拟定位方法和IORT计划设计方法,设计能够实现上述方法的硬件(超声模体、多功能限光筒及其配件)和软件(蒙特卡罗模拟IORT计划系统);然后加工硬件,研发IORT计划系统,并使用伽马分析的方法评估计划系统的准确性,以及使用上述硬件和软件测试模拟定位方法和计划设计方法;最后使用已研发的蒙特卡罗模拟模型建立适用于IORT球囊状施照器的设计方法和建立适用于圆形剂量分布曲线定量评估的方法,以及加工并测试球囊状施照器。结果:使用研制的多功能限光筒及其配件实现了术中超声模体图像的采集,建立并用超声模体测试通过了超声引导IORT的模拟定位方法和IORT计划设计方法;研发了用于蒙特卡罗IORT计划设计的系统,其百分深度剂量和最大剂量点深度处的离轴剂量模拟结果和3D水箱测量结果伽马分析符合2%/2mm的检测要求;建立了完整的图像引导IORT技术;建立了基于蒙特卡罗模拟设计适用于电子束IORT球囊状施照器的方法,设计了适用于4,6,9和12 MeV电子束,球囊直径为5 cm,准直筒直径为2 cm的球囊状施照器,引入圆度的概念用于量化评估球囊状施照器球面剂量分布(剂量分布曲线的圆度在冠状位为0.01～0.12 cm,而横断位为0.05～1.38 cm),加工了9MeV电子束施照器并完成了初步测试(球囊状施照器剂量分布测量结果与模拟结果一致,在冠状位上需进一步改善)。结论:本研究在国际上首次建立并测试超声引导IORT方法,并很好地解决了 IORT中采集超声图像完成模拟定位的问题。在国际上首次建立了设计电子束IORT球囊状施照器用于产生球面剂量分布的方法,并完成了加工和初步测试。本研究提出的超声引导IORT方法简易可行,不仅弥补了目前IORT单凭经验,缺乏精确剂量数据支持的现状,而且也为术后外照射放疗提供准确的3D IORT剂量分布,提高放疗的安全性和有效性。