基于CT图像的三维全身放射剂量计划系统的研制

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近年来,3D-CRT、IMRT、IGRT等三维照射技术发展迅速,CT、MRI、PET等影像融合技术不断为体外照射技术注入新的动力,大大提高了疗效,无论在治疗计划系统方面,还是质量保证方面,都远甚于全身放射治疗技术的发展。尽管如此,全身放射治疗(Total Body Irradiation,TBI)从1923年由Chaoul H和Lange K[1]首次使用,发展至今,已由单纯地用于骨髓移植治疗白血病,扩展到用于晚期实体瘤病人,其疗效也得到了肯定。   据大量的国内外文献显示[35-40],在全身放射治疗计划方面,国内发展较慢,大多放疗单位还处于二维阶段,与国外先进的基于CT、MRI、PET等影像的三维全身放射治疗计划系统相比,差距很大。这不仅与全身照射方式和剂量学的特殊性以及全身照射野的复杂性等有直接关系,而且与医学图像三维重建及解剖学定位等有一定的关系。二维治疗计划系统难以设计出个体化的治疗计划,易导致剂量分布不均匀,容易出现靶区欠剂量或关键器官过剂量,引发肿瘤复发或并发症。   全身照射技术作为骨髓移植预处理的有效手段,为了进一步提高放射治疗的疗效,必须实现患者体内剂量分布的可视化和剂量优化,综合分析各个组织器官的剂量分布,综合评价患者体内剂量分布的均匀性,以及分析各关键器官是否存在过剂量的情况。目前广泛使用的常规外照射计划系统,在剂量计算时没有考虑到,全身放射剂量学的特殊性,因此,不适用于远距离照射的全身放射治疗。然而,目前还没有专门为全身照射设计的商品化的系统出现,因此,本研究立足于这一点,采用VC++开发基于CT图像的三维全身放射治疗计划系统,克服目前国内广泛使用的二维全身放射治疗计划系统的缺陷,并将该系统应用于临床,设计个体化的全身放射治疗计划系统,用以解决国内全身照射治疗技术的缺陷与日益增加的临床需求之间的矛盾。   放射治疗是肿瘤治疗的有效手段,要提高放射治疗水平,必须要有准确的放射剂量资料和最佳治疗计划,而剂量计算模型是获得精确剂量资料以及最佳治疗计划的依据,选择正确的计算模型是精确计算剂量分布的保证。本文第二章详细讨论了系统所使用的剂量计算模型,该模型不仅考虑到了全身照射时,远距离照射和大野照射所导致得剂量学的特殊性和复杂性,而且考虑到在临床实际应用中剂量计算速度的问题。由于全身照射时对于加速器射束流的均匀性有一定的要求,而且系统所采用剂量计算模型需要一部分基础实验剂量学参数,因此,在第三章中具体介绍了加速器实验剂量参数测量的步骤,以及对所测得剂量数据的分析与讨论。随后,第四章主要介绍采用VC++编程实现的基于CT图像的三维全身放射治疗计划系统的主要功能,包括数据库设计、三维空间坐标的建立、系统层面等剂量线生成算法以及三维重建方法等,这些是现实本系统的关键,也是技术开发的难点。   根据临床治疗需要,目前本研究已现实系统的大部分功能,设计个体化的治疗计划,能在任意横断面、矢状面和冠状面上显示等剂量分布与组织器官的相互关系,并能跟随鼠标移动计算当前坐标下的剂量值。此外,本系统配置大量的二维图像处理工具和标注工具,方便临床医生从不同影像状态观察组织器官与等剂量分布之间的关系。同时,对于肺部等低密度组织的高剂量进行校正优化,以减少并发症的发生,提高疗效。   最后,第五章对全文进行了总结,对研究中遗留问题进行说明,并对将来的研究方向进行阐述。
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