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基于剂量预测的个性化放射治疗计划质量的定量评价方法

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中华放射医学与防护杂志 2022年第3期42卷 188-193页

作者：吴秉志彭昭闫永恒周解平徐榭裴曦中国科学技术大学核科学技术学院合肥230025 浙江大学医学院附属第一医院放疗科杭州310002 安徽省肿瘤医院放疗科合肥230031

目的提出一种基于剂量预测的放射治疗计划质量定量评价方法,并验证该方法的临床可行性和临床价值。方法基于45例5年以上从业经验的物理师制定的直肠癌病例,训练3D U-Net网络。利用3D U-Net网络预测得到三维剂量分布后,基于剂量预测的剂... 详细信息

目的提出一种基于剂量预测的放射治疗计划质量定量评价方法,并验证该方法的临床可行性和临床价值。方法基于45例5年以上从业经验的物理师制定的直肠癌病例,训练3D U-Net网络。利用3D U-Net网络预测得到三维剂量分布后,基于剂量预测的剂量-体积直方图(DVH)指标,建立调强放射治疗(IMRT)直肠癌计划质量评估标准,对直肠癌放疗计划进行初次打分。以预测剂量为优化目标,对放疗计划重新优化制定,并再次打分。在15例直肠癌病例上进行测试,比较优化前后计划得分情况以及剂量学参数差异,从而验证该打分方法的临床意义。结果优化前后的计划均满足临床剂量要求。优化前的总得分为(77.21±9.74)分,优化后的总得分为(88.78±4.92)分,优化后的计划得分提升,且差异具有统计学意义(t=-4.105,P0.05)。优化后的计划质量有一定程度提升。结论本研究提出的结合剂量预测的放疗计划质量的定量评价方法,可以针对计划质量进行个性化地有效评估,有利于更好地对比审核不同物理师制定的临床计划质量,并且提供个性化的剂量指标,对临床计划的制定具有较强的指导意义。

关键词：调强放射治疗计划质量评价剂量预测

基于深度学习方法的食管癌术后调强放疗三维剂量分布预测

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中国医学物理学杂志 2022年第2期39卷 133-138页

作者：王文成周解平张朋吴爱林吴爱东安徽医科大学生物医学工程学院安徽合肥230032 中国科学技术大学附属第一医院放疗科安徽合肥230001

目的:构建一种深度学习网络模型预测食管癌调强放疗的三维剂量分布。方法:取100例中上段食管癌术后患者的调强放疗计划为研究对象,以患者计划的计算机断层扫描(CT)图像、靶区和危及器官的勾画图像以及适形射束信息作为输入数据,调强适... 详细信息

目的:构建一种深度学习网络模型预测食管癌调强放疗的三维剂量分布。方法:取100例中上段食管癌术后患者的调强放疗计划为研究对象,以患者计划的计算机断层扫描(CT)图像、靶区和危及器官的勾画图像以及适形射束信息作为输入数据,调强适形放射治疗(IMRT)的三维剂量分布作为输出数据,通过搭建的3D U-Res-Net混合网络进行训练并得到预测模型,利用该模型对测试集进行三维剂量预测。采用平均预测偏差-δ、平均绝对误差(MAE)、戴斯相似性系数(DSC)和豪斯多夫距离(HD_(95))评价预测结果的精确性。结果:测试集的平均预测偏差为-0.23%~0.78%,MAE为1.67%~3.07%,两组计划等剂量面DSC均值大于0.91,尤其30 Gy以下的DSC达到0.95以上,平均HD_(95)为0.51~0.73 cm。预测计划的剂量学参数均在临床允许的范围之内且相对剂量偏差小于2%,除靶区D_(2)、脊髓D_(max)、全肺V_(30)差异有统计意义外(P<0.05),其余剂量学参数差别不大。结论:本研究构建的3D U-Res-Net深度学习网络模型可以实现对食管癌术后IMRT三维剂量分布的精确预测。

关键词：深度学习食管癌调强放疗剂量分布预测

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基于生成对抗网络的鼻咽癌靶区自动勾画研究

中华放射肿瘤学杂志 2022年第12期31卷 1127-1132页

作者：王菲任才俊周解平陶振超陈欢欢钱立庭中国科学技术大学生命科学与医学部附属第一医院合肥230000 中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230000 中国科学技术大学生命科学与医学部附属第一医院放疗科合肥230000

目的评估基于一种深度学习网络模型2D-PE-GAN的鼻咽癌靶区自动勾画模型, 对靶区勾画的工作效率的提高作用。方法模型采用生成对抗网络的架构, 生成器采用UNet相似结构, 并在生成器的每一层卷积操作后添加2D-PE-block, 提升勾画准确度。... 详细信息

目的评估基于一种深度学习网络模型2D-PE-GAN的鼻咽癌靶区自动勾画模型, 对靶区勾画的工作效率的提高作用。方法模型采用生成对抗网络的架构, 生成器采用UNet相似结构, 并在生成器的每一层卷积操作后添加2D-PE-block, 提升勾画准确度。实验数据使用130例鼻咽癌CT图像, 模型训练前对图像进行预处理, 通过对比UNet、GAN, 以及添加注意力机制的GAN三种模型, 使用Dice系数、豪斯多夫距离、准确率、马修斯相关系数、杰卡德距离, 说明提出模型的有效性。结果相比于UNet、GAN、加入注意力机制的GAN, 2D-PE-GAN网络分割CTV的Dice系数平均值提高了26%、4%、2%, 分割GTV的Dice系数平均值提高21%、4%、2%。相比于加入注意力机制的GAN, 2D-PE-GAN的参数和时间分别减少了0.16%、18%。结论与UNet、GAN、加入注意力机制的GAN三种模型相比, 2D-PE-GAN用于鼻咽癌靶区勾画, 分割准确度均有所提升, 同时, 与提出原因相似的注意力机制相比, 使用2D-PE-GAN在分割准确度相差不大的情况下, 能减少计算资源的占用。

关键词：深度学习鼻咽肿瘤靶区自动勾画

单壁碳纳米管吸附芳香簇氨基酸机理的同步辐射研究

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单壁碳纳米管吸附芳香簇氨基酸机理的同步辐射研究

作者：周解平中国科学技术大学

学位级别：硕士

单壁碳纳米管(SWCNTs)因其理想的一维结构而表现出许多奇特的物理、化学特性,被广泛地应用于生物医疗领域中,如生物电化学传感器、药物的运输载体、组织工程材料等。然而,在生物医疗应用中,均涉及生物纳米相互作用。本文利用生物体内两... 详细信息

单壁碳纳米管(SWCNTs)因其理想的一维结构而表现出许多奇特的物理、化学特性,被广泛地应用于生物医疗领域中,如生物电化学传感器、药物的运输载体、组织工程材料等。然而,在生物医疗应用中,均涉及生物纳米相互作用。本文利用生物体内两种必需的芳香簇氨基酸-苯丙氨酸(Phe)和色氨酸(Trp)吸附于SWCNTs上,利用近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)和同步辐射光电子能谱(SRPES)技术研究SWCNTs和Phe、Trp之间的相互作用机理。同时,利用不同浓度的HNO3、浓HNO3/浓H2SO4混合酸分别羧化SWCNTs,利用拉曼光谱(Raman谱)去研究不同条件下的羧化情况,提出最佳的羧化条件。主要的研究工作及结果如下:1 SWCNTs吸附Trp的机理研究利用真空过滤法制得SWCNTs薄膜,将SWCNTs薄膜孵育在饱和的Trp溶液中1小时,制得吸附Trp的SWCNTs薄膜,分别测试SWCNTs、吸附Trp的SWCNTs、Trp的C-K边、O-K边、N-K边的NEXAFS谱以及C1s、O1s、N1s SPPES谱。1)吸附后,Trp样品的C-K边NEXAFS谱的288.2eV的吸收峰向低能移动0.6eV,SRSPE谱的羧基的C1s结合能向低能移动0.5eV,说明了羧基明显参与了界面相互作用。2)吸附后,N-K边NEXAFS谱和N1s SRPES谱峰的形状和能量位置可以忽略的变化暗含了氨基没有涉入界面相互作用。3)吸附后,O-K边NEXAFS谱的峰形变化并结合O1s SRPES谱表明了只有Trp分子中羧基中的C=O的O原子参与了界面相互作用。2 SWCNTs吸附Phe的机理研究利用真空过滤法制得SWCNTs薄膜,将SWCNTs薄膜孵育在饱和的Phe溶液中1小时,制得吸附Phe的SWCNTs薄膜,分别测试SWCNTs、吸附Phe的SWCNTs、Phe的C-K边、O-K边、N-K边的NEXAFS谱以及C1s、O1s、N1s SPPES谱。1)吸附后,Phe样品的C-K的NEXAFS谱的288.1eV的吸收峰向低能方向移动了约0.5eV,说明Phe和SWCNTs之间存在明显的界面相互作用。2)吸附后,O-K边NEXAFS谱的边前锋明显变化揭示了羧基中的C=O的O原子明显参与了界面相互作用,O1s SRPES谱进一步证明了仅有羰基中的O原子参与了界面相互作用。3)吸附后,N-K边的NEXAFS谱峰强的变化证明了氨基中的N原子也参与了界面相互作用。4)吸附后,C1s SRPES谱的变化同样证明了羧基中O原子和氨基中N原子都参与了界面相互作用。3 SWCNTs的羧化条件研究利用Raman谱对SWCNTs在不同的羧化条件下羧化作用进行研究。Raman谱径向呼吸模(RBM)的峰变化说明了15M HNO3使大多数SWCNTs管壁遭到破坏,最佳的氧化条件应在10M左右的HNO3。Raman谱D峰和G峰的强度变化进一步说明了10M左右的HNO3是最佳的氧化条件。

关键词：单壁碳纳米管色氨酸苯丙氨酸界面相互作用近边X射线吸收精细结构谱同步辐射光电子能谱拉曼光谱

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术中放疗设备的研究进展

中国医疗设备 2023年第9期38卷 142-147页

作者：齐妙刘君怡周解平陈志裴曦徐榭中国科学技术大学核科学技术学院安徽合肥230026 中国科学技术大学附属第一医院放疗科安徽合肥230026 安徽慧软科技有限公司安徽合肥230026

术中放疗(Intra-Operative Radiation Therapy,IORT)是指在手术中对患者瘤床、可见肿瘤或易复发转移部位进行单次大剂量照射的放射治疗。鉴于IORT在临床使用中的优势,其在国内外多种癌症的治疗中呈现快速发展的趋势,但国内尚缺乏对现有I... 详细信息

术中放疗(Intra-Operative Radiation Therapy,IORT)是指在手术中对患者瘤床、可见肿瘤或易复发转移部位进行单次大剂量照射的放射治疗。鉴于IORT在临床使用中的优势,其在国内外多种癌症的治疗中呈现快速发展的趋势,但国内尚缺乏对现有IORT设备的系统性研究。本文就目前IORT主要厂家的设备和技术在临床应用中的问题进行详细分析和介绍,为各医院和研发单位未来的采购和研发提供建议,推进IORT领域临床和医用设备的进一步发展。

关键词：术中放疗放射治疗医用设备临床应用

CT/MRI混合配准方法及其在放疗计划系统中的应用

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中国医学物理学杂志 2020年第9期37卷 1148-1154页

作者：吴茜皮一飞周解平安徽医科大学人文医学学院安徽合肥230032 中国科学技术大学物理学院安徽合肥230026 中国科学技术大学附属医院放疗科安徽合肥230001

旨在研究放疗中图像配准方法,特别是针对放疗中常用的CT、MRI,提出基于混合框架的配准方法,该方法主要包括两个方面:(1)采用掩膜(Mask)提取感兴趣区域、形态学运算等图像处理方法以及CPU多线程并行技术,大幅度提高配准速度;(2)采用由全... 详细信息

旨在研究放疗中图像配准方法,特别是针对放疗中常用的CT、MRI,提出基于混合框架的配准方法,该方法主要包括两个方面:(1)采用掩膜(Mask)提取感兴趣区域、形态学运算等图像处理方法以及CPU多线程并行技术,大幅度提高配准速度;(2)采用由全局到局部的混合配准策略,首先利用基于仿射变换的刚性配准整体配准,以防止图像间偏差过大,在此基础上针对感兴趣区域采用B样条弹性配准,调整局部形变。通过实验表明,采用预处理及加速策略的刚性配准,在保持其精度的情况下,提速比可达10倍,测试结果已达到临床需求;此外,采用基于GPU加速的混合配准策略,其配准速度提至约4 min。

关键词：多模态图像配准混合配准互信息 B样条预处理

陀螺刀和容积调强治疗肺部小病灶的剂量学比较

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安徽医科大学学报 2017年第7期52卷 1061-1065页

作者：吴齐兵汪志闫冰周解平王鹏吴爱东王凡安徽医科大学第一附属医院放疗科合肥230022 安徽医科大学附属省立医院合肥230001 安徽省肿瘤医院放疗科合肥230031

目的分析Co-60陀螺刀和容积调强(VMAT)治疗肺部小病灶剂量学分布特点,比较两种计划在危及器官(OAR)保护和全身低剂量区体积大小的差异。方法对48例肺部小病灶患者(含原发性肺癌及肺转移癌,共56个病灶),分别设计陀螺刀和VMAT计划,采用剂... 详细信息

目的分析Co-60陀螺刀和容积调强(VMAT)治疗肺部小病灶剂量学分布特点,比较两种计划在危及器官(OAR)保护和全身低剂量区体积大小的差异。方法对48例肺部小病灶患者(含原发性肺癌及肺转移癌,共56个病灶),分别设计陀螺刀和VMAT计划,采用剂量体积直方图对靶区和OAR剂量学参数进行评估,并比较两种计划的差异。结果陀螺刀计划的计划靶区平均剂量(PTVDmean),计划靶区最高剂量(PTVDmax),均匀指数,全肺V5、V10和平均受量,患侧肺V5、V10、V20、V30和平均受量均显著高于VMAT计划(P平均受量,脊髓最大受量,心脏和脊髓平均受量均显著高于陀螺刀计划(P平均受量低。

关键词：肺部小病灶剂量学比较容积调强陀螺刀

鼻咽癌静态IMRT与VMAT同步加量放疗剂量学比较

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安徽医科大学学报 2014年第8期49卷 1164-1167页

作者：唐正中吴爱东钱立庭刘磊周解平安徽医科大学附属省立医院放疗科合肥230001

选择21例同步加量调强放射治疗(SMART)鼻咽癌患者,在计划系统中以相同处方剂量和目标限量要求分别设计9野静态调强(sIMRT)和双弧容积旋转调强放射治疗(VMAT)计划,满足95%靶体积达到处方剂量要求的前提下,比较两种计划的靶区剂量、危及... 详细信息

选择21例同步加量调强放射治疗(SMART)鼻咽癌患者,在计划系统中以相同处方剂量和目标限量要求分别设计9野静态调强(sIMRT)和双弧容积旋转调强放射治疗(VMAT)计划,满足95%靶体积达到处方剂量要求的前提下,比较两种计划的靶区剂量、危及器官和正常组织的受照剂量以及机器跳数(MU)和治疗时间的差异。结果显示两种计划靶区最大、最小剂量以及均匀性指数差异均无统计学意义,但VMAT靶区的适形指数(CI)显著提高(t=-3.86,P平均剂量降低,差异有统计学意义(P0.05),但V20、V25、V30、V35、V40、V45、V50和平均剂量统计明显小于sIMRT计划相应剂量(P平均总MU和治疗时间分别减少约14.2%和68.8%。

关键词：鼻咽癌放射治疗同步加量调强放射治疗容积旋转调强放疗静态调强放射治疗剂量学

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单壁碳纳米管吸附色氨酸的机理研究

核技术 2011年第8期34卷 565-568页

作者：周解平唐军徐彭寿盛六四潘国强中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230029

用近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)和同步辐射电子能谱(SRPES)技术,研究了单壁碳纳米管(SWCNTs)吸附色氨酸(Trp)的机理。对比Trp吸附于SWCNTs前后样品C-K边NEXAFS谱,发现SWCNTs与吸附的Trp之间存在明显的界面相互作用。吸附前后N-K边NE... 详细信息

用近边X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)和同步辐射电子能谱(SRPES)技术,研究了单壁碳纳米管(SWCNTs)吸附色氨酸(Trp)的机理。对比Trp吸附于SWCNTs前后样品C-K边NEXAFS谱,发现SWCNTs与吸附的Trp之间存在明显的界面相互作用。吸附前后N-K边NEXAFS谱的峰形和峰位的变化可忽略,这表明Trp中的两个N原子都未参与界面相互作用。吸附后O-K边NEXAFS谱的边前峰更尖更强,这表明C=O的O原子参与了界面相互作用;吸收主峰的峰形的明显变化,则C=O和C-O的O原子都有可能参与界面相互作用,而O1s SRPES谱证实仅有C=O中的O原子参与了界面相互作用。

关键词：单壁碳纳米管色氨酸界面相互作用 NEXAFS SRPES