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幼儿眼眶腺泡状软组织肉瘤术后质子放疗1例报道及文献综述

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亚洲外科手术病例研究 2024年第1期12卷 1-5页

作者：张云波李沐阳郑丽萍魏清龙张建光淄博万杰肿瘤医院肿瘤科山东淄博淄博万杰肿瘤医院心血管内二科山东淄博

腺泡状软组织肉瘤(Alveolar Soft-Part Sarcoma, ASPS)为罕见肿瘤,幼儿患者治疗难以配合,放疗对生长发育存在影响。本文报道一例幼儿患者术后采用质子放射治疗病例。

关键词：腺泡状软组织肉瘤质子放疗

基于有限自动机在质子放疗控制系统研究与应用

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计算机应用文摘 2024年第15期40卷 74-78页

作者：从亚奎白鹤马鹏飞周田汤洋吕雅婧中广核金沃科技有限公司研发设计中心广东深圳518118

在传统编程模式开发中,为了克服放疗控制系统的控制程序可移植性差及维护困难等缺点,文章提出了基于有限状态机理论的研究方法,实现了控制软件单元的功能定义和控制逻辑分离;结合Simulink/Stateflow工具,开发了质子放疗的建模仿真平台;... 详细信息

在传统编程模式开发中,为了克服放疗控制系统的控制程序可移植性差及维护困难等缺点,文章提出了基于有限状态机理论的研究方法,实现了控制软件单元的功能定义和控制逻辑分离;结合Simulink/Stateflow工具,开发了质子放疗的建模仿真平台;通过对放疗系统的多种场景工况仿真,验证了基于有限状态机在放疗控制系统应用中的可行性与有效性。

关键词：质子放疗控制系统有限自动机状态图

质子放疗中CT值到相对阻止本领转换关系依赖因素研究及其在脂肪区的改进

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中华放射医学与防护杂志 2019年第10期39卷 772-777页

作者：崔相利 Jee Kyungwook 王宏志胡漫 Lu Hsiaoming 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心医学物理与技术安徽省重点实验室 230031 美国哈佛大学医学院麻省总医院放疗系波士顿02114 山东省肿瘤医院放疗科济南250117

目的介绍一种质子放疗过程中由CT值(HU)转换到相对阻止本领(RSP)的校准方法,提高其在脂肪区间的校准精度。方法采用化学计量校准方法,计算人体组织的HU和RSP。利用动物组织模拟患者皮下脂肪组织,并测量该动物组织的HU和RSP。通过分段拟... 详细信息

目的介绍一种质子放疗过程中由CT值(HU)转换到相对阻止本领(RSP)的校准方法,提高其在脂肪区间的校准精度。方法采用化学计量校准方法,计算人体组织的HU和RSP。利用动物组织模拟患者皮下脂肪组织,并测量该动物组织的HU和RSP。通过分段拟合HU和RSP,分析皮下脂肪组织对HU-RSP转换关系的影响。结果计入皮下脂肪测量值,可显著提高HU-RSP转换曲线在脂肪区间的转换精度。不同平均电离能数值的选择对HU-RSP转换关系的影响质子束入射能量的差异对HU-RSP的影响质子在脂肪区间的射程误差。

关键词：质子放疗相对阻止本领化学计量校准方法

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质子放疗独立剂量计算平台的搭建与验证

中华放射肿瘤学杂志 2022年第10期31卷 910-915页

作者：虢梦雅李秀芳刘琪王捷邓秀珍谷帅喆蒲越虎陈志凌中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049 上海艾普强粒子设备有限公司上海201800 中国科学院上海高等研究院上海201210

目的基于上海先进质子放疗设备(SAPT)水平固定束,利用开源剂量计算引擎搭建质子放疗独立剂量计算平台并验证该平台的准确性。方法通过测量SAPT水平固定束的绝对积分深度剂量以及空气中束斑大小,并结合蒙特卡洛模拟得到水中束斑大小增量... 详细信息

目的基于上海先进质子放疗设备(SAPT)水平固定束,利用开源剂量计算引擎搭建质子放疗独立剂量计算平台并验证该平台的准确性。方法通过测量SAPT水平固定束的绝对积分深度剂量以及空气中束斑大小,并结合蒙特卡洛模拟得到水中束斑大小增量,笔形束参数与剂量计算引擎相结合,搭建了适用于该水平固定束的剂量计算平台。计算平台精确性的验证主要通过绝对剂量验证和相对剂量验证实现。绝对剂量验证主要是比较单个立方体计划射野中心轴线上不同深度计算值和实测值的点对点误差。相对剂量验证主要是比较计算值和实测值的横向一维及二维相对剂量分布。同时,对单高斯束斑模型和双高斯束斑模型的精确性进行比较。结果计算值和实测值的点对点绝对剂量偏差在2%以内。3个立方体在中心深度的二维平面相对剂量分布的计算值与实测值的20%~80%半影宽度及半高全宽的偏差分别在1、2 mm以内。3个立方体计划及2个临床病例在中心深度的二维平面相对剂量分布的实测值与计算值的二维γ通过率(3 mm/3%)均>95%。双高斯束斑模型在剂量梯度变化较大或者射程较大的计划中相较于单高斯束斑模型计算得更准确。结论独立剂量计算平台的精确度能满足临床要求,可利用此平台研究其他剂量相关的问题。

关键词：质子放疗剂量计算平台束流建模及验证

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基于磁场调制的质子放疗新方法及其调制机制

强激光与粒子束 2017年第12期29卷 149-154页

作者：邵文成汤晓斌耿长冉舒迪韵龚春慧艾遥张旭东郁海燕南京航空航天大学核科学与工程系南京210016 哈尔滨医科大学附属肿瘤医院放射物理科哈尔滨150081

提出一种基于磁场调制的质子放射治疗新方法,探索肿瘤剂量、正常器官剂量与磁场调制方法之间的关联机制,研究磁场调制质子放疗在器官环绕型肿瘤(肿瘤被正常器官环绕或包围)治疗中的应用。基于蒙特卡罗粒子输运程序Geant4,分别建立了理... 详细信息

提出一种基于磁场调制的质子放射治疗新方法,探索肿瘤剂量、正常器官剂量与磁场调制方法之间的关联机制,研究磁场调制质子放疗在器官环绕型肿瘤(肿瘤被正常器官环绕或包围)治疗中的应用。基于蒙特卡罗粒子输运程序Geant4,分别建立了理想器官环绕结构(由若干平行六面体结构组成)和含胰腺肿瘤人体腹部解剖结构两种几何构型。分别对两种几何构型内部施加磁场,通过改变磁场强度和方向,调制质子束布拉格峰几何位置,利用质子径迹的磁致偏转效应使质子束绕开正常器官对肿瘤进行照射。对于理想器官环绕型构型,磁场调制质子放疗可在保证95%剂量覆盖肿瘤情况下将受质子照射正常器官体积控制在接近于零的极低水平。对于胰腺肿瘤解剖构型,磁场调制方法可使质子束在调制磁场作用下,绕过脊髓和肾脏照射肿瘤,并使肿瘤被95%剂量较好地覆盖。通过磁场调制,可对质子束布拉格峰几何位置和质子径迹弯曲程度进行调制,绕过正常器官对肿瘤进行照射,从而最大限度地减少正常器官的受照体积和剂量。

关键词：蒙特卡罗方法粒子输运 Geant4 质子放疗磁场调制布拉格峰器官保护

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质子放疗中肿瘤医学图像配准系统研发

质子放疗中肿瘤医学图像配准系统研发

作者：张晨阳华中科技大学

学位级别：硕士

癌症是当今世界上严重危害人类生命安全的主要疾病之一,癌症治疗的相关研究也是医学研究领域很重要的一环。放射治疗手段使用具有能量的射线对病灶区域进行照射进而杀死癌细胞,由于其可以实现局部治疗且疗效良好,是现代癌症治疗手段不... 详细信息

癌症是当今世界上严重危害人类生命安全的主要疾病之一,癌症治疗的相关研究也是医学研究领域很重要的一环。放射治疗手段使用具有能量的射线对病灶区域进行照射进而杀死癌细胞,由于其可以实现局部治疗且疗效良好,是现代癌症治疗手段不可替代的一种。如今,放射治疗已进入了精准放疗时代,“基于超导回旋加速器的质子放疗设备研发”项目的子课题“图像引导与治疗规划系统”给出了确定肿瘤偏差的需求。本文给出了一种在放射治疗中确定病人摆位误差,并进一步确定肿瘤偏移的方法,主要内容如下:1、设计了一种可以高精度分割医学图像中肿瘤的分割网络,并给出了一种基于深度学习的肿瘤分割方法,介绍了数据集处理、模型设计与训练、图像后处理的处理流程。所使用的网络模型为结合了残差结构和U-Net的优势设计出的ResU-Net网络结构,并通过实验对比了ResU-Net与传统U-Net对非小型细胞肺肿瘤的分割能力,表明了使用基于残差结构的ResU-Net网络模型和Dice损失函数,分割精度更高。经调参后最优模型的分割Dice系数为0.8676±0.1537,灵敏度为0.8550±0.2081,特异度为0.9997±0.0004。2、给出了一种可配准多模态图像的配准算法,并使用对齐的模拟多模态图像对算法进行了测试与调优,还测试了算法的可配准范围,最后证明了该算法适用于CT与CBCT图像间的配准。给出了人为移动图像中肿瘤位置的方法,并设计了测试配准方法在肿瘤相对人体发生移动时能否获取该偏移的实验。通过测试分析后给出了一种能够获取肿瘤偏移的配准方法,即使用肿瘤分割结果将非肿瘤区域赋值为-1000,然后用包含肿瘤的长方体ROI截取出部分图像块,最后配准两个ROI图像块。该方法获取的肿瘤偏移的平移偏差低于1mm、角度偏差小于1°,耗时低于1分钟。3、将肿瘤医学图像配准过程封装进“肿瘤医学图像配准系统”软件中,完成了用户界面的设计,并介绍了软件的设计思路、功能调用逻辑、技术配置,实现了肿瘤医学图像配准系统,并对本软件的基本操作流程进行了展示。最后使用施加肿瘤偏移的CT图像与原CT图像配准的方式测试了软件能否在人体整体无偏差的情况下测得肿瘤的偏差的能力,配准过程平稳,配准速度在一分钟之内,配准平移偏差低于1mm、角度偏差低于1°。

关键词：质子放疗肿瘤图像分割深度学习灰度配准

几种不同材料降能器对200 MeV质子放疗特性的蒙特卡罗模拟

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原子核物理评论 2018年第1期35卷 78-84页

作者：刘红冬阳露裴曦陈志徐榭中国科学技术大学核科学技术学院合肥230027

能量选择系统是医用质子回旋加速器放疗系统中极其重要的部件,主要用来调节质子束能量,使得从加速器出来的质子束能量满足临床治疗计划的要求。能量选择系统的核心部件是降能器,目前降能器大多采用石墨作为降能材料。近些年提出用铍或... 详细信息

能量选择系统是医用质子回旋加速器放疗系统中极其重要的部件,主要用来调节质子束能量,使得从加速器出来的质子束能量满足临床治疗计划的要求。能量选择系统的核心部件是降能器,目前降能器大多采用石墨作为降能材料。近些年提出用铍或者碳化硼替代石墨作为降能器材料的设想,以期望提高质子束流的传输效率。利用蒙特卡罗软件TOPAS模拟200 MeV质子在石墨、铍和碳化硼三种不同材料多楔形结构降能器中的输运过程,统计了穿过降能器后质子以及产生的次级中子的能量通量,并计算了质子束流在穿过不同降能器后的能量分散,据此得到了三种材料降能器厚度与质子能量之间的关系曲线,同时也分析了不同降能器对质子束传输效率的影响以及次级中子产额的情况。通过对比发现,三种材料降能器对束流的能量发散效果相当,而使用铍或者碳化硼都能提高束流传输效率,尤其铍降能器的性能较优。但铍和碳化硼与质子相互作用会产生更多的次级中子,因此在实际应用时需要更多地考虑次级中子对设备的辐射防护。

关键词：质子放疗降能器蒙特卡罗 TOPAS 传输效率

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质子放疗旋转机架等中心点测量方法研究

质子放疗旋转机架等中心点测量方法研究

作者：汪新承华中科技大学

学位级别：硕士

等中心点检测是质子放疗旋转机架设计精度检测的关键环节。随着质子放疗技术在癌症治疗中运用,为保证质子放疗辐射深度的精度,对等中心点及其检测技术精度提出更高要求。国外等中心点检测领域和质子治疗技术同时起步,比国内早了近十年... 详细信息

等中心点检测是质子放疗旋转机架设计精度检测的关键环节。随着质子放疗技术在癌症治疗中运用,为保证质子放疗辐射深度的精度,对等中心点及其检测技术精度提出更高要求。国外等中心点检测领域和质子治疗技术同时起步,比国内早了近十年。国内引进质子治疗设备较晚,对等中心点及其检测方案的研究较少。然而,等中心点检测技术作为质子放疗技术中的一环,需要进行相应的研究解决问题。基于“质子放疗旋转机架设计”项目对等中心点检测的测量要求,本文提出一种基于激光器和CCD相机的等中心点检测方案。该方案利用激光具象化等中心点运动轨迹,同时利用CCD相机记录该运动轨迹,并传输至后台运行的检测软件分析计算,得到等中心点误差值,具有精度较好,检测方便的优点。本文针对等中心点检测方案整体设计,探讨了该检测方案的不同组成部分的技术组成和设计,包括激光器、CCD相机、检测软件和回转平台等。重点分析了回转平台的理论误差引入和设计校核,确保整体设计方案的可靠性。同时研究等中心点检测软件的整体设计和开发,提出了对激光光斑阈值分割、结合重心法求取激光中心,利用散点圆拟合算法的求取等中心点误差的方案设计。针对上述等中心点测量方案,设计了相应的等中心点误差测量实验,验证了该等中心点测量方案的精度和可行性。

关键词：等中心点误差检测质子放疗激光 CCD

扫描式质子放疗系统自动化束斑测量与分析方法的设计和应用

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中国医学物理学杂志 2022年第10期39卷 1217-1224页

作者：刘志鹏单超潘灵婧王宇翔王远远卢晓明中国科学技术大学附属第一医院离子医学中心(合肥离子医学中心) 安徽合肥230088 中国科学技术大学离子医学研究所安徽合肥230088

目的:针对具有录像功能的闪烁体探测器Lynx-PT和笔形束扫描(PBS)质子放疗系统,设计一种质子束斑测量与分析方法,为PBS质子放疗系统的临床调试、束流建模和周期性质控测量提供可靠、高效的解决方案。方法:配置PBS质子放疗系统和Lynx-PT... 详细信息

目的:针对具有录像功能的闪烁体探测器Lynx-PT和笔形束扫描(PBS)质子放疗系统,设计一种质子束斑测量与分析方法,为PBS质子放疗系统的临床调试、束流建模和周期性质控测量提供可靠、高效的解决方案。方法:配置PBS质子放疗系统和Lynx-PT的相关参数,设计数据预处理和束斑分析流程,将两种数据处理流程嵌入自研软件(SpotCheck),实现从束斑采集到数据预处理再到束斑特性分析的全流程自动化。结果:SpotCheck输出的束斑尺寸结果与现有商业化软件(myQA,比利时IBA公司)以及厂商的现场验收测量结果均保持一致,能成功识别所有束斑录像文件的数据质量问题,并将质子束流占用时间从4 d缩短至0.5 d。结论:本文方法的束斑尺寸计算结果准确、束斑采集速度快、数据处理流程自动化程度高,极大提升了PBS质子放疗系统临床调试和束流建模的效率。

关键词：质子放疗笔形束扫描临床调试束斑分析 Lynx-PT