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光子放疗剂量计算的确定论方法

中华放射肿瘤学杂志 2023年第4期32卷 375-378页

作者：宋洪兵杨雄李祥攀武汉大学人民医院放疗科武汉430060

确定论方法是一种计算精度高、速度快的基于光子-电子耦合输运求解的数值计算方法,近年来在光子放疗剂量计算中得到了广泛应用,然而该方法被引入放疗领域的时间较短,国内学者对其研究较少,对其特性缺乏全面的了解。本文对确定论方法的... 详细信息

确定论方法是一种计算精度高、速度快的基于光子-电子耦合输运求解的数值计算方法,近年来在光子放疗剂量计算中得到了广泛应用,然而该方法被引入放疗领域的时间较短,国内学者对其研究较少,对其特性缺乏全面的了解。本文对确定论方法的原理、发展现状及其临床应用进行综述,为相关研究的开展提供参考。

关键词：确定论方法剂量计算光子放射疗法

基于iCBCT图像的盆腔肿瘤放疗计划剂量计算相关研究

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辐射研究与辐射工艺学报 2023年第1期41卷 67-73页

作者：赵前锋明鑫刘波唐春慧湖北文理学院附属医院襄阳市中心医院肿瘤科襄阳441021 湖北文理学院肿瘤研究所襄阳441021 天津医科大学生物医学工程与技术学院天津300050 山东省肿瘤医院济南250117

为了探讨iCBCT图像用于盆腔肿瘤剂量计算的准确性,本研究选取某院使用Halcyon加速器行放疗的病例30例,利用Eclipse 15.6计划系统重新设计容积旋转调强(VMAT)放疗计划,随后将首次治疗采集的摆位CBCT图像(iCBCT)与计划CT图像(p CT)进行配... 详细信息

为了探讨iCBCT图像用于盆腔肿瘤剂量计算的准确性,本研究选取某院使用Halcyon加速器行放疗的病例30例,利用Eclipse 15.6计划系统重新设计容积旋转调强(VMAT)放疗计划,随后将首次治疗采集的摆位CBCT图像(iCBCT)与计划CT图像(p CT)进行配准,并将每例病例的VMAT计划(pCT计划)移植到iCBCT图像上,基于iCBCT图像标定的CT值-相对电子密度曲线重新进行剂量计算,生成新的治疗计划(iCBCT计划)。采用SPSS 26.0软件对两种计划的剂量学参数进行t检验分析。结果显示,i CBCT计划和pCT的计划相比,计划靶区(Planning target volume,PTV)剂量学参数中D_(2)、D_(98)、D_(mean)、适形指数(Conformity index,CI)和均匀性指数(Homogeneity index,HI)结果均较接近,差异平均值依次为0.71%、0.53%、0.97%、0.25%和0.95%,差异无统计学意义(p>0.05)。所统计的危及器官中,左右股骨头、直肠和膀胱的D_(mean)、D_(5)、V_(20)、V_(30)和V_(40)的差异平均值均较小,均无统计学意义(p>0.05),差异平均值最大的参数为膀胱的D_(mean),差异值为1.71%。与pCT计划相比,iCBCT计划的Gamma通过率为1%/1 mm标准(88.1±1.1)%,2%/2 mm标准(97.8±1.2)%。两种计划的等中心点剂量与实测值相比差异平均值分别为0.98%和0.81%,差异均无统计学意义(p>0.05)。结果提示,在大多数盆腔病例中,iCBCT图像用于放疗计划剂量计算的结果准确、可靠,准确性满足临床应用的要求。

关键词：迭代锥形束CT 剂量计算盆腔肿瘤容积旋转调强

基于锥形线束CT图像剂量计算准确度的实际测量验证研究

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中华放射肿瘤学杂志 2023年第6期32卷 539-545页

作者：陈黎周钢孙彦泽彭啟亮韩杰冠田野苏州大学附属第二医院放疗科苏州大学放射肿瘤学研究所苏州市肿瘤放射治疗重点实验室苏州215004

目的采用实际测量的方法探讨CBCT图像用于剂量计算的准确度。方法回顾性分析苏州大学附属第二医院自2021年9月至2022年5月60位患者的锥形线束CT(CBCT)图像。利用Varian OBI系统获取模体的头部全扇面、头部半扇面、胸部半扇面、盆腔半扇... 详细信息

目的采用实际测量的方法探讨CBCT图像用于剂量计算的准确度。方法回顾性分析苏州大学附属第二医院自2021年9月至2022年5月60位患者的锥形线束CT(CBCT)图像。利用Varian OBI系统获取模体的头部全扇面、头部半扇面、胸部半扇面、盆腔半扇面4种扫描模式的CBCT图像, 以CIRS电子密度模体建立对应扫描条件的CT值-电子密度(HU-ED)曲线, 在CBCT图像上设计放疗计划并对检测点的剂量计算结果与电离室测量结果进行比较, 分析剂量误差。然后利用三维剂量验证系统对60名患者基于CBCT图像放疗计划实施过程的准确度进行检测, 根据靶区D99%、Dmean、D1%和危及器官Dmean、D1%, 以及γ通过率来验证剂量计算的准确性。结果在模体点剂量检测中, 上述4种扫描模式CBCT图像的剂量计算误差分别为-1.06%±0.87%、-1.67%±0.86%、0.91%±0.73%、-1.54%±0.90%。患者基于CBCT图像治疗计划剂量学验证中, 各扫描模式下靶区(PTV)的Dmean、D99%及D1%差异均值均不超过2%, 除头部患者的晶状体外, 其他危及器官的Dmean和D1%差异不超过3%。各计划的靶区PTV及危及器官平均γ值在3%/2 mm标准下均剂量的估算与安全监控。对于头部患者, 采用全扇面扫描模式来获取图像能进一步提高剂量计算的准确度。

关键词：锥形线束CT 剂量计算准确度实际测量

基于循环对抗生成网络的胸部锥形束CT校正及剂量计算准确性

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中国医学物理学杂志 2022年第7期39卷 811-816页

作者：吴先想牛振洋蔡汉飞方美芳李威徐露崔珍蚌埠医学院第一附属医院放疗科安徽蚌埠233004 解放军第901医院放疗科安徽合肥230031

目的:采用循环对抗生成网络算法建立胸部锥形束CT(CBCT)校正模型,探讨该模型用于提升CBCT质量的可行性,评估校正的CBCT(CCBCT)用于剂量计算的准确性。方法:选择食管癌或肺癌患者已配准的CBCT和定位CT70例,随机选取其中60例作为训练集,... 详细信息

目的:采用循环对抗生成网络算法建立胸部锥形束CT(CBCT)校正模型,探讨该模型用于提升CBCT质量的可行性,评估校正的CBCT(CCBCT)用于剂量计算的准确性。方法:选择食管癌或肺癌患者已配准的CBCT和定位CT70例,随机选取其中60例作为训练集,用来训练循环对抗生成网络,生成CBCT的校正模型。剩余10例作为测试集,对CBCT、CCBCT和定位CT之间的CT值平均绝对误差、峰值信噪比、归一化互相关进行统计学分析。将原调强计划(CTPlan)移植到CCBCT上,生成CCBCTPlan,以CTPlan剂量分布为参考,对CCBCTPlan进行三维剂量γ分析。结果:CBCT经校正后散射伪影显著减少,CT值平均绝对误差降低了52.74%±6.47%,峰值信噪比和归一化互相关分别提高了7.95%±3.56%和1.68%±3.38%,差异均有统计学意义(t=18.47、-7.31、-6.77,P剂量平均γ通过率分别为99.16%±0.34%、98.01%±0.72%、93.95%±1.62%。结论:基于循环对抗生成网络构建的CBCT影像校正模型用于提升CBCT影像质量是可行的,经校正的胸部CBCT可用于放疗剂量计算,为CBCT用于自适应放疗剂量计算奠定基础。

关键词：循环对抗生成网络锥形束CT 影像校正剂量计算自适应放疗

SuperMC在硼中子俘获治疗剂量计算中的初步应用

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中国医学物理学杂志 2023年第11期40卷 1321-1326页

作者：祝璞吴斌何鹏中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所安徽合肥230031 安徽中科超安科技有限公司安徽合肥230038

目的:为进一步拓展国产自主蒙卡核模拟软件系统(SuperMC)在肿瘤治疗领域内作为剂量计算核心的应用,发展一套基于CT模型的硼中子俘获治疗(BNCT)剂量计算流程,实现由CT和MRI影像到SuperMC计算文件的转换。方法:通过CT和MRI文件融合及肿瘤... 详细信息

目的:为进一步拓展国产自主蒙卡核模拟软件系统(SuperMC)在肿瘤治疗领域内作为剂量计算核心的应用,发展一套基于CT模型的硼中子俘获治疗(BNCT)剂量计算流程,实现由CT和MRI影像到SuperMC计算文件的转换。方法:通过CT和MRI文件融合及肿瘤区域勾画建立高精度的蒙卡粒子输运计算模型,在设置血硼浓度和照射源项之后,开展粒子输运计算,从而得到4种生物剂量的空间分布。然后,使用BNCT领域内的国际基准题Synder模型进行校验,最后采用1例脑胶质瘤临床案例作为典型应用。结果:对于Synder模型,基于3σ原则,SuperMC计算结果与MCNP结果一致。对于CT模型,成功构建一个空间分辨率为0.06 cm×0.06 cm×0.30 cm的头部模型,且计算结果表明在肿瘤区域,硼生物剂量明显高于其他剂量的贡献。结论:SuperMC适用于BNCT剂量计算,特别是可开展基于高分辨率的CT模型的剂量计算。

关键词：硼中子俘获治疗剂量计算 SuperMC Synder模型

基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法的准确性验证

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中国医学物理学杂志 2023年第9期40卷 1075-1082页

作者：吕昂徐子皓孙光耀赵云郑华庆贾婧蒋洁琼中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230031 中子科学国际研究院山东青岛266199 中科超精(南京)科技有限公司江苏南京210044 中科超精(安徽)先进技术研究院有限公司安徽合肥230031

目的:验证基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法的准确性以及临床可行性。方法:以调强放射治疗计划系统软件KylinRay-TPSe为平台,分别根据中华人民共和国医药行业标准YY 0775、YY/T 0889以及部分临床例题对基于GPU加速的筒串卷积剂量计算... 详细信息

目的:验证基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法的准确性以及临床可行性。方法:以调强放射治疗计划系统软件KylinRay-TPSe为平台,分别根据中华人民共和国医药行业标准YY 0775、YY/T 0889以及部分临床例题对基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法进行测试。在YY 0775标准测试中,对特定照射几何条件下水模体中规定计算点的剂量进行计算并与剂量参考值进行比较。在YY/T 0889标准测试中,对调强计划中固体水模体上特定位置的点剂量和面剂量进行计算并与实验测量得到的剂量值进行比较。在临床例题测试中,采用头颈部、胸腹部、盆腔部肿瘤临床病例各5例,从Pinnacle^(3)计划系统中导出患者的治疗计划信息并导入到KylinRay-TPSe中,通过调用基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法对患者体内的剂量分布进行计算,提取计算结果中靶区和危及器官的剂量学参数,与Pinnacle^(3)的计算结果进行t检验,并比较等中心面的2Dγ通过率和3Dγ通过率。结果:基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法满足YY 0775标准和YY/T 0889标准的准确性要求。在临床例题测试中,计划靶区和危及器官中的各项剂量学参数与Pinnacle^(3)计算结果的差异均无统计学意义(P>0.05),所有例题等中心面的2Dγ通过率均在95.1%以上,3Dγ通过率均在95.0%以上。结论:基于GPU加速的筒串卷积剂量计算算法具有较高的准确性,满足临床使用的要求。

关键词：筒串卷积治疗计划系统光子放疗剂量计算

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基于模拟退火剂量计算模型的自动匹配算法

东北大学学报（自然科学版） 2013年第6期34卷 778-781页

作者：王玉王宏潘晓光东北大学中荷生物医学与信息工程学院辽宁沈阳110819 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110819

基于模拟退火优化算法,提出了一种点核卷积叠加剂量计算模型参数的自动匹配算法.模拟退火优化算法具有可以达到全局最优的优势,但模拟退火优化的随机性是不可控的.针对此问题,基于点核叠加剂量计算原理采用了定向约束模型能谱参数的方法... 详细信息

基于模拟退火优化算法,提出了一种点核卷积叠加剂量计算模型参数的自动匹配算法.模拟退火优化算法具有可以达到全局最优的优势,但模拟退火优化的随机性是不可控的.针对此问题,基于点核叠加剂量计算原理采用了定向约束模型能谱参数的方法,使得优化过程的迭代效率及稳定性大大提高.为了减少迭代次数,采用了BeamNRC软件模拟出加速器较好的初始能谱参数.通过临床实际加速器设备数据进行试验,结果表明,利用模拟退火优化算法进行模型参数的自动匹配的方法在保证临床精度要求的前提下,优化时间基本上控制在1.6h左右,在临床上是完全可以接受的,甚至针对一些加速器较好的能谱初始值,优化时间比国际上同类产品的优化时间还要短.模型参数的自动匹配功能也大大降低了软件对操作人员业务能力的依赖,增加了产品的安全性,降低了产品的维护成本.

关键词：模拟退火点核卷积叠加剂量计算自动匹配

基于R2S方法的反应堆结构材料活化剂量计算研究

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核动力工程 2021年第5期42卷 103-109页

作者：苑旭东马辉强陈珍平郭树伟谢金森杨超于涛南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 湖南省数字化反应堆工程技术研究中心湖南衡阳421001

反应堆结构材料在堆芯中子辐照下由于中子活化反应而产生大量的放射性核素,其衰变光子是反应堆停堆检修、换料、退役过程中工作人员职业照射剂量的重要来源。本文基于严格两步法(R2S),研究了反应堆结构材料栅元活化计算方法,并基于蒙卡... 详细信息

反应堆结构材料在堆芯中子辐照下由于中子活化反应而产生大量的放射性核素,其衰变光子是反应堆停堆检修、换料、退役过程中工作人员职业照射剂量的重要来源。本文基于严格两步法(R2S),研究了反应堆结构材料栅元活化计算方法,并基于蒙卡粒子输运程序(MCNP)与点活化计算程序(ORIGEN)建立了反应堆结构材料活化剂量计算软件(MOCA)。通过开发功能接口与数据接口程序实现输运程序与活化计算程序的自动耦合,进而实现“中子输运-活化分析-剂量计算”全自动耦合分析。利用M5包壳活化计算模型、不锈钢活化计算模型和NUREG/CR-6115压水堆模型对MOCA进行基准验证,证明了MOCA的正确性与可靠性。

关键词：结构材料严格两步法活化计算剂量计算

CT图像的体元大小对EGSnrc蒙特卡罗剂量计算的影响

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核技术 2007年第2期30卷 143-146页

作者：吴爱东吴宜灿中国科学院等离子物理研究所合肥230031

目前的放射治疗计划系统采用经验或半经验常规剂量算法,计算得到的剂量分布不够精确,而蒙特卡罗剂量算法是一种精确的剂量计算方法,但其计算时间冗长问题最终影响临床的应用。本文基于一例病人头部电子计算机体层成像(Computer Tomograp... 详细信息

目前的放射治疗计划系统采用经验或半经验常规剂量算法,计算得到的剂量分布不够精确,而蒙特卡罗剂量算法是一种精确的剂量计算方法,但其计算时间冗长问题最终影响临床的应用。本文基于一例病人头部电子计算机体层成像(Computer Tomography,CT)数据,应用EGSnrc(Electron Gamma Shower NRC,EGSnrc)蒙特卡罗程序,研究不同体元大小对剂量分布计算精度和计算时间等的影响。

关键词：剂量计算体元 CT图像蒙特卡罗方法