后装治疗模拟计划系统设计和验证的初步研究

摘要

宫颈癌是妇女最多见的恶性肿瘤，居我国妇科恶性肿瘤之首，体外放疗和腔内后装治疗相结合是宫颈癌的主要治疗方法。在后装治疗宫颈癌的众多研究中，治疗计划系统的开发设计是基础和关键。本研究根据国内二维后装系统的现状，探讨基于CT图像的可视化后装治疗模拟计划系统的设计和验证。 本文首先系统回顾近年来后装治疗研究的主要进展，包括以下几方面：①国内外后装治疗系统的现状和发展趋势；②放射源的优劣筛选和基本剂量学参数，如剂量率常数∧、径向剂量函数g(r)、各向异性函数F(r，θ)和放射源外二维剂量分布D(r，θ)测试方法的变迁；③基于CT、MRI、PET等影像技术的三维后装系统对治疗精度的改进；三维剂量分布及体内剂量监测方法的进展；④改善靶区和正常组织受照剂量的方法措施，包括IMRT与后装治疗相配合在宫颈癌治疗中的作用和意义。 目前，国内开展放射治疗的绝大部分医院都使用高剂量率192Ir后装治疗机，其计划系统几乎都是基于普通X光片的二维系统，没有三维剂量计算、显示，剂量分布与组织和器官相互分离，缺乏可供准确、直观评判的手段。二维系统在计划设计过程中，难以根据肿瘤的大小、形状及与施源器的相邻关系设计出满足个体化需要的放疗计划，与体外放疗系统如CT-模拟定位、三维适形放疗、调强放疗系统相互脱节，容易导致病人在整个放疗过程中出现靶区遗漏和剂量热点。开发基于CT图像的可视化后装治疗模计划系统，与体外放疗相结合，改善靶区和正常组织的剂量分布，减少放疗副作用，提高疗效，具有重要的价值。 放射源的剂量刻度和基本剂量参数的准确测量是后装治疗模拟计划系统的基础，本文第三章详细讨论了用电离室进行剂量刻度的步骤方法和热释光剂量仪及胶片剂量仪的测量原理，重点是利用国产LiF微型热释光剂量计、PTWVeriSoft2.11胶片剂量仪和GAFChromicEBT型自显影胶片测定本系统所用的192Ir放射源的基本剂量参数。随后，第四章介绍了开发后装治疗模拟计划系统所涉及的技术平台如CT-Sim和二维后装TPS等在研究中的作用，概述了后装治疗模拟计划系统的主要功能模块、编程涉及的主要计算公式、图像处理基础知识和主要程序流程图，然后，展示用VisualC++程序设计语言和Matlab6.5工具软件开发的基于CT图像的后装治疗模拟计划系统界面，并以宫颈癌为例进行模拟计划设计。该系统界面类似于Word的下拉菜单和相应的快捷工具栏，以人机交互方式进行操作，系统程序编译完成后独立于开发平台，能在Windows环境下运行。从程序运行的情况表明，该系统能在实际病例CT图像上模拟典型后装放疗计划设计，可在任意横断面、冠状面、矢状面上显示出后装治疗剂量分布与组织器官的相互关系，能计算出图像上鼠标所指向的任何一点的剂量值和任意两点间的距离，并能进行放大和缩小显示。 系统开发完成后，第5章用微型热释光剂量计和仿真人体盆腔模型对本研究所开发的系统剂量计算的准确性和可靠性进行了验证。具体方法是：首先测定国产JR1152-F型微型氟化锂热释光剂量计(LiF，1mm×1mm×6mm)用于192Ir剂量测量的升温程序、剂量线性响应范围和重复性，并对TLD元件及热释光剂量仪(FJ427-A1)进行剂量刻度。然后，把仿真人体盆腔模型分成6段，每一层面关键器官上设置若干φ1mm×6mm的测试孔，该模型在GELightSpeed16CT上扫描后，图像经网络传输至本研究开发的后装治疗模拟计划系统上进行模拟计划设计，给予A点剂量200cGy/次，计算出各CT层面上等剂量线分布和各测试点的剂量值，再把TLD元件放入仿真人体盆腔模型测试孔内，用microSelectronHDR后装治疗机按模拟计划设计进行腔内后装照射，用热释光剂量仪对受照后的TLD元件进行测量。重复照射和测量五次，对每一测量点剔除最大和最小测量读数，其余3次读数取算术平均值作为该点实验测量值，比较系统给出的计算值和实验测量值的相对偏差，结果：A点±6.3％、B点±5.1％、F点±5.2％、膀胱中心±4.8％、直肠中心5.3％、骼外淋巴结±7.7％、骼总淋巴结±6.6％和卵巢±7.2％。初步实验说明，本研究开发的基于CT图像的后装治疗模拟计划系统剂量计算准确可靠，突破了二维后装计划系统与体外放疗系统之间的技术壁垒，将内外放疗计划系统有机地融为一体，充分利用各系统的功能，克服了现有二维后装系统的缺陷，为后装治疗计划设计提供了准确直观的评价措施，也为三维外照射计划系统提供了有价值的剂量参考。 最后，在第六章对全文进行了总结，对研究中的遗留问题进行了说明，也对将来的研究工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第二章后装治疗研究进展

第3章放射源基本参数测量

第4章后装治疗模拟系统设计

第5章后装治疗模拟计划系统验证

第6章总结与展望

攻读硕士学位期间成果

致谢

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