三维近距离放射治疗计划系统的研究与开发

摘要

近距离放射治疗已有上百年的历史了。近年来，由于计算机的应用和新放射性核素的发现，它已成为治疗肿瘤的非常重要的方法之一。三维近距离放射治疗计划系统作为近距离放疗的一个工具已愈来愈被放射医生所接受。它的出现使医生从经验估计和手工计算中解放出来，提高了照射计划的准确和高效，同时也提供了一个计划评估的手段，大大提高了近距离放疗的治疗效果。 我们根据近距离放射治疗临床的要求，研究并开发了基于CT/MRI的三维近距离放射治疗计划系统。区别于外照射治疗计划系统，它为医生提供了具有三维动态剂量分布显示的交互式布源系统；其中包括独特的模板库支持、精确快速的剂量分布计算及实时显示和完备的计划评估预警系统等。此外，该系统还实现了从数据采集到配准、分割、二维图像处理、三维重建、计划报告输出等一系列功能，并提供了友好的图形用户接口(GUI)。 本系统在多个方面作了改进和创新：改进了主轴配准算法，提出了先加窗求方差最小再主轴配准的方法；提出并实现了粒子布置模板库的管理和使用，提供了基于模板的自动匹配粒子布置；建立了一个交互式很强的并同时显示二维三维剂量分布的粒子布置子系统；实现了二维等剂量曲线的实时计算并显示，三维等剂量曲面的伪彩显示；提出了一个新的计划评估指标：加权吸收指数η，可以对剂量进行控制和预警；最后构造了粒子布置模型，提出了基于Hopfield模型的能量函数，实现了完全自动的粒子布置算法，速度和效果俱佳。 本系统已作为静安中心医院PACS系统的一部分通过了专家组的鉴定，鉴定专家对该系统作了充分的肯定。同时该系统在华山医院正处于试用阶段，效果显著，受到好评。

目录

文摘

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第一章 绪论

§1.1近距离放射治疗概况

§1.2近距离放射治疗计划系统概况

§1.3本文结构安排

第二章 近距离放射治疗物理学基础

§2.1近距离放射治疗的物理原理

§2.2近距离放射治疗的剂量计算

§2.2.1平方反比定律

§2.2.2剂量率效应

§2.2.3吸收剂量率以及积分吸收剂量计算举例

§2.2.4经过一定时间衰变放射源活度计算举例

第三章 近距离放射治疗生物学基础

§3.1近距离放射治疗的生物学原理

§3.2时间-剂量因子与相对生物效应

第四章 三维近距离放射治疗计划系统（3D Brachytherapy Treatment Planning System）

§4.1三维近距离放射治疗计划系统体系结构

§4.2数据的获取与DICOM3.0标准

§4.3二维序列图像处理

§4.3.1序列图像的配准

§4.3.2序列图像的分割

§4.3.3图像的滤波

§4.4三维重建

§4.4.1三维重建方法介绍

§4.4.2基于三角面片的插值三维重建算法

§4.4.3粒子布置的三维虚拟显示

§4.5等剂量曲线(面)算法

§4.5.1等剂量曲线(二维)

§4.5.2等剂量曲面(三维)

§4.6放射治疗系统的模板构建与自动匹配

§4.7计划评估和预警系统

§4.8小结

第五章 基于神经网络的三维布粒优化算法研究

§5.1人工神经网络概述

§5.2基于Hopfield模型的自动布粒算法研究

§5.2.1剂量分布的简约模型

§5.2.2能量函数和Hopfield模型

§5.2.3剂量分布优化算法和实验结果及讨论

§5.3小结

第六章 结论

§6.1论文回顾

§6.2改进与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参予的项目：