基于蒙特卡罗方法的脑转移瘤术中放疗施照器设计及剂量学评估

目的 设计适用脑转移瘤术中放疗的施照器并评估其剂量学特征。方法 施照器设计首先通过模拟计算电子束经过一系列不同厚度散射箔后的散射角和剂量率,确定散射箔厚度;其次,建立散射箔位于不同高度的位置评估模型,通过计算模型表面平均能量方差,确定散射箔位置;最后,建立调节层几何结构特征与施照器表面剂量之间的关系,确定调制器的内表面特征。使用蒙特卡罗（MC）EGSnrc/BEAMnrc和EGS4/DOSXYZ程序完成Mobetron加速器、位置评估模型、调节层、施照器建模和剂量学分析。结果 半球囊状施照器的限光筒直径为2.5 cm、筒壁厚0.5 cm,材料为0.2 cm厚水等效材料加0.3 cm厚不锈钢;散射箔厚度0.14 cm,材料为金属钨,位置高度为0.5 cm;调制器为月牙形,材料为水等效材料。该施照器能够使Mobetron 12 MeV的电子束产生半球面剂量分布,剂量率为160 cGy/min,治疗深度为0.85 cm。结论 采用MC模拟设计的适用于高能电子束的半球囊状施照器,能产生半球面剂量分布。     

1.5 T MR加速器临床剂量调试

目的:介绍1.5 T MR加速器的临床剂量调试方法和结果。方法:中国医学科学院肿瘤医院于2019年5月安装1台医科达Unity型1.5 T MR加速器,使用磁场兼容测量设备对其进行剂量调试。调试项目包括绝对剂量校准、数据采集和计划系统模型验证。结果:磁场下绝对剂量校准需要使用磁场修正因子修正,参考条件下的绝对剂量为87...     

基于IAEA 483号报告的小野射野输出因子测量及修正方法

目的 IAEA 483号报告阐述了最新的小野剂量学方法,本研究应用报告中的射野输出因子测量及修正方法,提高不同探测器小野输出因子测量结果的准确性和一致性。方法 分别使用IBA公司的 CC13电离室、 CC01电离室、PFD半导体探测器、EFD半导体探测器和Razor半导体探测器测量Varian Edge加速器6 MVX射线射野面积从0.6 cm×0.6 cm到10 cm×10 cm的射野输出因子,使用射野输出修正因子对测量结果进行修正。结果 与修正后数据相比,由于电离室主要受到体积平均效应和注量扰动的影响,造成测量结果偏低,在0.6 cm×0.6 cm时偏低4.70%;有屏蔽半导体主要受到注量扰动的影响,造成测量结果偏高,在0.6 cm×0.6 cm时偏高4.80%;无屏蔽半导体主要受到能量响应和注量扰动的影响,造成射野>0.8 cm×0.8 cm时测量结果偏低,在1.5 cm×1.5 cm时偏低2.10%,射野<0.8 cm×0.8 cm时测量结果偏高,在0.6 cm×0.6 cm时偏高1.10%。修正前不同类型探测器测的测量结果差异较大,平均标准差为0.016 6。经过修正后各探测器之间的差异明显减小,平均标准差为0.006 6。结论 对于电离室、半导体等探测器,在测量小野射野输出因子时可以通过射野输出修正因子进行修正,从而提高测量结果的准确性和一致性。     

术中放疗辅助对中系统方案设计及验证

本文提出了一种术中放疗辅助对中系统设计方案,并通过模型仿真验证其可行性。该辅助对中系统由测量链和数显单元组成。其中,测量链采用多关节连杆结构,用于建立治疗限光筒和术中放疗机的空间位置关系;数显单元利用单片机采集测量链各关节处角度传感器的数值,进而通过求解方程运算得到实现对中操作所需的机头运动参数,供操作人员参考。模型仿真表明,测量链可实现对治疗限光筒的柔性跟随,其采用的多关节连杆结构设计方案可用于指导实验样机的机械本体研制。基于Denavit-Hartenberg方法建立的机头运动参数解算方程可准确解算出实现对中操作所需的机头运动参数,可用于指导实验样机的软件设计。     

使用蒙特卡罗模拟方法设计乳腺癌术中放疗的鼓形施照器

目的 使用蒙特卡罗方法优化设计专用于乳腺癌术中放疗的鼓形施照器。方法 设计过程:首先,依据贴近胸壁的乳腺癌术中放疗瘤床形状特征,确定施照器形状;其次,通过模拟计算电子束经过一系列不同厚度散射箔后的散射角和剂量率,确定散射箔厚度;最后,根据调制器位置几何结构特征,最后,建立调节层模型,参考调节层与施照器表面剂量之间的关系,确定调制器的内表面特征。使用EGSnrc/BEAMnrc和EGS4/DOSXYZ程序完成Mobetron加速器、调节层、施照器建模和剂量学分析。结果 施照器有上下两部分、上部分为限光筒,直径3cm、筒壁厚0.5cm,材料为0.2cm厚水等效材料加0.3cm厚不锈钢;散射箔直径2.2cm、厚度0.13cm,材料为金属钨。施照器下部分是封闭的鼓形,直径4cm、厚度0.2cm,材料为水等效材料;调制器为山丘形,最厚处0.14cm,材料为不锈钢。当电子束能量12MeV时施照器外面的剂量分布呈鼓形,剂量率为90.44 cGy/min,治疗深度为1cm。结论 设计的施照器符合设计要求,并能产生鼓形剂量分布。     

闪速放射治疗(FLASH)技术对机房屏蔽设计带来的挑战

与常规放疗技术相比, FLASH治疗技术在保护正常组织方面具有优势, 但剂量率提升100倍以上。如果按照现有标准对机房进行屏蔽设计, 将显著提升改造成本, 且仍有可能无法满足标准要求, 导致FLASH治疗技术无法开展。通过调研国内外标准及文献, 分析了FLASH治疗技术对机房屏蔽设计带来的挑战, 并着重对比了不同国家在放疗机房屏蔽设计时采用的剂量率控制标准。部分国家屏蔽设计时采用考虑实际治疗工况下的平均剂量率;我国主要采用考虑居留因子条件下的瞬时剂量率方法进行控制。如果在我国开展FLASH治疗技术, 瞬时剂量率的要求将很难满足。为了提高FLASH等高剂量率放射治疗技术, 在管理目标限值不变的前提下, 建议考虑对现有标准进行修订, 采用一定时间内的平均剂量率限值进行控制, 或增加FLASH治疗条件下的控制标准。     

Pinnacle计划系统脚本在医用直线加速器碰撞防护中的应用

目的:探讨在放疗计划设计阶段使用Pinnacle计划系统脚本程序，实现医用直线加速器旋转治疗时的碰撞检测功能，提高放疗计划设计的可执行性，保证治疗安全。方法:根据C型臂加速器的治疗机头、病人CT图像和治疗床的几何结构信息，确定机架旋转过程中距离治疗中心的最小安全距离。在Pinnacle计划系统中设计脚本程序，根据当前放疗计划射野治疗中心的位置，模拟生成加速器机头旋转过程中临界安全位置的运动轨迹，并以辅助感兴趣区（ROI）的形式导入计划系统，在计划系统的CT和ROI的叠加影像上判断加速器机头与治疗床、病人是否存在碰撞风险。结果:脚本程序可根据当前病人摆位、治疗中心位置等计划设置参数，自动生成辅助ROI结构并导回计划系统，在CT图像的横断面上辅助ROI轨迹为圆形结构。计划设计时，只需一次鼠标点击，即可快速（约2 s）生成辅助ROI。在CT与ROI的叠加图像上可以逐层清楚直观地判断当前计划参数是否存在碰撞风险，避免计划实际执行时才发现会碰撞。结论:在Pinnacle 计划系统上实现加速器机头的碰撞检测具有临床可行性，使用本方法在计划设计阶段可及时判断放疗计划是否存在碰撞风险，避免重复计划延误治疗时间，保证治疗安全。     

快速锥形束CT成像模式研究

目的 评价快速锥形束CT (CBCT)扫描模式对图像质量和配准结果的影响,并以此为基础建立适合快速CBCT的扫描预设。方法 分别使用常规和两种快速扫描模式在CBCT模体上进行检测,定量评价不同扫描模式下的配准精度和图像质量;随后使用33例临床肿瘤患者278组CBCT数据进一步验证不同扫描模式在临床环境下测量结果的相关性和一致性。结果 模体3种扫描模式测量结果与标准值最大偏差0.70mm (平均偏差0.51mm),同一部位各扫描模式间的测量结果一致(偏差0.00mm);常规模式的均匀度结果最好(平均值为3.62%),快速1模式次之(平均值为3.90%),快速2模式最低(平均值为4.84%);常规模式的噪声结果最好(平均值15.69),快速2模式次之(平均值17.23),快速1模式结果(平均值21.74)最低;3种扫描模式的高对比度分辨率测量结果一致(至少可以分辨3个线对);快速1模式的低对比度分辨率结果最好(1.69),常规模式次之(2.10),快速2模式结果最低(2.31);3种扫描模式的几何精度测量结果与标准值的最大偏差基本一致(平均偏差0.05mm)。临床病例常规和快速1扫描模式测量结果的相关性最好(R²>0.90,P<0.01),测量结果具有一致性(95%一致性限度均<1mm界值)。结论 快速1扫描模式拥有与常规模式接近图像质量和一致的配准结果,而且拥有更快的扫描速度、更低的扫描剂量,故推荐使用快速1扫描模式作为临床扫描方式。     

基于菊花链射野输出因子测量方法

目的 针对响应随射野面积变化的探测器,应用基于菊花链(Daisy-Chaining)的射野输出因子测量方法,提高测量结果的准确性。方法 分别使用IBA CC13电离室、IBA CC01电离室、IBA Razor半导体探测器、IBA EFD半导体探测器和Gafchromic EBT3胶片测量Varian Edge加速器 6 MV X线的射野输出因子。结果 同Razor和CC13衔接的菊花链测量结果相比,常规测量方法使用CC13测量小野时结果偏小,在射野1 cm×1 cm时偏差达到16.71%。使用CC01测量大野时结果偏大,在射野40 cm×40 cm时偏差达到8.39%。使用Razor测量大野时结果偏大,在射野40 cm×40 cm时偏差达到9.40%。EFD的测量结果与Razor结果接近,在射野40 cm×40 cm时偏差为9.14%。使用胶片测量1 cm×1 cm以上的射野时,与菊花链测量结果接近,偏差在1.60%以内,在射野1 cm×1 cm时偏差则达到3.13%。选择射野3 cm×3 cm或4 cm×4 cm作为中间野的菊花链测量结果一致,最大偏差0.29%。结论 对于响应随射野面积变化的探测器可通过菊花链的方法来扩大测量范围,提高测量结果的准确性。     

MRI模拟定位机的选型安装和验收测试

MRI模拟定位机(MRI-Sim)为放疗提供更优的图像。由于MRI技术的复杂性和强磁场带来的安全问题,开展MRI模拟定位较CT模拟定位复杂。为顺利引进MRI-Sim这一新设备,本文对其从选型到验收测试进行阐述,包括主机和配套设备选择,安装场地准备及安全注意事项,和MRI-Sim验收测试等方面内容。