放疗计划系统DeepPlan光子放疗剂量计算的临床可行性验证

目的:评估DeepPlan放疗计划系统患者计划剂量计算的准确性和临床应用的可行性。方法:剂量算法准确性评估主要是针对YY 0775号和YY/T 0889号报告中的例题内容进行测量验证。临床病例验证是基于Pinnacle计划系统设计的前列腺肿瘤患者9例、胸部肿瘤患者13例和头颈部肿瘤患者5例,试验将各病例原计划优化的子野等信息直接导入DeepPlan进行重新剂量计算,比较不同计划系统得到的靶区和危及器官剂量分布,并用PTW VeriSoft软件对两组计算结果进行全空间剂量γ分析。结果:DeepPlan光子剂量算法通过了剂量计算准确性验证,YY 0775号报告中所有测试例题误差均在2%以内。YY/T 0889号报告中所有患者计划的γ通过率均在96.8%以上,复合野的γ通过率平均值为98.1%。在病例验证中,前列腺肿瘤病例的等中心层面2D γ通过率平均值为97.6%,3D γ通过率平均值为96.9%。胸部肿瘤病例的等中心层面2D γ通过率平均值为98.7%,3D γ通过率平均值为98.3%。头颈部肿瘤病例的中间层面2D γ通过率为98.6%,3D γ通过率平均值为98.8%。结论:通过模体实际测量和临床病例测试,验证了DeepPlan光子放疗剂量计算的准确性和临床应用的可行性。     

DeepPlan系统中快速直接子野优化在临床中的应用研究

目的 通过与Pinnacle计划系统在临床静态调强放疗（intensity modulated radiation therapy,IMRT）病例上的对比,研究自主研发的DeepPlan计划系统的快速直接子野优化模块的临床应用性能。方法 选取安徽省肿瘤医院25例肿瘤患者资料（其中6例头颈部、10例胸部和9例盆腔）,分别使用DeepPlan和Pinnacle制定静态调强放疗计划,比较两个计划系统优化后的靶区适形度和均匀性、机器跳数、子野数的差异,并针对宫颈癌病例比较剂量学参数差异。结果 两个系统中所有病例均满足临床剂量要求,DeepPlan的平均优化时间为86 s,平均剂量计算时间为8.36 s。与Pinnacle相比,DeepPlan优化出的放疗计划具有更小的机器跳数、更多的子野和更大的靶区适形度指数（conformity index,CI）,差异具有统计学意义（t=-3.208、2.912、2.875,P<0.05）;靶区均匀性指数（homogeneity index,HI）的差异无统计学意义（P>0.05）。在宫颈癌病例中,DeepPlan优化后的膀胱V₄₀低于Pinnacle （t=-5.498,P<0.05）,小肠V₂₀高于Pinnacle （t=2.581,P<0.05）。结论 DeepPlan通过图形处理器（graphics processing unit,GPU）加速能够在较短时间内完成直接子野优化,得到满足临床要求的静态调强放疗计划。与Pinnacle相比,DeepPlan系统有更好的靶区适形度和更小的机器跳数,但子野数更多,对宫颈癌病例中膀胱的保护略好,对小肠的保护略差。     

基于VirtualDose模拟不同CT扫描方案的儿童眼晶体剂量

目的:比较分析不同CT扫描情况下眼晶体剂量,探讨减少CT检查中儿童眼晶体剂量的方法。方法 :利用Virtual DoseTMCT软件计算CT检查时眼晶体剂量,模拟不同CT机、不同体模、不同扫描参数(螺距、管电压、毫安秒、射束准直宽度)对儿童眼晶体剂量的影响。结果:不同厂商型号的CT装置其剂量输出特性不同导致儿童眼晶体剂量有一定差异,眼晶体剂量随CT扫描的管电压的增加而增大,同时也受到准直器宽度变化的影响;另外,眼晶体剂量与CT扫描的毫安秒成正比,与螺距大小成反比;儿童受检者的年龄对眼晶体剂量影响很小。结论:利用Virtual Dose模拟结果其对儿童眼晶体剂量变化规律与相关报道相符,可根据相关实验数据简单评估儿童颅脑CT眼晶体剂量。多种因素综合影响CT检查检查者的眼晶体剂量,合理选择扫描参数和扫描范围对减少儿童眼晶体剂量有重要意义。     

基于剂量预测和自动勾画技术的PET/CT器官内照射剂量率快速评估方法

目的：实现一种基于深度学习的剂量预测和自动勾画技术的正电子发射断层成像（PET）/CT检查器官内照射剂量率的快速评估方法。方法：首先基于患者特定时刻的PET/CT图像,使用蒙特卡罗程序GATE进行内照射剂量率计算,获得每个患者的剂量率分布图。随后,基于U-Net构建深度神经网络,将患者的CT和PET图像作为输入,GATE计算的剂量率图作为金标准进行训练。训练后的深度学习模型能够根据患者的CT和PET图像预测对应的剂量率分布。同时,使用勾画软件DeepViewer对患者CT图像中的器官和组织进行自动勾画,结合预测得到的剂量率分布结果计算相应器官和组织的吸收剂量率。使用50名患者的PET/CT数据,其中10份用于测试,其余40份进行4折交叉训练,每次使用30份用于训练,10份用于验证。将测试集结果与GATE和GPU蒙特卡罗工具ARCHER-NM进行对比。结果：在自动勾画软件DeepViewer勾画的24个器官中,绝大部分器官的深度学习预测剂量率与GATE计算结果偏差在±10%以内。其中大脑、心脏、肝脏、左肺、右肺的平均偏差分别为3.3%、1.1%、1.0%、-1.1%、0.0%,与GATE...     

基于放射性药物18F-AV45的PET-CT图像的脑组织内照射吸收剂量蒙特卡罗计算

目的:计算放射性药物18F-AV45在人体头部时,头部及其各组织和器官的吸收剂量。方法:采集5名患者的PET-CT图像,首先利用蒙特卡罗软件GATE计算头部区域单位衰变数的吸收剂量,然后利用生物动力学模型计算出头部区域的累积衰变数并求得头部吸收剂量,最后分割头部CT图像各组织和器官并计算其吸收剂量。结果:5名患者头部单位衰变数的吸收剂量分别为4.29×10-6、4.48×10-6、4.39×10-6、4.49×10-6、4.29×10-6 mGy/（MBq[?s）,蒙特卡罗模拟平均统计误差为2.6％,头部累积的吸收剂量分别为0.39、0.59、1.17、1.01、0.71 mGy,计算了4号患者头部的12个组织和器官的平均吸收剂量。结论:实现了放射性药物18F-AV45在人体头部时,头部及各组织和器官的吸收剂量的计算。     

基于直接反投影图像重建算法的放疗计划计算方法

立体定向放射治疗的剂量累积过程和二维CT图像重建中的直接反投影过程是类似的.本文提出一种用图像描述放射治疗计划的方法,并利用直接反投影图像的重建算法进行放射治疗计划设计. 计算机仿真实验的结果证明了该方法的可行性.     

VirtulDose:一个新的计算CT扫描所致器官剂量的软件工具

随着多排螺旋CT的广泛应用,CT扫描所产生的辐射风险已引起广泛关注。准确评价CT扫描所致受检者的辐射剂量,是尽可能降低CT辐射风险、实现辐射防护最优化的前提。VirtualDose是一款可以准确快速计算CT扫描所致受检者器官剂量与有效剂量的应用软件。VirtualDose拥有基于25种体素化人体模型计算结果的庞大器官剂量数据库,与现有的其他CT剂量计算软件相比,计算结果更为准确。     

基于蒙特卡罗和CT数据体素模型的双能X射线吸收法腰椎骨密度成像参数优化

目的 研究双能X射线吸收法（DXA）腰椎成像过程并优化成像参数,为提高双能X射线骨密度仪的成像质量提供理论依据。方法 采用蒙特卡罗方法,构建基于计算机断层扫描数据（CT）的体素模型,利用模拟产生的高低能X射线能谱,分别照射体素模型腰椎部位得到骨密度图像,计算每幅图像的品质因数（FOM）。根据FOM大小优化高低能管电压组合、过滤铜片厚度以及入射粒子数比值。结果 FOM在管电压组合为75与200 kVp达到最低值1.59×10^-2。当过滤铜片厚度由0 mm增加至3 mm时,FOM数值从6.30×10^-2下降到1.87×10^-2,且下降趋势逐渐变缓。随着低能与高能的入射粒子数比从1∶3增加到19∶1,FOM先降低后升高,在3∶1时达到最低值1.40×10^-2。结论 低能管电压为70~85 kVp,高能管电压为160~200 kVp,产生高能能谱时额外添加过滤铜片厚度0.3 mm,入射粒子数比值（低能/高能）为1~5时,能在获得较好的DXA腰椎图像质量的同时使患者受到较小的辐射剂量。     

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