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《南方医科大学》 2008年
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基于等效均匀剂量的目标函数及蒙特卡罗法卷积核的实现

朱琳  
【摘要】: 放射治疗是治疗癌症的三大主要手段之一,约有60%-70%的肿瘤病人需要进行放射治疗。从经典的三维适形放射治疗技术发展到现在的调强放射治疗技术是放射肿瘤学史上的一次重大变革。调强放疗计划不同于传统的放疗计划,它是逆向计划过程。即:首先由临床医生提出数字化的临床目标,然后由计划系统优化参数,使治疗计划的结果最接近期望的临床目标。鉴于实际问题的复杂性,调强放射治疗的优势还远没有在临床应用中完全发挥出来,尚有许多急需解决的问题。目标函数的构建和蒙特卡罗方法卷积核的获取,是调强放疗计划系统中的关键技术。 目标函数是优化和评价一个治疗计划的重要目标,它不仅是输出剂量与输入射线参数之间的纽带,它更能反映出一个治疗计划的优劣。物理目标函数是目前应用最广泛的,但它不能反映出剂量不均匀性对实际照射效果的影响;等效均匀剂量目标函数的出现,在一定程度上弥补了这个缺陷。 本文从等效均匀剂量提出的背景入手,介绍等效均匀剂量发展和推演的过程,并从数理角度对等效均匀剂量进行浅析。为了说明它的应用效果,在其他条件不变的情况下,用等效均匀剂量目标函数和剂量目标函数优化同样的治疗计划。结果表明等效均匀剂量的目标函数可以取得更均匀的剂量分布,更有效地保护危险器官和正常组织,且算法收敛速度更快。等效均匀剂量中参数的取值是它在应用过程中的一个难点,本文运用实例分析了参数取值对优化结果的影响。等效均匀剂量具有严格的生物学背景,它在一定程度上可以模拟出人体组织器官的剂量效应、反映出肿瘤控制率的大小,因此它可以看作是物理目标函数到生物目标函数的过渡。 剂量计算是放疗计划中的核心和灵魂。调强放疗的发展使得不规则野剂量的准确计算成为迫切的需要,目前不规则野剂量计算的经典方法是三维卷积法,即:剂量由比释总能函数和能量沉积核卷积得到。 获取能量沉积核的方法有直接实验测量法、高斯函数逼近法、解卷积法和蒙特卡罗方法。其中蒙特卡罗法是获取能量沉积核最为精确的方法。本文的另一个主要研究工作是基于EGS的蒙特卡罗法卷积核的获取。本文的第四至五章阐述了卷积核的含义及其常见获取方法,概述了蒙特卡罗方法思想。目前蒙特卡罗法由于巨大的时间消耗还不能应用于临床的剂量计算,但是用蒙特卡罗法获取卷积核等同于在均匀媒质中、微小的单元面积下,用蒙特卡罗法进行剂量计算,这无疑是可行的。在简单介绍EGS开发包的基础上,本文用它获取了能量沉积核,并将这个核与解卷积法得到的笔射束核应用于同样的病例,分析二者差异,结果发现,采用蒙特卡罗法的卷积核,靶区内剂量分布的不均匀性远远超过用解卷积法获取的笔射束核。 本文的最后对工作中的遗留问题进行了总结,并对今后的工作进行了展望。
【学位授予单位】:南方医科大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:R730.55

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【参考文献】
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