基于蒙特卡罗模拟CyberKnife剂量校准与验证的研究

发布时间：2017-10-16 23:13

  本文关键词：基于蒙特卡罗模拟CyberKnife剂量校准与验证的研究

  更多相关文章： CyberKnife 蒙特卡罗 剂量校准 剂量验证 Gamma分析

【摘要】：CyberKnife系统采用小射野对患者肿瘤进行立体定向放射治疗,考虑到小射野易形成射线束电子不平衡状态以及探测器介质及其体积的影响,会带来临床剂量测量、计算及评估的困难。本研究通过实施CyberKnife系统精确地蒙特卡罗模拟,拟建立一套第三方系统模型,以探讨实现临床非标准参考条件下剂量校准和特定患者计划的剂量验证可能。本研究利用BEAMnrc与DOSXYZnrc软件平台,通过模拟实际CyberKnife治疗机头的物理结构,并与射线测量数据(PDDs、OARs、射野输出因子等)的比对,以确定束流参数,从而实施非标准参考条件下剂量标定的研究。选取30例患者治疗计划(其中头部、肺部及肝部肿瘤各10例),相同的射野参数条件下运用治疗计划系统(TPS)中射线追踪算法、蒙特卡罗算法以及开发的BEAM蒙特卡罗模拟算法分别计算出其三维剂量分布,采用Gamma分析方法(3mm/3%)定量评估不同算法之间计算精度的差异性,进而探讨建立基于蒙特卡罗算法模拟(第三方软件)患者计划的剂量验证方法。通过确立束流的平均能量和强度分布半高宽值,蒙卡模拟束流模型与射线束测量数据(PDDs及OARs)比较,均在可接受的偏差范围内(全局90%以上的点误差在2%以内),从而建立了12个准直器(5-60mm)的较为理想蒙卡束流模型,并实现了非标准参考条件下剂量标定工作。对三种算法的剂量计算精度实施了定量评估,Gamma分析结果表明：BEAM蒙卡模拟与TPS蒙卡算法在30例患者治疗计划中均保持了较高的通过率(头部84.882±9.666%,肝部98.830±1.049%,肺部98.263±1.867%)；而BEAM蒙卡模拟与TPS射线追踪算法在头部、腹部肿瘤患者计划中通过率较高(头部95.933±3.120%,肝部99.836±0.334%),但在肺部肿瘤患者治疗计划中剂量体积直方图上剂量偏差较为明显,从而两者Gamma通过率相差较大(51.263士38.964%)。因此,基于蒙特卡罗算法模拟(第三方软件工具)实施CyberKnife系统患者计划剂量验证的方法是可行的。本课题研究建立的CyberKnife系统蒙特卡罗模拟算法将可作为第三方软件的基准工具,在非标准射野剂量校准和患者计划剂量验证中发挥重要的作用。
【关键词】：CyberKnife 蒙特卡罗 剂量校准 剂量验证 Gamma分析
【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R730.55
【目录】：

• 英文缩略词表6-7
• 中文摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 前言11-19
• 1 课题研究背景11-16
• 1.1 放射治疗11-12
• 1.2 CyberKnife系统12-13
• 1.3 蒙特卡罗算法13-14
• 1.4 剂量评估方法14-16
• 2 国内外研究现状16-17
• 2.1 国外研究现状16
• 2.2 国内研究现状16-17
• 3 课题研究内容17-18
• 4 本文组织结构18-19
• 第二章 CyberKnife束流模型的建立19-38
• 2.1 基于BEAMnrc建立CyberKnife机头模型20-23
• 2.2 基于DOSXYZnrc建立模体模型23-25
• 2.3 射线束流参数的确定25-30
• 2.3.1 粒子源26-27
• 2.3.2 束流平均能量E27-28
• 2.3.3 束流强度分布半高宽(FWHM)28-29
• 2.3.4 射线质(Beam Quality)29
• 2.3.5 射野输出因子(OF)29-30
• 2.4 剂量校准与标定30-34
• 2.4.1 剂量校准30-33
• 2.4.2 剂量标定33-34
• 2.5 讨论34-37
• 2.5.1 DICOM图像处理34-35
• 2.5.2 相空间平面35
• 2.5.3 模拟粒子数的选取35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 实际治疗计划的模拟及评估38-57
• 3.1 单射野的模拟与评估39-40
• 3.2 简单模体计划的模拟与评估40-41
• 3.3 患者治疗计划的模拟与评估41-55
• 3.3.1 头部患者治疗计划的模拟与评估42-47
• 3.3.2 腹部患者治疗计划的模拟与评估47-51
• 3.3.3 胸部患者治疗计划的模拟与评估51-55
• 3.4 讨论55-56
• 3.4.1 CT HU值-相对电子密度校准曲线55
• 3.4.2 治疗计划信息55-56
• 3.4.3 TPS蒙卡模型的建立56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 总结与展望57-59
• 4.1 工作总结57
• 4.2 不足之处57-58
• 4.3 未来展望58-59
• 参考文献59-63
• 文献综述63-68
• 参考文献66-68
• 附录68-76
• 附录1 BEAM组件68-72
• 附录2 BEAM粒子源72-74
• 附录3 材料属性74-76
• 基金资助76-77
• 攻读学位期间发表文章情况77-78
• 致谢78

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本文编号：1045445