放射治疗计划中光子束剂量计算及可视化技术的研究

发布时间：2020-07-07 19:10

【摘要】： 放射治疗是目前恶性肿瘤治疗的主要手段之一,放射治疗计划系统作为放射治疗开展的重要一环,特别是剂量计算及其可视化技术,对精确放射治疗的实现和新型放射治疗技术的发展具有重要的意义。随着相关学科的快速发展和放射治疗技术的不断革新,放射治疗计划系统已成为放射治疗领域中的研究热点之一。本文深入研究了光子束剂量计算及其可视化以及与之密切相关的图像分割技术,并在Visual C++平台上开发了一套光子束剂量计算与可视化软件系统,功能包括数据库管理、DICOM图像浏览、图像分割与三维重建、剂量计算及可视化等部分。 图像分割是三维重建和剂量计算及可视化的基础,本文对Live Wire智能分割算法的思想和原理进行了深入研究,对该算法中的代价函数进行了改进。实验结果表明改进后的算法可以更加有效地提取感兴趣组织的边界。 剂量计算是放射治疗计划系统的核心,本文对放射治疗计划中的光子束剂量计算方法进行了深入研究。主要研究了collapsed cone光子束卷积剂量计算算法的原理与技术,在Visual C++平台上开发实现了collapsed cone光子束剂量计算的快速算法。为了验证该剂量计算方法的准确性,本文使用EGSnrc/DOSXYZnrc蒙特卡罗程序,在相同条件下进行模拟计算,并加以分析比较。实验结果表明,本文研究开发的collapsed cone卷积剂量计算算法快速、准确、有效。 剂量可视化是剂量计算的重要评估手段之一,本文研究了以Marching Cubes算法为代表的三维等剂量面绘制算法和以网格追踪法为代表的二维等剂量线绘制算法,并在Visual C++平台上加以实现。实验结果表明,通过面片削减和平滑,Marching Cubes算法重建出的三维等剂量面效果好,计算速度快;网格追踪法算法能够处理等剂量线在边界处不连续的情况,迅速准确地追踪等值线;它们能够分别满足三维和二维剂量可视化的需求。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R730.55;TP391.41
【图文】：

体模图[3]。手工计算的剂量分布只能分层显示，而且由于没有合适的评估工具，察等剂量线与靶区和重要器官间的关系。20世界80年代末、90年代初随着计算机速发展，使放射治疗计划系统从二维(2D)发展到三维(3D)，具备良好的可视性，图1.1所示为Elekta公司的Precise三维放射治疗计划系统界面。

具有代表性的算法有光线跟踪算法(Ray Tracing)、光线投射算法(Ray Casting)等，其思想是根据光线穿过三维数据场时被吸收、散射的情况，计算各数据点的光照强度，最终将各数据点的信息投影到二维平面上，形成具有三维信息的图像，因此体重建算法计算量很大，计算速度比较慢，对计算机硬件的要求很高，难以满足实时绘制和交互的要求，不过，随着计算机硬件的迅速发展，体重建算法应用将越来越广泛。

情况的误差不能超过一定范围，一般在 5%以内。剂量计算的准确性是衡量放射性能的重要指标。把剂量计算的结果用二维或三维图形在计算机中显示，能直观划的合理性，经过反复的修正和完善，最终获得可应用于临床的治疗方案，图 计划系统中计算得到的剂量分布结果示例图（分别用剂量伪彩和等剂量线来表示

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本文编号：2745500