基于蒙卡的放疗剂量验证软件的设计与实现

发布时间：2020-11-16 10:34

　　 随着放射治疗技术的发展,放射治疗已经进入精确放疗时代。以IMRT治疗技术为代表的现代放疗技术由于技术比较复杂并且剂量梯度大,对放疗计划的剂量验证提出了更高的要求。目前临床较常用的剂量验证方式主要是通过点剂量仪或者二维剂量仪矩阵对特定点、或者特定面测量之后进行验证,由于验证的对象往往是特定模体,而不是患者本身,验证结果不够直观且剂量评价方式受到了很大的限制。本课题使用蒙特卡罗方法结合患者的CT解剖结构图像,完成了对患者体内的剂量分布进行验证的软件。本文对软件系统基础组件选型、功能组成及构建关键技术进行了讨论,最后对软件系统研发过程中的项目管理经验进行了总结。首先对系统的基础组件选型进行了介绍,包括使用QT来进行用户界面绘制,使用VTK实现医学图像的显示及其他基本操作,使用DCMTK对计划系统导出的DICOM文件以及患者CT图像文件进行解析,这些都是开源且对开源协议对商业使用友好的第三方开发库。本文对放疗领域广泛使用的DICOM标准及DICOM RT扩展进行了介绍,并且对DICOM文件格式进行了分析。接下来本文说明了系统的功能组成和系统设计方案,软件通过解析患者相关数据并结合加速器机械信息以及剂量学信息生成供蒙特卡罗算法使用的参数文件,调用算法计算生成患者体内三维剂量分布,最后对生成的计算剂量分布与计划剂量分布进行比较。提供的比较手段包括患者体内三维剂量分布直观地显示、等剂量曲线对比、DVH曲线对比以及Gamma分析。之后,本文就系统构建过程中使用的关键技术进行了说明,包括使用匿名管道技术实现用户界面主进程与算法逻辑子进程的实时交互、三维剂量分布在患者CT层上的伪彩显示、等剂量曲线的提取以及显示、DVH计算算法以及Gamma分析方法算法。最后本文总结了软件项目实施过程中与项目管理相关的经验,主要是敏捷开发方法在软件项目过程中的应用,这为以后敏捷开发方法的有效实践积累了经验。
【学位单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：R730.55
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 引言
    1.1 蒙特卡罗与放疗剂量验证
        1.1.1 蒙特卡罗方法简述
        1.1.2 放射剂量验证技术简述
        1.1.3 蒙特卡罗剂量计算与放射剂量验证
    1.2 本课题的意义
    1.3 完成本课题需要的主要工作
    1.4 论文的组织结构
    1.5 本章小结
第2章 相关第三方开发库介绍
    2.1 QT简述
        2.1.1 跨平台特性
        2.1.2 丰富的UI组件
        2.1.3 信号 /槽机制
    2.2 VTK简述
        2.2.1 VTK核心模型介绍
        2.2.2 VTK对QT的支持
    2.3 DICOM文件与DCMTK简述
        2.3.1 DICOM文件说明
        2.3.2 DICOM RT对象说明
        2.3.3 DCMTK开发库
    2.4 本章小结
第3章 需求分析和系统设计
    3.1 软件系统组成
    3.2 软件详细需求说明
        3.2.1 功能性需求
        3.2.2 非功能性需求
    3.3 软件系统设计
        3.3.1 软件处理流程
        3.3.2 数据结构设计
        3.3.3 界面布局设计
    3.4 本章小结
第4章 系统构建关键技术研究
    4.1 匿名管道实现子进程输入输出重定向
    4.2 三维剂量分布显示
    4.3 等剂量曲线显示
    4.4 DVH计算算法
        4.4.1 DVH计算算法描述
        4.4.2 体素与ROI Contour关系判断
    4.5 Gamma分析算法
    4.6 系统运行与验证
    4.7 本章小结
第5章 软件研发项目管理
    5.1 本章引论
    5.2 研发人员构成
    5.3 软件研发过程管理
        5.3.1 CMM/CMMI简述
        5.3.2 敏捷开发方法
        5.3.3 敏捷方法在本课题项目管理中的应用
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 研究总结
    6.2 需要进一步展开的工作
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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本文编号：2886060