基于CT机器人伽玛刀治疗计划系统的剂量计算和运动规划

论文摘要

立体定向放射外科是由瑞典Leksell于1951年提出的一种治疗肿瘤的新学科,指用立体定向法标定靶点位置,再用高能射线集中照射,破坏该部组织而达到治疗目的。由于放射源使用伽玛射线源而且它产生的破坏灶边界剂量下降很快,有如刀割,因此又称伽玛刀, 本课题是为杭州华源伽玛医疗设备投资有限公司研制的CT机器人伽玛刀治疗计划系统的软件,本文主要涉及放射剂量计算模型的建立、快速剂量计算及治疗计划评估的研究等工作。 本文开展的研究工作和取得的成果如下: 1.论述了国内外伽玛刀的发展简史和历史情况,概括出伽玛刀的特点和国内外伽玛刀的应用概况,介绍了CT机器人伽玛刀的结构和治疗计划系统,从而引出本文的研究内容和意义。 2.介绍了一些常规的剂量计算模型,论述了有限元法模拟剂量场分布的方法,最后结合实际情况,给出CT机器人伽玛刀治疗计划系统剂量计算的方法。 3.提出了一种基于三维区域生长算法的剂量快速搜索算法,将图像分割领域中的区域生长算法扩展到三维空间,并应用于剂量计算区域的快速搜索中。从计算机模拟结果来看,该算法能大大提高了剂量计算的速度。 4.介绍了一些治疗计划评估的手段:等剂量曲线,等剂量曲面,剂量体积直方图以及它们的求取方法。 5.分析了CT机器人伽玛刀TPS坐标系与数控系统各个坐标轴的关系,并描述了数控系统各个轴的运动轨迹。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 伽玛刀发展历史与现状
• 1.2 伽玛刀的特点
• 1.3 CT机器人伽玛刀结构
• 1.4 CT机器人伽玛刀治疗计划系统
• 1.4.1 CT机器人伽玛刀治疗计划系统的特点
• 1.4.2 TPS系统组成
• 1.5 本文研究的内容与意义
• 1.5.1 本文研究的内容
• 1.5.2 TPS剂量计算研究的意义
• 1.6 本章小结
• 第二章 CT机器人伽玛刀剂量计算模型
• 2.1 CT机器人伽玛刀放射源结构
• 2.2 剂量计算模型
• 2.2.1 规则射野剂量计算模型
• 2.2.2 不规则野剂量计算模型
• 2.3 有限元法模拟单源剂量场分布
• 2.4 CT机器人伽玛刀剂量计算方法
• 2.4.1 钻源的运动方法及剂量计算方法的实现
• 2.4.2 单源的衰减性
• 2.4.3 单源的OAR离轴比
• 2.4.4 TMR最大组织比
• 2.4.5 单源的计算方法
• 2.4.6 多源的计算方法
• 2.4.7 钴源旋转后剂量的计算方法
• 2.4.8 靶点剂量计算方法
• 2.4.9 照射时间的计算
• 2.5 伽玛射线体内入射深度的计算
• 2.5.1 人体体表数据的处理
• 2.5.2 射线与体表的相交算法
• 2.5.3 直线与轮廓多边形交点计算
• 2.5.4 病灶深度的计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 剂量场的快速搜索计算
• 3.1 三维区域生长算法的基本原理
• 3.2 基于三维区域生长算法的剂量快速搜索计算
• 3.3 模拟结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 治疗计划评估
• 4.1 等剂量曲线
• 4.1.1 网格序列法抽取剂量场等值线
• 4.1.2 连续光滑等值线的生成
• 4.1.3 快速抽取剂量场等值线
• 4.2 等剂量曲面
• 4.3 剂量直方图
• 4.3.1 DVH的计算方法
• 4.3.2 剂量体积直方图与剂量表面直方图
• 4.3.3 DVH结果及评价
• 4.4 本章小结
• 第五章 CT机器人伽玛刀的运动规划
• 5.1 CT机器人伽玛刀坐标系分析
• 5.1.1 CT机器人伽玛刀运动系统坐标轴
• 5.1.2 CT机器人伽玛刀 TPS坐标轴
• 5.2 TPS坐标系与数控系统坐标系的转换
• 5.2.1 坐标系设定
• 5.2.2 数控系统各坐标轴的运动轨迹
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文