剂量引导放射治疗执行剂量分布重建算法与临床模型研究

影像引导放射治疗(IGRT)加速器的电子射野影像装置（EPID）可用于获取放射治疗患者的2维与3维图像，该图像可以支持治疗计划的剂量分布设计计算。同时，EPID获取的图像反映了测量平面的剂量分布，因此可用于测量放射治疗的执行剂量分布。本研究着眼于利用实时影像信息及由EPID获取的实际执行治疗的出射剂量图像，反推计算患者体内某个平面的剂量分布的物理模型以及算法研究，并研究出临床验证和执行的新方法，从而为剂量引导放射治疗（DGRT）的开展打下坚实数理基础和提供临床规范建议。本研究尝试采用逆向算法来进行患者体内实际剂量分布的验证，包括建立EPID装置的物理剂量响应修正模型与成像剂量测量和算法研究；由EPID测量透射剂量并重建患者或体模CT图像，反卷积计算患者或体模内的执行治疗剂量分布的算法研究；以及对实际执行治疗剂量分布实时在线跟踪验证测量以及自适应修正治疗计划临床新方法、新规范的研究。

项目的研究围绕任务书的既定目标，经过近三年研究、测试、通过大量的实验充分考察了常见的非晶硅型电子射野影像装置（EPID）的剂量学特性，根据实验结果对目前医院中广泛使用的一种EPID提出了改进设计，使原来仅设计用于成像用途的影像板变成了适合临床放疗剂量验证测量和剂量系统，并提出了一系列的校准方法，保证了其用于治疗剂量验证测量的精度。在此基础上，课题组利用EPID的测量，提出了独特的去除散射影像，获取穿透剂量的方法和物理模型，结合反卷积算法，完成了模体内的治疗照射剂量重建模型建立和应用软件编写，并采用临床实际病例进行了调强放疗剂量分布的验证测试。同时，通过比较实际放疗患者体内的三维剂量重建验证与传统的二维模体验证实验结果，发现了传统模体测量验证的通过率评估存在明显的缺陷与风险，提出了全新的结合患者解剖图像的三维在线体积剂量验证方法，为临床治疗的质量保证提供了真正具有临床评估价值的验证方式，建立了全新的三维解剖剂量验证的规范应用方法和工具。并且结合课题的临床研究结果，提出了根据鼻咽癌调强放射治疗过程中患者解剖结构的变化导致的治疗剂量分布的改变，有必要适时进行计划修改的自适应放疗的建议和规范。研究的相关成果在国内外相关专业学术期刊发表论文10多篇，并在多个大型国际和全国学术会议进行了报道和推广应用，取得了良好的成绩，超额地完成了课题的任务。具体完成的工作主要有：.1.　研究实验非晶硅电子射野影像装置(EPID)的剂量线性响应特性，包括建成厚度与测量距离等工作条件范围，并建立治疗射线束的能量和脉冲重复频率等影响的修正方法。.2.　通过电离室与EPID在不同模体条件下的实验测量，拟合建立EPID测量的响应信号与被测量平面的绝对剂量的关系函数和转换模型。.3. 利用EPID射野影像获得体模或患者的穿透剂量。.4．利用反投影算法和体模（或患者）的CT图像与密度信息，由EPID测量的剂量图像重建模体或患者体内剂量分布。.5. EPID三维剂量验证的临床应用研究。.6.放射治疗三维剂量验证规范的建立与推广。.7. 完成放射治疗剂量验证技术与临床质量保证方面学术论文。.8. 人材培养。