三维光学CT法测量放疗三维剂量分布的理论及技术研究

放射治疗已发展到三维适型和调强阶段，加速器照的射野呈三维形状剂量呈空间分布。需要验证的剂量不仅具有三维分布而且随时间变化，为保护病人避免受到不正确照射，必须采用新的剂量验证技术来保证病人受到的照射剂量与处方剂量一致。本课题提出采用化学剂量计凝胶模体固定放疗剂量并用三维光学CT读出的方法来验证三维剂量分布。.研究的第一步是把三维动态剂量分布固定成为三维静态信息，即：研制组织等效性好的辐射敏感的半透明化学剂量计凝胶模体。凝胶模体中含有Fe2+，经辐照后产生辐射效应，Fe2+变为Fe3+，从而改变颜色，即存储固定了空间剂量的分布。.研究第二步是读出已经固定的剂量分布信息，即：研究用于读出剂量分布的三维光学CT。通过对凝胶模体进行锥束扫描，获取颜色分布对应的剂量分布，并对CT伪像进行校正，获得剂量分布，绘制等剂量图以表达放疗剂量的三维分布，从而完成剂量三维验证的任务。

摘要：本课题研究了三维光学CT方法读出凝胶化学剂量计的方法，研制了组织等效的凝胶化学剂量计，建立了三维光学CT成像平台，实现了三维数据读出及重建，并研究了抑制伪像的处理方法。化学凝胶剂量计方面：研究组织等效的辐射敏感的凝胶化学剂量计，具有散射型、半透明等特点。实现了辐照剂量沉积在凝胶化学剂量计中，从而改变了凝胶化学剂量计的光学传输特性。凝胶化学剂量计主要采用辐射聚合物原理，初步制订了聚合物凝胶化学剂量计的制备方法，研制了化学性能稳定的化学凝胶剂量计模体，并用于放疗的三维剂量测量实验。.三维光学 CT平台术采用可见波段的光线，LED光源发出可见光，经过滤片后穿过水箱以及半透明凝胶化学剂量计模体，光线被散射衰减，出射水箱后在CCD相机上形成携带物体信息的投影数据，经三维重建后得到样品的断层图像。这就代表了放疗计划中的剂量信息和剂量分布，可以绘制等剂量曲线以及剂量分布的梯度信息。.三维光学CT成像系统易受散射、折射、反射以及外界杂散光影响，三维光学CT系统的噪声水平较高，会导致采集到的CT投影数据质量恶化，经滤波反投影重建后，CT图像的噪声水平较高，并带有明显伪像。针对三维光学CT成像中的投影数据质量恶化的问题，重点开展伪像校正和噪声抑制研究。设计从空白样品出发，研究基于空白样品刻度的方法，提高投影数据的信噪比，校正重建图像中的各类伪像；同时，相较滤波反投影重建算法，近年来迅速发展的迭代重建算法，在噪声抑制方面具有优势，研究采用迭代重建算法对三维光学CT数据进行重建。