调强放射治疗体内剂量在线监测和三维重建技术的研究

Whether to develop the the precise "dose-guided radiation therapy (DGRT)" technique or in vivo quality assurance of the patients, how to acquire the actual radiation dose of the patient is the key problem that is needed to be solved,. The works of phantom dose verification based on EPID (electronic portal imaging device) on IMRT had been accomplished in the previous study. The critical techniques of the dose in vivo monitoring and three dimension restruction will be studied based on the previous work. The three techniques problem will be solved, including: 1) In vivo monitoring radiation dose of the patient using EPID; 2) Reverse calculation of the actual exposure fields with the measurement results; 3)The three-dimensional reconstruction dose of the patient based on the online CT scanning and the actual fields. The research could provide the important dosimety proof for the accurate implementation of the therapeutic prescription dose and the individualized quality assurance of the patient.

不论是开展精确的"剂量引导放射治疗（DGRT）"技术，还是基于患者的在线质量保证，如何获取患者体内的真实受照剂量是必需解决的关键问题。在前期研究中，完成了基于电子射野影像装置（EPID）进行调强放射治疗（IMRT）二维剂量验证的工作。在此基础上拟研究体内受照剂量在线监测和三维重建这一关键技术。具体解决以下三个技术难题：1）基于EPID进行患者的在线剂量监测；2）通过患者出射线剂量反推计算实际照射野；3）基于在线CT扫描图像和照射野，三维重建体内实际照射剂量。该研究将为准确执行治疗的处方剂量以及患者的个体化质量保证提供重要的剂量依据。

调强治疗的剂量验证是放射治疗临床质量保证的重要措施之一。相比较目前普遍采用的治疗前均匀模体的二维剂量验证方法，实现在体三维剂量验证是未来放射治疗质量保证的主要发展方向。在本项目中，我们基于电子射野影像装置（EPID）进行了调强治疗剂量验证的相关研究，完成了以下的研究内容： 1）基于EPID实现在线剂量监测，通过反卷积计算模型实现射野图像到射野通量的转换；2）通过卷积结合高斯函数的计算模型实现快速的调强治疗平面剂量验证；3）采用筒串卷积剂量计算模型，使用图形处理器（GPU）计算技术建立了快速三维剂量重建模型；基于EPID获取的射野通量实现了调强治疗快速三维剂量验证。4）采用迭代计算方法实现了在体监测的“射野通量”的反推计算模型。项目的研究成果是将为进一步实现放射治疗实时在体三维剂量验证提供坚实基础，对保证患者的放射治疗临床质量有重要的意义。