輻射場分析介紹(共5頁)

1、腫瘤內(nèi)碘-125放射性微粒輻射(fsh)場圖象分析蘭州醫(yī)學(xué)院第一(dy)附屬醫(yī)院 陳大安放射性微粒插植療法(lio f)是惡性腫瘤近距離治療的主要方法之一。基于CT、MR、超聲等三維影像學(xué)圖像資料的治療計劃、計劃質(zhì)量的評估、治療計劃的術(shù)后檢驗，是三個重要環(huán)節(jié)。確保TPS計劃質(zhì)量，使靶區(qū)域內(nèi)劑量分布均勻、放射性微粒的空間定位較為合理、治療更有效而對周圍正常組織不損傷或輕微損傷，這是近距離放射治療的劑量優(yōu)化問題。治療劑量優(yōu)化的目標是，使求解的劑量分布滿足臨床要求：在PTV表面產(chǎn)生均勻劑量；限制PTV以內(nèi)超高劑量范圍；在PTV以外達到較為陡峭的劑量跌落。為教學(xué)、科研的需要，結(jié)合臨床實踐，應(yīng)用計算機三

2、維圖象重建技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像分析技術(shù)，筆者設(shè)計開發(fā)了腫瘤內(nèi)輻射場圖象分析系統(tǒng)軟件。該分析軟件具有計劃（含模板計劃）編輯功能，并設(shè)計了計劃質(zhì)量評估、術(shù)后檢驗、分析若干功能，以下就計劃評估和圖象分析的相關(guān)內(nèi)容作介紹。一、放射源輻射場的解析模型1介質(zhì)中點源近距離輻射強度徑向遞減規(guī)律與熟知的平方反比律有一定差異，這種差異是因為介質(zhì)中物質(zhì)對輻射線的吸收和散射作用，通常用比例因子Sr=介質(zhì)中吸收劑量/空氣中吸收劑量來表示，早期應(yīng)用的解析模型有：徑向距離r擬合多項式（Meisberger）和蒙特卡羅解析式(Montecalo)等。圖1 點源模型產(chǎn)生的輻射圖（徑向距離r擬合的三次多項式Sr =a0a1.ra2.r

3、2a3.r3 ，蒙特卡羅解析式Dr=Sre r，其中Sr=1+a.(.r)b稱為建成系數(shù)，系數(shù)a0a4、常數(shù)a、b、都取決于介質(zhì)和放射源的種類以及射線能量）。右面（圖1）是由點源模型產(chǎn)生的輻射圖。2用于治療的放射源是線狀源，它的幾何結(jié)構(gòu)和包裝材料等多種因素都影響其輻射場分布，按照AAPM Task Group 43推薦新的劑量公式為：Dose Rate(r,q) = Sk L g(r ) F(r,q) G(r,q) / G(r0,q0)。公式中Sk是空氣比釋動能強度，各廠商的Sk數(shù)據(jù)略有差異；L是輻射量吸收劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，L與介質(zhì)平均密度相關(guān)；其它校正因子是r和q的函數(shù)，r是測試點到線狀源的軸線

4、的垂直距離，q是測試點與線狀源的軸兩端的張角，g(r )是中垂線上“介質(zhì)中吸收劑量/空氣中吸收劑量”比例函數(shù)，用r的高次多項式表示；F(r,q)是線狀源各向異性函數(shù)，是對不同方向吸收劑量分布差異的校正；G(r,q)/G(r0,q0)是線狀源的幾何校正因子，它與比值q / r 成正比。圖2輻射自顯影圖中垂線上的灰度比筆者實驗(shyn)觀測用于治療(zhlio)的碘-125輻射源在幾種(j zhn)介質(zhì)中輻射自顯影圖，用中垂線上的灰度比值代表“介質(zhì)中吸收劑量”與“空氣中吸收劑量”的比值，在r4.5厘米范圍內(nèi)，由灰度比值數(shù)據(jù)得到擬合多項式曲線與文獻中試驗曲線基本一致（圖2）。圖3 線狀源的輻射圖呈

5、現(xiàn)軸向凹陷的蘋果狀分布線狀源的輻射自顯影圖呈現(xiàn)軸向凹陷(oxin)的蘋果狀分布(fnb)（圖3左）。按照(nzho)線狀源劑量公式由該軟件產(chǎn)生的輻射圖（圖3右）與自顯影圖基本一致。二 、多顆放射源的劑量分布在密度均勻分布的介質(zhì)內(nèi)，多源群體輻射的吸收劑量為各單個放射源吸收劑量的總和：Dj =n Dij 。（圖4）是由軟件產(chǎn)生的多源輻射圖。 圖4 多顆放射源的輻射圖三、植入治療計劃質(zhì)量評估和圖象分析TPS計劃質(zhì)量評估包括： 1周邊劑量分布曲線與有關(guān)參數(shù)（圖5）。圖5周邊劑量分布曲線圖6靶區(qū)內(nèi)斷層劑量偽彩色圖圖7 中位剖線灰度分布直方圖周邊(zhu bin)劑量分布(fnb)直方圖、劑量均數(shù)與標準差

6、，可以(ky)用來評估各斷層靶區(qū)邊沿劑量分布的均勻性。該軟件能夠在計劃的優(yōu)化處理增刪粒子操作時，隨即給出周邊劑量分布圖形和數(shù)據(jù)。周邊外1厘米劑量分布曲線，用以查看靶區(qū)邊沿外1厘米處劑量分布情況，劑量均數(shù)與周邊外1厘米劑量平均跌落率，可以作為減少靶區(qū)外組織輻射損傷的安全性指標；2靶區(qū)內(nèi)斷層劑量偽彩色圖（圖6），以及斷層靶區(qū)劑量參數(shù)。其中斷層影像與偽彩色劑量融合圖，給出靶區(qū)劑量分布與斷層影像的對比效果，便于更加直觀地進行評估和分析；3劑量圖剖線上的灰度分布直方圖，直觀地分析劑量變化（圖7）； 4興趣區(qū)（ROI）劑量，等劑量線、面和有關(guān)參數(shù)。提供醫(yī)師對感興趣區(qū)進行分析的參考依據(jù)；5各斷層靶區(qū)劑量頻度

7、統(tǒng)計直方圖，分析靶區(qū)劑量分布范圍；6劑量積分(微分)體積覆蓋率DVD(DDVH)直方圖和有關(guān)參數(shù)，提供D90、D100、D120、D150等參數(shù),分析處方劑量對靶區(qū)體積的覆蓋情況； 總計劃靶區(qū)PTV內(nèi)劑量頻度統(tǒng)計直方圖、FWHM測算，是由DDVH微分數(shù)據(jù)給出統(tǒng)計結(jié)果，其中FWHM是劑量峰值半高寬度，劑量峰值的位置和FWHM數(shù)值，用來分析PTV內(nèi)劑量的均勻性和計量區(qū)域，通常FWHM值小一些，則均勻性較為好一些。 治療(zhlio)計劃(jhu)的術(shù)后檢驗分為兩步：1重建粒子三維分布(fnb)。a基于術(shù)后正、側(cè)位X平片，粒子投影線正交點重建；b基于術(shù)后3mm CT斷層圖重建；c 靶區(qū)外誤植入粒子檢出（標記）；2對比分析。a重新應(yīng)用8項質(zhì)量評估方法，作術(shù)后TPS計劃質(zhì)量評估；b在PTV內(nèi)30%處方劑量區(qū)域檢出、需補充植入粒子位置標記；由于碘-125放射性種植源在機體內(nèi)各器官的吸收劑量國內(nèi)尚未有標準刻度，本分析軟件給出的劑量數(shù)據(jù)只供參考，借此在植入治療實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，開拓應(yīng)用范圍，達到不斷改善治療效果的目的。內(nèi)容總結(jié)（1）腫瘤內(nèi)碘-125放射性微粒輻射場圖象分析蘭州醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 陳大安放射性微粒插植療法是惡性腫瘤近距離治療的主要方法之