Mixed integer programming improves comprehensibility and plan quality in inverse optimization of prostate HDR-brachytherapy
当前优化前列腺HDR近距离放射治疗中的导管位置和停留时间的逆治疗规划方法使用替代线性或二次目标函数，其在剂量体积直方图（DVH）标准方面没有直接解释，不会导致最佳或具有长的求解时间。我们减少了现有的线性和二次剂量为基础的规划模型（LP和QP，分别）的解决方案的时间，允许优化潜在的导管位置使用混合整数规划。通过在早期阶段停止求解器，可以获得额外的平均速率提高75%，而不会降低计划质量。对于固定的导管配置，停留时间优化模型LP在不到15秒内求解到最优，这证实了早期的结果。我们提出了一个迭代程序QP，允许规定的目标剂量作为一个间隔，同时保持解决方案的时间和剂量计算点的数量之间的独立性。这种迭代过程在速度上与LP模型相当，并且产生比非迭代QP更好的计划。我们制定了一个新的剂量体积为基础的模型，最大限度地提高$V_{100\%}$，同时满足预设的DVH标准。该模型根据前列腺体积和导管数量在几分钟内优化了导管位置和留置时间，在35秒内优化了留置时间，并提供了比基于剂量的模型更好的DVH统计数据。解决方案表明，在现有的基于剂量的模型中，客观值和临床计划质量之间的相关性较弱。
2014-08-12 physics.med-ph
IPIP: A New Approach to Inverse Planning for HDR Brachytherapy by Directly Optimizing Dosimetric Indices
目的：高剂量率（HDR）近距离放射治疗计划的许多计划方法需要迭代方法。假设一组计算参数将给出符合剂量测定标准的剂量计划。使用这些参数计算剂量计划，并且如果不满足任何剂量学标准，则迭代该过程直到找到合适的剂量计划。本研究的目的是通过开发一种新的方法来改善HDR近距离放射治疗计划，该方法根据剂量测定标准直接优化剂量分布。方法：我们开发了用于计算HDR近距离放射治疗剂量计划的优化模型和快速启发式算法--对剂量测定进行了评价，并与剂量测定标准进行了比较。结果：IPIP计算的剂量计划在单次迭代后满足靶组织和健康组织的所有给定剂量学标准。平均目标覆盖率为95%。IPIP的平均计算时间是30.1秒，在英特尔（R）CoreTM 2双核CPU 1.67 GHz处理器与3 Gib RAM。结论：IPIP是一种直接结合剂量学标准的HDR近距离放射治疗计划系统。我们已经证明，IPIP在剂量测定和运行时间方面对于本研究中使用的前列腺病例和剂量测定标准具有临床可接受的性能。需要进一步的研究来确定IPIP是否适用于更一般的患者组和剂量测定标准，包括其他癌症部位，如妇科。
2010-11-30 physics.med-ph
RapidBrachyMCTPS 2.0: A Comprehensive and Flexible Monte Carlo-Based Treatment Planning System for Brachytherapy Applications
我们之前已经描述了RapidBrachyMCTPS，这是一种近距离放射治疗计划工具包，由图形用户界面（GUI）和基于Geant 4的Monte Carlo（MC）剂量计算引擎组成。这项工作描述了最近添加到RapidBrachyMCTPS的工具，因此它现在作为基于MC的近距离放射治疗计划的第一个独立应用程序。值得注意的变化包括更新的施源器导入和定位、三平面轮廓工具和更新的剂量优化算法，除了优化驻留位置和驻留时间外，还优化了调强近距离放射治疗中的旋转屏蔽角度。对RapidBrachyMCTPS的主要模块进行了确认，包括DICOM导入、施源器导入和定位、轮廓绘制、材料分配、源规范、导管重建、EGSphant生成、与MC代码的接口以及剂量优化和分析工具。模拟了两个患者病例以证明这些原则，说明了RapidBrachyMCTPS为治疗计划路径的所有步骤提供的控制和灵活性。RapidBrachyMCTPS现在是一个独立的应用程序，用于近距离放射治疗计划，并提供了一个用户友好的界面，以访问强大的MC计算。它可用于验证临床治疗计划系统或基于模型的剂量计算算法的剂量分布，也非常适合测试辐射源和施源器的新型组合，特别是那些用高Z材料屏蔽的辐射源和施源器。
2020-07-06 physics.med-ph
Dose distribution in water for monoenergetic photon point sources in the energy range of interest in brachytherapy: Monte Carlo simulations with PENELOPE and GEANT4
用蒙特卡罗方法计算了单能光子点源在水中的剂量学特性。在水中的剂量率已计算的能量感兴趣的近距离放射治疗，范围在10千电子伏和2兆电子伏之间。使用这两个代码与其他Monte Carlo代码计算的可用数据得到的结果进行比较。提出了一个卡方2样统计检验这些比较。PENDENT PE和GEANT 4显示了所有分析的能量和距离大于1厘米的源的合理协议。显着差异被发现在距离源高达1厘米。类似的情况也发生在PENIPPE和EGS4之间。
2006-12-05 physics.med-ph
Dosimetric equivalence of non-standard high dose rate (HDR) brachytherapy catheter patterns
目的：确定替代HDR前列腺近距离放射治疗导管模式是否可以改善剂量分布，同时提供更好的入路并减少创伤。方法：前列腺HDR近距离放射治疗使用平行针位置网格来引导导管插入。这种几何形状不容易使医生避免刺穿阴茎球附近的关键结构，也不能在耻骨弓干扰的情况下提供位置灵活性。根据10名既往接受治疗的患者的CT数据，按照三种导管模式对新导管进行数字化：圆锥形、双圆锥形和烟花形。锥形图案用于适应使用单个入口点的机器人递送。双锥形和烟花图案是专门设计的，以避免阴茎球附近的关键结构。对于每种导管分布，使用反向规划算法IPSA优化计划，并与治疗所用计划进行比较。与导管几何结构无关，计划必须满足RTOG-0321目标剂量覆盖的剂量标准。结果：优化了10例患者的30个方案。所有非标准模式符合RTOG标准，而临床计划符合。在某些情况下，通过更好地保留危险器官来改善剂量分布。结论：替代导管模式可以为医生提供额外的方法来治疗先前被认为不适合近距离放射治疗的患者（耻骨弓干扰），并促进导管插入的机器人引导。此外，替代导管模式可通过避开阴茎球附近的关键结构来降低毒性，同时仍满足RTOG标准。
2009-04-15 physics.med-ph
Dwell time modulation restrictions do not necessarily improve treatment plan quality for prostate HDR brachytherapy
间质性高剂量率（HDR）近距离放射治疗中用于驻留时间优化的逆向规划算法可能会产生导管内驻留时间变化较大的解决方案，这可能会导致不期望的选择性高剂量子体积。已经建议用限制相邻停留位置之间的停留时间差的停留时间调制限制（DTMR）来扩展优化模型以消除该问题。DTMR还可以降低对由导管重建误差和源定位不准确性引起的驻留位置的不确定性的灵敏度。本研究通过将DTMR应用于基于模板的前列腺HDR近距离放射治疗植入物来量化高剂量子体积的减少和对这些不确定性的鲁棒性。三种不同的DTMR连续应用于线性剂量-体积模型（LD）和剂量-体积模型（LDV），两者均来自文献。使用从无限制到导管内均匀停留时间的DTMR水平求解模型。使用内部开发的软件在临床病例上模拟非放射性，并在每次模拟中计算剂量-体积指标。对于高剂量子体积的评估，分析了剂量均匀性指数（DHI）和连续剂量体积直方图。通过模拟中观察到的计划靶体积（PTV）的最低$D_{90\%}$的改善来测量稳健性。对于（LD），DTMR使DHI增加30%，并使最大高剂量体积的大小减少2至5 cc。这是以PTV的$D_{90\%}$减少10%为代价的，这通常意味着它下降到低于期望的最小值100%。对于（LDV），DTMR均未改善高剂量体积测量。DTMR无法改善PTV $D_{90\%}$对两种模型驻留位置不确定性的稳健性。
2016-03-04 physics.med-ph
Ocular Brachytherapy Dosimetry for 103Pd and 125I in The Presence of Gold Nanoparticles: Monte Carlo Study
本蒙特卡罗研究的目的是评估近距离放射治疗源照射的人眼健康组织中能量沉积的变化，并与负载金纳米颗粒（GNP）的脉络膜黑色素瘤中产生的剂量增加进行比较。这些纳米粒子对正常组织的影响进行了比较103 Pd和125 I作为两个眼科近距离放射治疗源。肿瘤和健康组织中的剂量分布已被考虑到这两个提到的近距离放射治疗源。此外，在眼睛的某一点，计算了在GNP存在下正常组织的吸收剂量与在GNP不存在下相同点的吸收剂量的比率。此外，在GNP的存在下，在简单的水模型和实际模拟人眼的比较中观察到的差异也是本工作中考虑的感兴趣的问题。结果表明，计算的125 I在肿瘤中的剂量增强因子高于103 Pd。当在GNP存在下进行眼科剂量测定时，125 I与水模之间的差异比103 Pd更明显。当这些纳米颗粒被用于增强眼睛肿瘤的吸收剂量时，与103 Pd源相比，125 I近距离放射治疗源的使用将极大地放大肿瘤部位中的剂量增强因子（DEF）的量，而不会对健康器官造成太大损害。此外，在眼部近距离放射治疗的Monte-Carlo研究中，当我们使用125 I时，与考虑103 Pd时相反，更精确地定义眼模而不是水模将变得越来越重要。
2015-06-21 physics.med-ph
Knowledge-Based Three-Dimensional Dose Prediction for Tandem-And-Ovoid Brachytherapy
目的：利用卷积神经网络开发一个基于知识的体素剂量预测系统，用于使用串联卵形（T&O）施源器的高剂量率近距离放射治疗宫颈癌。研究方法：使用3D U-NET输出剂量预测，使用器官风险（OAR），高风险临床靶体积（HRCTV）和可能的源位置。使用了包括397例（273例培训：62例验证：62例测试）、HRCTV和OAR（膀胱/直肠/乙状结肠）的先前T&O治疗样本。将结构和剂量内插到1x1x2.5mm3剂量平面，具有两个输入通道（源位置、体素识别）和一个剂量输出通道。我们评估了剂量差异（ΔD）（xyz）=D_（实际）（x，y，z）-D_（预测）（x，y，z），并在所有队列中计算了临床相关剂量范围（处方的20-130%）、平均值和标准差的相似系数。我们还研究了用于T&O计划质量评估的离散DVH指标：HRCTVD_90%（最热90%体积剂量）和OARD_2cc，其中Δ Dx = Dx，实际值-Dx，预测值。临床指标的Pearson相关系数、标准差和平均量化模型性能。结果如下：所有体素的平均值（ΔD）和标准差的训练（测试）范围的20-130%剂量范围的体素剂量差异准确度为[-0.3%+/-2.0%至+1.0%+/-12.0%]（[-0.1%+/-4%至+4.0%+/-26%]）。20-130%剂量的体素骰子相似性系数范围为[0.96，0.91]（[0.94，0.87]）。在训练（测试）集中DVH…
2021-02-22 physics.med-ph
Haralick texture feature analysis for Monte Carlo dose distributions of permanent implant prostate brachytherapy
本研究利用Haralick纹理分析对137名前列腺近距离放射治疗患者的3D吸收剂量分布进行定量表征，发现其特征与前列腺内钙化体积百分比强相关，能弥补传统D90指标在空间分布表征上的不足。
2024-09-22 physics.med-ph
On the use of machine learning methods for mPSD calibration in HDR brachytherapy
目的：我们试图评估在高剂量率近距离放射治疗中使用机器学习算法进行多点塑料闪烁体探测器校准的可行性。研究方法：剂量测定系统包括一个优化的1毫米的核心mPSD和一个紧凑的组件的光电倍增管耦合分色镜和过滤器。远程控制$^{192}$ Ir源并将其发送到自制PMMA支架中的各个位置。根据TG-43建议，进行了覆盖0.5至12 cm源位移范围的剂量测量。使用线性回归模型、随机森林估计器和人工神经网络算法对个体闪烁体剂量进行解耦。使用不同的样本量和到源的距离来评估不同算法的性能，以用于mPSD系统校准。结果：解耦方法与预期TG-43剂量的偏差通常保持在20%以下。然而，对于在用于校准的相同距离范围内进行的测量，相对于TG-43形式主义预测的剂量，使用三种算法进行的剂量预测准确度在7%以内。当预测超出用于校准的距离范围时，性能随机森林会受到影响。线性回归法的剂量预测受校正条件的影响比随机森林法小，但偏差较大。用于训练目的的可用测量值的数量对随机森林和神经网络模型的影响最大。他们的准确性往往收敛到偏差值接近1%，从一些停留位置大于100。结论：在使用优化的mPSD系统执行HDR近距离放射治疗剂量测量时，ML算法是精确剂量报告和治疗评估的良好替代方案。
2020-05-01 physics.med-ph
Optimization of a multipoint plastic scintillator dosimeter for high dose rate brachytherapy
目的：本研究旨在优化和表征mPSD在HDR近距离放射治疗中的体内剂量学响应。研究方法：进行详尽的分析，以获得最佳的mPSD设计，最大限度地提高电离光子的相互作用产生的闪烁光收集。构建并测试了几个mPSD原型，以确定闪烁器相对于光电检测器的适当顺序，以及它们的长度作为发射的闪烁光的函数。闪烁体BCF-60、BCF-12和BCF-10构成mPSD敏感体，每个闪烁体对总光谱的贡献取决于低能范围内的辐照，为了获得最佳mPSD设计，进行了数值优化，以选择更好地匹配光发射轮廓的光学元件。优化的剂量系统用于HDR近距离治疗剂量确定。系统性能用信噪比和信号背景比来量化。结果如下：经确定，BCF-60应放置在远端位置，BCF-12应放置在中心，BCF-10应放置在相对于光电探测器的近端位置。这种配置允许通过收集光纤进行优化的光传输，避免闪烁体间激发和自吸收效应。优化的发光系统允许使用多光谱方法进行信号解卷积，在考虑切伦科夫茎效应的情况下提取每个元素的剂量。mPSD测量值与TG-43之间的差异保持在5%以下。在所有测量条件下，该系统能够正确区分产生的闪烁信号与背景信号。结论：一个mPSD的构建和优化的HDR近距离放射治疗剂量测定，使实时剂量测定，从192 Ir源高达6.5厘米。
2019-05-31 physics.med-ph
Update of the CLRP TG-43 parameter database for low-energy brachytherapy sources
目得：更新卡尔顿放射治疗物理实验室（CLRP）TG-43剂量测定数据库，用于低能（< 50 keV）光子发射低剂量率（LDR）近距离放射治疗源，使用开源EGSnrc应用程序egs_brachy，而不是之前用于2008 CLRP版本（CLRPv 1）中27个LDR源的BrachyDose应用程序。CLRPv 2涵盖了40种放射源（Pd-103、I-125、Cs-131）。一套全面的TG-43参数的计算，包括剂量率常数，径向剂量函数与功能拟合参数，一维和二维各向异性函数，沿远离剂量率表，初级散射分离剂量表（某些来源），和平均光子能量。该数据库还记录了将成为egs_brachy发行版一部分的源模型。方法：使用egs++几何包及其egs_brachy扩展对源几何结构进行系统性重新编码后计算数据集。在圆柱坐标系中具有不同体素分辨率的全散射水体模用于剂量计算。在egs_brachy中实现了与近距离放射治疗源重叠的体素的源体积校正的新统计不确定性，所有CLRPv 2数据都包括这些不确定性。为了验证，将数据与CLRPv 1和文献中的其他数据进行比较。数据访问/格式：数据见https://physics.carleton.ca/ clrp/egs_brachy/seed_database_v2。除了以图表方式与以前的计算结果进行比较外，每个来源的数据都以Excel（.xlsx）电子表格的形式提供。应…
2020-05-06 physics.med-ph
Automatic Treatment Planning using Reinforcement Learning for High-dose-rate Prostate Brachytherapy
Department of Medical Physics, Memorial Sloan Kettering Cancer Center（医学物理系，纪念斯隆-凯特琳癌症中心）；Department of Radiation Oncology and Winship Cancer Institute, Emory University（放射肿瘤学系和Winship癌症研究所，埃默里大学）；Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University School of Medicine（Wallace H. Coulter生物医学工程系，佐治亚理工学院和埃默里大学医学院）；Department of Biomedical Informatics, Emory University（生物医学信息学系，埃默里大学）
本研究提出基于强化学习的前列腺高剂量率近距离放射治疗自动计划方法，可在更少用针的前提下实现相当或更优的计划质量，为标准化治疗规划提供了可行方案。
2025-06-11 cs.LG physics.med-ph
Monte Carlo simulation of 192Ir radioactive source in a phantom designed for brachytherapy dosimetry and source position evaluation
在这份报告中，192 Ir源位于一个旨在测量吸收剂量和放射源位置的体模内的模拟。进行了蒙特卡罗模拟，并将结果与能够确定放射源位置的理论模型进行了比较。从模拟数据的理论模型得到了很好的拟合。结果表明，蒙特卡罗模拟允许评价源位置和吸收剂量与治疗计划的影响。
2018-11-25 physics.med-ph
Gold nanoparticles-based brachytherapy enhancement in choroidal melanoma using a full Monte Carlo modelling of human eye
采用蒙特卡罗模拟技术研究了金纳米粒子在125 I近距离治疗脉络膜黑色素瘤中的剂量增强效应。通常，蒙特卡罗眼科近距离放射治疗剂量测定是在水模体中进行的。然而，在这里，已经考虑了人眼的成分而不是水。用MCNP 5程序模拟了人眼和水的幻象。这些模拟是针对含有13个125I粒子的满载16 mm COMS眼斑进行的。在有和没有GNP的两种模型中计算了递送到肿瘤和健康组织的剂量。结果表明，植入COMS斑块的眼球中肿瘤的剂量随着靶内GNP浓度的增加而增加。因此，通过在治疗前加入GNP，减少了眼睛中肿瘤所需的照射时间。结果，当照射时间减少时，健康组织的剂量减少。此外，在GNP存在下，由水制成的眼模型和由人眼组合物制成的眼模型中的模拟数据之间的比较显示了利用眼睛的组合物进行眼科近距离放射治疗剂量测定的意义。通常，癌症患者的放射治疗旨在向肿瘤提供所需剂量，同时保留周围的健康组织。结果表明，使用GNP使我们能够克服这一挑战。此外，定义眼睛组成而不是水将导致更准确的计算GNP辐射效应在眼科近距离放射治疗剂量测定。
2015-01-13 physics.med-ph
Dosimetric performance of a multi-point plastic scintillator dosimeter as a tool for real-time source tracking in high dose rate brachytherapy
目的：介绍多点塑料闪烁探测器（mPSD）作为近距离放射治疗中体内剂量测量工具的性能。研究方法：使用先前优化的三点传感器系统进行体内HDR近距离放射治疗测量（使用BCF-60、BCF-12和BCF-10放大器）。mPSD的光检测系统由紧凑组装的光电倍增管（PMT）和分色镜和滤光片组成，以实现高灵敏度的闪烁光收集。使用NI-DAQ板以100 kHz的速率记录PMT信号。根据TG-43 U1的建议，在距离192 Ir源0.5 ~ 10 cm范围内进行了剂量测量，目的是：（1）根据角度依赖性描述系统的响应;（2）获得定位和测量不确定度对总系统不确定度的相对贡献;（3）评估系统的时间分辨率;（4）实时跟踪源位置。结果：定位不确定度占主导地位的源附近，而测量不确定度占主导地位，在更大的距离。在距离源10 cm处观察到BCF-60闪烁体的最大测量不确定度为17%。定位和测量不确定性之间的平均最佳折衷达到17.4 mm。探测器进一步表现出无角度依赖性。该系统提供了一个平均位置与标准偏差低于1.7毫米。测量和预期的源位置之间的最大观测差异为1.82毫米。剂量偏差保持在5%以下，在所有探索的测量条件。关于停留时间测量精度，在所有距离处观察到的最大偏差为0.56 s。结论：该系统的性能表明，它可以用于实时剂量，位置和驻留时间测量在HDR近距离放射治疗。
2019-10-28 physics.med-ph
A GPU-based multi-criteria optimization algorithm for HDR brachytherapy
目前在HDR近距离放射治疗计划中，需要手动微调目标函数以获得病例特异性有效计划。本研究旨在通过提出一种用于HDR前列腺近距离放射治疗的患者特定逆向计划算法：基于GPU的多标准优化（gMCO）来促进这一过程。两个基于GPU的优化引擎，包括模拟退火（gSA）和一个拟牛顿优化器（gL-BFGS）实现并行计算多个计划。通过对这两种优化引擎的等价性和计算性能的评价，选择了一种更适合gMCO算法的优化引擎。将562个先前治疗的前列腺HDR病例分为验证集（100）和测试集（462）。在验证集中，为gMCO算法确定达到最佳计划质量的帕累托最优计划的数量。在测试集中，将gMCO计划与医生批准的临床计划进行比较。在462例病例中，临床有效计划的数量为428（92.6%）例临床计划和461（99.8%）例gMCO计划。目标V100覆盖率大于95%的有效计划数量为288（62.3%）份临床计划和414（89.6%）份gMCO计划。gMCO算法生成1000个Pareto最优计划的平均规划时间为9.4 s。总之，gL-BFGS能够在短时间内计算数千个SA等效治疗计划。在gL-BFGS的支持下，为HDR前列腺近距离放射治疗实现了一种超快速和鲁棒的多标准优化算法。与医生批准的临床计划的大规模比较表明，治疗计划的质量可以得到改善，计划时间可以显着减少与建议的gMCO算法。
2019-04-02 physics.med-ph
Clinical test cases for commissioning, QA, and benchmarking of model-based dose calculation algorithms in 192Ir HDR gynecologic tandem and ring brachytherapy
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波季斯里安大学）；General Hospital of Athens Alexandra（亚历山德拉雅典综合医院）；McGill University（麦吉尔大学）；Carleton University（卡尔顿大学）；Thomas Jefferson University（托马斯杰斐逊大学）；Maastricht University Medical Centre+（马斯特里赫特大学医学中心+）
本文提出了一种用于验证模型驱动剂量计算算法的临床测试案例，通过与蒙特卡洛模拟的对比，评估了算法的性能和局限性，为放射治疗提供基准和质量保证资源。
2026-01-26 physics.med-ph
Weakly Supervised Spatial Implicit Neural Representation Learning for 3D MRI-Ultrasound Deformable Image Registration in HDR Prostate Brachytherapy
Icahn School of Medicine at Mount Sinai（西奈山伊坎医学院）；University of Nebraska Medical Center（内布拉斯加大学医学中心）
提出弱监督SINR配准框架，利用稀疏表面监督和患者特异性先验建模连续变形，在公开与机构病例上验证了准确、稳健、高效的3D MRI-US配准。
2025-03-18 cs.CV physics.med-ph
A Deep Regression Model for Seed Identification in Prostate Brachytherapy
Icahn School of Medicine at Mount Sinai（西奈山伊坎医学院）
植入后剂量测定（PID）是前列腺近距离放射治疗的一个重要步骤，它利用CT对前列腺进行成像，并使放射性种子的位置和剂量分布与实际前列腺直接相关。然而，这是一个非常具有挑战性的任务，以确定这些种子在CT图像中，由于严重的金属伪影和高度重叠的外观时，多个种子聚集在一起。本文提出了一种基于3D深度全卷积网络的自动高效算法，用于识别CT图像中的植入种子。我们的方法将种子定位任务建模为监督回归问题，该问题将输入CT图像投影到地图，其中每个元素表示相应输入体素属于种子的概率。这种深度回归模型显著抑制了图像伪影，并使后处理更容易和更可控。该方法在一个大型临床数据库上进行了验证，该数据库包含100名患者的7820个种子，其中来自70名患者的5534个种子用于模型训练和验证。我们的方法在30名测试患者中正确检测了2286个种子中的2150个（94.1%），与广泛使用的商业种子查找软件（VariSeed，Varian，Palo Alto，CA）相比，提高了16%。
2019-06-24 cs.CV eess.IV physics.med-ph
Update of the CLRP eye plaque brachytherapy database for photon-emitting sources
目的：使用egs_brachy（一种开源EGSnrc应用程序）更新和扩展卡尔顿放射治疗物理实验室（CLRP）低能量光子发射近距离放射治疗源的眼斑（EP）剂量测定数据库。之前的数据库CLRP_EPv1包含眼黑色素瘤协作研究（COMS）斑块的数据集（2008）。新的数据库CLRP EPv 2包括Pd-103、I-125和Cs-131粒子的17个斑块[8个COMS、5个Eckert & Ziegler BEBIG和4个其他代表性模型]的新计算的3D剂量分布。方法：使用egs_brachy，根据已发布/制造商的尺寸和材料数据开发菌斑模型。BEBIG板在尺寸上与COMS板相同，但在元素组成和/或密度上不同。在全散射水模型的中心模拟眼斑和种子，在以下场景中以（0.05 cm）^3体素为单位对眼睛进行评分：（i）HOMO：模拟的TG 43条件;（ii）HETERO：完全建模的眼斑和种子;（iii）HETsi（仅BEBIG）：一次一个种子处于活动状态，其他种子几何形状存在但不发射光子（非活动状态）。为了验证，将剂量与CLRP_EPv1和已发表数据的剂量进行比较。数据格式和访问：数据可在https://physics.carleton.ca/ clrp/eye_plaque_v2，http://doi.org/10.22215/clrp/EPv2上获得。数据包括3D剂量分布（基于文本的EGSnrc …
2021-02-05 physics.med-ph
Dosimetric characterization of a new 192Ir pulse dose rate brachytherapy source with the Monte Carlo simulation and thermoluminescent dosimeter
在这项研究中，AAPM TG- 43（U1）报告的建议已被遵循，以表征新的192 Ir脉冲剂量率源，由应用辐射研究学院，核科学与技术研究所在伊朗提供。根据美国医学物理学家协会AAPM和TG 43（U1）的相关报告计算剂量率常数、径向剂量函数、几何因子和各向异性函数。本研究利用蒙特卡罗模拟对192 Ir源在水模体中的特性进行了表征，并在有机玻璃（PMMA）模体中用热释光剂量计（TOX-100）进行了实验测量。192 Ir PDR的剂量率常数分别为1.131 cGyh-1U-1和1.173 cGyh-1U-1。此外，在这项研究中，几何函数，径向剂量函数g（r），和各向异性函数已计算在距离从0.1到16厘米。这些计算的剂量率常数已与实际192 Ir种子的测量值进行了比较。剂量测定参数的结果，以表格和图形格式，表现出良好的协议，从其他市售的PDR 192 Ir来源的报告。在这项研究中获得的结果是在商业上可用的192 Ir源的特性密切一致。在这项研究中获得的结果可以被视为一个初步评估，这个来源是在传统的治疗计划系统，随后的补充调查。
2021-02-11 physics.med-ph
Experimental and computational dosimetry in an integrated workflow for remote audits in Ir-192 interstitial brachytherapy: Development and pilot implementation
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波季斯特里安大学）；Alexandra General Hospital of Athens（雅典亚历山德拉综合医院）；Greek Atomic Energy Commission (EEAE)（希腊原子能委员会）；Hygeia Hospital（海吉亚医院）
本研究开发了一种集成实验和计算剂量学的远程Ir-192近距离放射治疗审计流程，通过优化工作流程提高了审计的稳健性和准确性。
2026-01-27 physics.med-ph
Adapting a 3D scanning water phantom for use in brachytherapy dosimetry
Royal Brisbane & Women’s Hospital（皇家布里斯班妇女医院）；Herston Biofabrication Institute（赫斯顿生物制造研究所）；University of Queensland（昆士兰大学）；Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）
设计低成本3D打印夹具，使PTW BeamScan水模体能精确测量近距离治疗剂量，验证TG43参数并表征复杂施源器剂量。
2026-06-23 physics.med-ph
Dosimetric investigation of 103Pd permanent breast seed implant brachytherapy based on Monte Carlo calculations
目的：使用103 Pd的永久性乳房粒子植入体（PBSI）正在成为早期乳腺癌的有效辅助放射技术。然而，临床剂量评价遵循水基TG-43方法及其相当大的近似值。为了临床采用先进的TG-186基于模型的剂量评价，本研究提出了一个全面的研究PBSI考虑目标和正常组织剂量。方法：使用免费开源蒙特卡罗（MC）代码egs_brachy，使用2种类型的虚拟患者模型进行剂量计算：TG 43 sim（模拟TG-43条件：所有水，无种子间衰减）和MCref（来自患者CT的异质组织建模，种子间衰减，植入角度的种子），共35例患者。评估剂量度量对种子方向的敏感性和腺体/脂肪组织分割的阈值。结果：在靶体积中，MCref的D90平均比TG 43 sim低14.1%。相反，MCref的正常组织剂量通常高于TG 43 sim，例如，皮肤D1cm ~ 2降低22%，肋骨Dmax降低82%，心脏D1cm ~ 3降低71%。MCref和TG 43 sim剂量之间的差异在患者队列中以及所考虑的组织和度量中有所不同。剂量对腺体/脂肪组织分割阈值敏感，目标D90差异仅为几个百分点。皮肤剂量对种子方向敏感。结论：TG-43剂量评价通常低估了关键正常器官/组织的剂量，而高估了靶剂量。MCref和TG 43 sim在患者与患者之间存在相当大的差异，这表明患者特异性MC剂量计算的临床采用是有动机的。本文提出的MCref框架为高级TG-1…
2020-12-29 physics.med-ph
Rapid treatment planning for low-dose-rate prostate brachytherapy with TP-GAN
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；BC Cancer - Vancouver Centre（不列颠哥伦比亚癌症中心温哥华中心）
低剂量率前列腺近距离放射治疗（LDR-PB）中的治疗计划旨在产生植入式放射性种子的布置，其向前列腺递送最小处方剂量，同时最小化对健康组织的毒性。可能有多种粒子排列满足该剂量测定标准，但从医生的角度来看，并非所有粒子排列都被视为植入物“可接受”。这导致计划主观于医生/中心的偏好、计划风格和专业知识。我们提出了一种方法，旨在通过训练模型来减少这种变异性，以从大量成功的回顾性LDR-PB数据（961例患者）中学习，并创建模仿高质量手动计划的一致计划。我们的模型基于条件生成对抗网络，该网络使用一种新的损失函数来惩罚种子空间约束的模型。基于模拟退火（SA）算法的可选优化器可用于在必要时（由治疗医师确定）进一步微调计划。对150个测试用例进行了性能分析，证明结果与手动史前计划的结果相当。平均而言，我们的方法覆盖100%处方剂量的临床靶体积为98.9%，而手动计划为99.4%。此外，使用我们的模型，规划时间显着减少到平均2.5分钟/计划与SA，不到3秒，没有SA。相比之下，我们中心的手动计划大约需要20分钟。
2021-03-18 cs.CV physics.med-ph
Interactive Treatment Planning in High Dose-Rate Brachytherapy for Gynecological Cancer
高剂量率近距离放射治疗（HDRBT）广泛用于妇科癌症治疗。尽管商业治疗计划系统（TPS）具有逆优化模块，但是需要若干迭代来调整计划目标以实现令人满意的计划。交互式计划修改模块可以实时修改计划并可视化结果，但它们基于简单的几何或启发式算法更新计划，这无法确保最终的计划最优性。本计画开发一个互动式的妇科肿瘤HDRBT计划最佳化模组。通过实时有效地解决优化问题，它允许用户可视化计划并交互式地修改它以提高质量。我们制定了一个优化问题的目标函数包含一个加权和的剂量到正常器官受用户指定的目标覆盖范围。开发了允许用户使用滚动条调整器官重量的用户界面。通过简单的鼠标点击，利用高效的交替方向乘数法和热启动优化策略，在几秒钟内即可解决优化问题。立即显示器官的临床相关D2cc结果。这允许用户以令人满意的质量直观地调整计划。我们测试了我们的开发在宫颈癌病例中的有效性，这些病例采用串联卵形敷贴器进行治疗。在每个实例中，解决优化问题最多需要3秒。通过交互优化功能，<1分钟即可获得满意的计划。在我们的诊所中，尽管使用TPS中简单的交互式计划修改工具，计划调整时间通常<10分钟，但最终的计划并不能确保最优性。我们的计划比临床计划平均低5%的D2cc，同时保持目标覆盖率。
2021-09-10 physics.med-ph
Generation of synthetic CT images from optical scanning for superficial mold brachytherapy
Royal Brisbane & Women’s Hospital（皇家布里斯班与妇女医院）；Herston Biofabrication Institute（赫尔斯通生物制造研究所）；University of Queensland（昆士兰大学）；Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）
提出利用光学3D扫描数据生成合成CT图像，结合3D建模和商业治疗计划系统，实现表浅近距离治疗模具的导管定位和剂量优化，无需内部解剖信息。
2026-06-25 physics.med-ph
Dosimetry characterization of $^{32}$P intravascular brachytherapy source wires using Monte Carlo codes PENELOPE and GEANT4
已使用代码PENTAGE PE和GEANT 4进行蒙特卡罗计算，以表征Guidant Corporation生产的基于$^{32}$ P β源的新型20 mm长导管的剂量测定参数。计算了沿横轴的剂量分布和二维剂量率表。此外，在参考点的剂量率，径向剂量函数和各向异性函数进行了评估，根据适应TG-60形式主义的圆柱形源。首先根据与旧27 mm Guidant $^{32}$ P Beta源对应的先前结果验证PENELOPE和GEANT 4代码。对于PENTLEPE和GEANT 4，27 mm无鞘源在水中参考点的剂量率分别计算为$0.215 \pm 0.001$ cGy s $^{-1}$ mCi $^{-1}$和$0.2312 \pm 0.0008$ cGy s $^{-1}$ mCi $^{-1}$。对于无鞘20 mm源，这些值分别为$0.2908 \pm 0.0009$ cGy s $^{-1}$ mCi $^{-1}$和$0.311 \pm 0.001$ cGy s $^{-1}$ mCi $^{-1}$。此外，与此新的来源有限的数据进行了比较。我们发现，PENDENT PE和GEANT 4获得的结果之间存在不可忽略的差异。
2003-11-21 physics.med-ph
Development and preclinical test of a 32P containing PEEK foil aiming at urethral stricture prevention by LDR brachytherapy
目的：原发性或复发性尿道狭窄是临床常见问题。该可行性研究的目的是开发和应用测试一种新型放射性导管，用于LDR近距离放射治疗以预防尿道狭窄。研究方法：开发了β辐射发射32P箔，并将其集成在留置导管中，该留置导管通常在尿道中的外科手术干预后插入。放射性和剂量分布进行测量后，中子活化的31 P箔组件与闪烁技术以及辐射变色膜和MC模拟相比。在雄性家兔上测试了这种新型施源器的实用性和辐射安全性，在导管应用之前，通过径向激光照射进行了一种新的狭窄诱导方法。结果：32P箔导管的测量剂量分布与MC模拟结果吻合良好。冲洗试验证实放射性导管设置在密封源的允许限值内。所有动物均能通过激光诱导骨形成，通过切开和15 Gy或30 Gy的7天剂量照射进行手术治疗，在4周的观察时间内无不良辐射效应。结论：这项概念验证研究提出了一种安全且技术上不复杂的LDR近距离放射治疗方法，旨在预防尿道狭窄。使用导尿管作为β辐射箔的载体，可以以可再现和精确的方式施用规定的辐射剂量。63天的研究持续时间太短，无法得出具有统计学意义的狭窄相关结论。这种方法可以考虑在其他空心器官类似的问题。
2021-10-14 physics.med-ph
Intelligent Inverse Treatment Planning via Deep Reinforcement Learning, a Proof-of-Principle Study in High Dose-rate Brachytherapy for Cervical Cancer
将放射治疗中的逆向治疗计划问题转化为优化问题。目标函数和约束条件由针对不同临床和实际考虑而设计的多个项组成。需要这些项的加权因子来定义优化问题。虽然治疗计划系统可以解决具有给定权重的优化问题，但是为了高计划质量而调整权重是由人执行的。权重调整任务是劳动密集型的，耗时的，并且它严重影响最终计划的质量。一个自动权重调整的方法是强烈需要的。权重调整过程本质上是一个决策问题。受深度学习在人类智能决策方面取得的巨大成功的启发，我们提出了一个新的框架来以类似人类的方式调整权重。以高剂量率近距离放射治疗中的治疗计划为例，我们开发了一个权重调整策略网络（WTPN），该网络观察计划的剂量体积直方图，并输出调整器官权重的动作，类似于人类计划者的行为。我们通过端到端深度强化学习来训练WTPN。经验重放是用贪婪算法实现的。然后，我们将训练后的WTPN应用于指导测试患者病例的治疗计划。经过训练的WTPN成功学习治疗计划目标，以指导体重调整过程。平均而言，在WTPN的指导下生成的计划的质量分数比具有任意权重的初始计划提高了约8.5%，比人类规划者生成的计划提高了10.7%。据我们所知，这是第一个基于学习的智能以类似人类的方式调整治疗计划权重的工具。该研究证明了通过深度强化学习开发智能治疗计划系统的潜在可行性。
2018-11-25 physics.med-ph
Development and pilot evaluation of a virtual reality simulator for HDR prostate brachytherapy
Toronto Metropolitan University（多伦多都会大学）；Sunnybrook Health Sciences Center（森尼布鲁克健康科学中心）；University of Toronto（多伦多大学）；London Health Sciences Center（伦敦健康科学中心）；Western University（韦仕敦大学）；Henry Ford Health（亨利福特医疗）；Michigan State University（密歇根州立大学）
本研究开发了基于Unreal Engine的HDR前列腺近距离治疗VR模拟器，含患者准备与针插入两个模块，经两个队列验证，训练后受试者在操作步骤、设备相关的多维度信心均显著提升，可为相关课程设计提供参考。
2025-10-29 physics.ed-ph physics.med-ph
Comprehensive Dosimetric Verification and Positional Sensitivity Analysis in Brachytherapy: A Unified ESAPI Tool for HDR and LDR Treatments
Department of Medical Physics, Hospital Universitario Basurto（巴斯苏托大学医院医学物理系）
本文提出了一种基于 Varian Eclipse Scripting API 的独立软件工具，用于验证 HDR 和 LDR 放射治疗的 QA，通过比较点源和线源模型，分析位置不确定性，并提高临床工作流程的安全性。
2026-03-23 physics.med-ph
Optimization models for needle placement in 3D-printed masks for high dose rate brachytherapy
本文针对高剂量率近距离放射治疗中3D打印面罩内穿刺针放置问题提出优化模型，数值实验表明其能高效生成比手动放置更均匀的治疗计划，节省时间并提升计划质量。
2025-03-08 math.OC physics.med-ph
Robust External-Beam Calibration of Plastic Scintillation Detectors for In-Vivo Dosimetry in HDR Brachytherapy
Medscint Inc.（Medscint公司）
本研究提出了一种利用6MV外部束和高光谱技术校准塑料闪烁探测器的方法，以提高近距离放射治疗中的剂量测量精度，并探讨了不确定性来源及校准有效性。
2025-12-08 physics.med-ph
Technical Note: A Novel Electromagnetic-Tracked Scintillation Dosimeter for Accurate In Vivo Dosimetry in HDR Brachytherapy
由于近距离放射治疗中对患者施用大剂量，因此确保递送正确的剂量是非常关键的。这项研究提出了第一步，在解决长期存在的问题，准确地知道剂量计的位置在任何时候在体内剂量测定。在这项工作中，能量独立的剂量计，即塑料闪烁探测器，耦合到电磁（EM）传感器具有亚毫米的位置精度的剂量计的位置的实时跟踪。然而，添加EM传感器会增加闪烁体路径中的材料，因此可能会干扰剂量测量。为了确认干扰的存在，将4个不同的传感器放置在闪烁体前面，因此辐射不会直接到达闪烁体。传感器和闪烁体之间距离的变化用于量化0°和90°时对信号的影响。为了测试每个传感器的依赖性，以10 $°$增量从0°到90°进行信号测量。5PCBDOF传感器显示随着光束角度的增加，信号几乎增加到$20{\%}$。5DOF、5DOFthin和6DOF传感器没有显示出明显的角度依赖性，6DOF和5DOFthin传感器的电缆没有显示出额外的信号衰减。后者给出较小的总体衰减。因此，选择5DOFthin作为新型剂量计结构的一部分。它的抖动误差为$\pm$ 0.06 mm，再现性为$ {\pm}$ 0.008 mm，在最佳工作范围内，平均位置不确定度小于0.2 mm，平均角度误差最大为1.1 $°$。将EM跟踪传感器集成到能量独立的塑料闪烁剂量计中是可行的，其对收集的信号的影响最小，并且具有足够的位置精度以将剂量不确定性保持在5 ${\%}$以下。
2018-12-22 physics.med-ph
Update of the CLRP Monte Carlo TG-43 parameter database for high-energy brachytherapy sources
该研究利用 egs_brachy 更新并扩展 CLRP_TG43v2，形成涵盖 33 个高能近距离治疗源的完整 TG-43 Monte Carlo 剂量参数与源模型数据库，并通过旧版及文献数据验证。
2022-12-07 physics.med-ph
Fast dose optimization for rotating shield brachytherapy
目的：为了提供一种快速计算方法，基于近端图求解器（POGS）-一种使用交替方向乘法器（ADMM）的凸优化求解器，用于计算旋转屏蔽近距离放射治疗（RSBT）中的最佳治疗计划。由于增加了发射方向，RSBT治疗计划比传统的高剂量率近距离放射治疗（HDR-BT）具有更多的自由度，这需要快速优化技术才能实现临床使用。//方法：采用多螺旋RSBT（H-RSBT）技术对5例宫颈癌患者进行治疗。使用POGS方法和先前考虑的商业求解器IBM CPLEX为所有患者生成治疗计划。直肠、膀胱、乙状结肠、高风险临床靶体积（HR-CTV）和HR-CTV边界是我们的优化问题中考虑的结构，称为具有平滑度控制的非对称剂量-体积优化。所有病例的剂量计算分辨率均为1x 1x 3 mm^3。H-RSBT施加器有6个螺旋，每个螺旋旋转沿施加器平移33.3 mm，停留位置之间的间距为1.7 mm，沿施加器每5 mm产生17.5度发射角间距。//结果：对于每例患者，HR-CTV D90、HR-CTV D100、直肠D2cc、乙状结肠D2cc和膀胱D2cc在CPLEX和POGS的1%内匹配。此外，我们获得了类似的EQD 2的数字之间的CPLEX和POGS。POGS比CPLEX快18倍。在所有患者中，CPLEX的总优化时间为32.1-65.4秒，POGS为2.1-3.9秒。//结论：相对于CPLEX，POGS大幅缩短了RSBT的治…
2017-04-19 math.OC physics.med-ph
Dosimetric and Deformation Effects of Image-Guided Interventions during Stereotactic Body Radiation Therapy of the Prostate using an Endorectal Balloon
在用于治疗前列腺癌的立体定向体部放射疗法（SBRT）期间，可使用可膨胀直肠内球囊（ERB）来减少靶的运动并减少对直肠后壁的剂量。这项工作评估了手动干预对接受前列腺SBRT的患者ERB位置的剂量影响，并调查了ERB干预对前列腺形状的影响。每日进行千伏（kV）锥形束计算机断层成像（CBCT）成像以定位PTV，并与计划图像自动融合，产生PTV重新定位所需的位移。当判断ERB体积和/或位置导致重新定位不准确时，进行手动调整（ERB重新充盈和/或重新定位）。基于采集的所有59个CBCT图像集，使用可变形配准算法确定前列腺、膀胱和直肠前壁接收的剂量、位移和变形。将该剂量跟踪方法应用于手动调整ERB（干预）之前和之后拍摄的图像，并将输送剂量与无干预情况下输送的剂量进行比较。干预发生在24/35（69%）的治疗部分。这些干预措施的直接影响是前列腺辐射剂量增加，包括95%的PTV（D95）和前列腺覆盖率增加。此外，ERB干预减少了前列腺在前后（AP）方向上的变形，减少了前列腺矢状旋转的误差，并增加了前列腺形状与放射治疗计划的相似性。在前列腺SBRT期间，需要对ERB体积和/或位置进行图像引导干预，以确保按计划输送剂量分布。
2013-07-10 physics.med-ph
Dosimetric equivalence of deep learning prostate contours after LDR brachytherapy: pre-declared margins, patient-level acceptance thresholds and the incremental predictive value of DVH indices
Université Laval（拉瓦尔大学）；Radiation Oncology Service, Department of Specialized Medicine, Centre Intégré de Cancérologie (CIC), Hôpital de l’Enfant-Jésus, Centre Hospitalier Universitaire (CHU) de Québec-Université Laval（魁北克大学附属医院（CHU）儿童耶稣医院综合癌症中心专科医学部放射肿瘤服务）；Service of Radio-oncology, CHU de Québec-Université Laval（魁北克大学附属医院放疗服务）；Oncology division, Research Center of the CHU de Québec-Université Laval（魁北克大学附属医院研究中心肿瘤科）；Université Laval, Faculté de médecine（拉瓦尔大学医学院）
本研究验证了深度学习自动分割前列腺轮廓在LDR近距离放疗中剂量学上与专家手动勾画在群体层面等效，但个体等效需体积依赖阈值；DVH指数对IPSS预测无增量价值。
2026-09-15 physics.med-ph
Voxel-Based Conversion of Hypofractionated Radiotherapy Dose Distributions to 2 Gy-Equivalent OAR Constraints: Proof-of-Concept Demonstrating the Radiobiological Benefits of Hypofractionation in a Prostate Radiotherapy Case
Healthy Innovations；Holy Family University（圣家大学）；Tripoli Governmental Hospital and Doctors Center（的黎波里政府医院和医生中心）
本文提出一种基于体素的转换方法，将低分割剂量分布转换为2 Gy等效OAR约束，展示低分割在前列腺治疗中的放射生物学优势。
2026-04-15 physics.med-ph
VADER: a VAriable Dose-rate External 137Cs irradiatoR for internal emitter and low dose rate studies
除了即时照射，铯-137可能是在许多意外（或恶意）辐射暴露情况下释放的最重要的生物制剂。铯-137可以进入食物链或被消耗，或者如果存在于环境中（例如沉降物），可以提供外部辐射。在这两种情况下，由于Cs-137发射的662 keV伽马射线的高穿透性，个人将受到低剂量率的均匀全身照射。VADER（可变剂量率外部Cs-137辐照）允许模拟这些暴露，绕过内部发射体研究中固有的许多问题。利用废弃的Cs-137近距离放射治疗粒子，VADER可以提供剂量率为0.1至1.2 Gy/天的各种低剂量率照射。VADER包括一个小鼠“旅馆”，旨在允许最多15只小鼠长期同时居住。两个源盘含有~250 mCi的Cs-137近距离放射治疗种子的上方和下方的笼子，并可以在计算机控制下移动，以提供恒定的低剂量率或不同的剂量率模仿Cs的生物学在小鼠或man. We目前的VADER设计和其性能的表征。
2019-05-28 physics.med-ph
A Two-Stage Framework for Fast Proton Spot Map Generation in Pencil Beam Scanning Prostate SBRT Planning
Mayo Clinic（梅奥诊所）
提出GenSpot两阶段框架，利用物理信息投影质子点图表示，结合3D SwinUNETR预测和列非负Lasso回归重建，从CT和剂量生成可交付的质子点图，在单机构前列腺SBRT队列中实现与临床计划高度一致的蒙特卡洛剂量。
2026-06-11 physics.med-ph
Dosimetric uncertainties related to the elasticity of bladder and rectal walls: Adenocarcinoma of the prostate
目的. - 放射治疗是前列腺癌的一种重要治疗方法。在治疗过程中，膀胱和直肠充盈难以量化，无法通过单次和初始CT扫描采集进行测量。一些方法，如图像引导的放射治疗和剂量引导的放射治疗，旨在通过定期CT采集来补偿这种缺失的信息。其目的是调整患者的位置、射束配置或处方剂量以达到剂量测定依从性。方法. - 在计算新CT扫描采集的原始弹道后，我们评估了54名患者的器官运动（和充盈）。对前列腺、膀胱和直肠进行了新的勾画，以确定新的位移和定义器官剂量误差（等效均匀剂量、平均剂量和剂量体积直方图）。结果- 新的CT采集证实膀胱和直肠体积在会话期间不是恒定的。一些病例显示，先前验证的治疗计划变得不适用。提出的解决方案是当膀胱体积改变显著时校正剂量测定。结果表明，膀胱剂量的稳定性得到改善，D50误差降低了25.3%，平均剂量误差降低了5.1%，等效均匀剂量误差降低了2.6%。对于直肠，该方法仅将误差降低1%。这个过程可以降低初始扫描和后续治疗之间不匹配的风险。结论- 对于提出的方法，锥束CT是必要的，以正确定位等中心，量化膀胱和直肠的体积变化和沉积剂量。如果超过膀胱（或直肠）体积修改限值，则进行剂量测定。为了确定这些限值，我们计算出等效均匀剂量的容差为10%（与第一次剂量测定的初始值相比），这代表膀胱11%的废弃剂量测定，直肠4%。
2011-04-05 physics.med-ph
A new radiobiology-based HDR brachytherapy treatment planning algorithm used to investigate the potential for hypofractionation in cervical cancer
用于近距离放射治疗的大多数市售治疗计划系统基于物理剂量操作，并且不包括分割或组织特异性响应。本研究的目的是研究HDR近距离放射治疗中低分割的可能性，从而减少所需的植入物数量。建立了一种新的治疗计划算法，以便根据组织和分次特定参数进行优化。对6例患者考虑了不同的分割方案，并使用新算法创建计划。将由5个部分组成的基线分割方案与1至4个部分的大分割计划进行比较。使用GEC-ESTRO指南中的放射生物学标准评价每个计划的有效性。本研究的结果表明，基于生物参数的优化算法具有与传统规划方法相似的功能，并具有考虑分馏效应的额外能力。使用该算法，结果表明，由3个和4个部分组成的计划具有相当的目标覆盖率和等效的正常组织暴露。在一些特定情况下，进一步分级也可以呈现可接受的靶覆盖。
2017-11-30 physics.med-ph
Treatment plan comparison of Linac step and shoot,Tomotherapy, RapidArc, and Proton therapy for prostate cancer using dosimetrical and biological index
本研究的目的是使用各种剂量学指标来确定治疗前列腺癌患者的最佳调强放射治疗模式技术。本研究纳入了10例前列腺癌患者。调强放射治疗计划旨在包括不同的模式，包括直线加速器步进和发射、断层治疗、RapidArc和质子系统。采用剂量学指标，如处方等剂量与靶区体积比（PITV）、适形指数（CI）、均匀性指数（HI）、靶区覆盖指数（TCI）、修正剂量均匀性指数（MHI）、适形数（CN）、关键器官评分指数（COSI）和品质因数（QF），对不同治疗方案进行比较。生物学指标，如广义等效均匀剂量（gEUD），基于肿瘤控制概率（TCP）和正常组织并发症概率（NTCP）也被计算和用于比较治疗计划。RapidArc计划获得了更好的PTV覆盖，其优越的PITV、CI、TCI、MHI和CN值证明了这一点。关于OAR，质子治疗在低剂量体积中表现出更好的直肠和肠道剂量节省，而断层治疗和RapidArc计划在高剂量体积中实现了更好的剂量节省。QF评分在这些计划之间没有显着差异（p=0.701）。RapidArc、Linac和Proton计划中前列腺肿瘤的平均TCP高于断层治疗的平均TCP（分别为98.79%、98.76%和98.75% vs. 98.70%）。关于直肠NTCP，RapidArc显示了最有利的结果（0.09%），而Linac产生了最好的膀胱NTCP（0.08%）。
2015-03-12 physics.med-ph
Automated Treatment Planning for Interstitial HDR Brachytherapy for Locally Advanced Cervical Cancer using Deep Reinforcement Learning
Department of Radiation & Cellular Oncology, University of Chicago（芝加哥大学辐射与细胞肿瘤学系）；Department of Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系）；Department of Radiation Oncology, Emory University（埃默里大学放射肿瘤学系）
本研究针对局部晚期宫颈癌间质HDR近距离放疗依赖人工计划的问题，提出结合DQN强化学习与定制Adam优化的两阶段自动计划框架，在测试集上得分优于临床计划，同时保障靶区覆盖并减少高剂量区。
2025-06-13 cs.LG physics.med-ph
Reporte de visita médica sobre la aplicación de braquiterapia de baja tasa con Cs-137 en una paciente con cáncer de cuello uterino, estadio IIB
本文报告在ION观摩Cs-137低剂量率近距离治疗IIB期宫颈癌的经历，说明影像剂量计划、安全防护与多学科协作的关键作用。
2025-08-30 physics.med-ph
3T MR-Guided Brachytherapy for Gynecologic Malignancies
妇科恶性肿瘤是全世界妇女死亡的主要原因。许多原发性和复发性妇科癌症病例的标准治疗包括外照射和近距离放射治疗的组合。磁共振成像（MRI）在诊断评估、绘制肿瘤位置以定制辐射剂量以及监测肿瘤对治疗的反应方面是有益的。妇科近距离放射治疗中MR引导的初步研究表明，能够优化肿瘤覆盖范围并减少对正常组织的辐射剂量，从而改善患者的结局。在这篇文章中，我们描述了一种方法，以帮助施源器放置和治疗计划的3特斯拉（3T）MR引导近距离放射治疗，是专门为妇科癌症。到目前为止，这已经在布莱根妇女医院的高级多模态图像引导手术套件中用于18例。它包括MR成像、图像分析和治疗计划的最新方法。在3T MR扫描中使用3D平衡稳态自由旋进的MR序列被确定为用于导管识别的最佳序列，头端有球囊伪影。使用MR图像进行3D治疗计划。正在开发的项目包括一个软件模块，旨在支持虚拟针轨迹规划，包括概率偏差校正、基于图形的分割和图像配准算法。结果表明，3T MR在妇科近距离放射治疗中有一定的应用价值。这些新的发展改善了对肿瘤的靶向治疗，同时保留了正常组织。
2013-01-10 cs.GR physics.med-ph
3D source tracking and error detection in HDR using two independent scintillator dosimetry systems
近距离放射治疗源特性附近的高剂量梯度，如果在患者治疗过程中发生未被注意的错误，则等同于恶性效应。体内剂量测定法是量化递送剂量的唯一方法。以前的研究，这一个，其特点是潜在的探测器，可用作体内剂量计。他们中的一些人专注于HDR近距离放射治疗中的源跟踪主题。本研究的目的是通过结合两个独立的探测器系统的体内剂量测量来进行3D源位置重建。第一种是基于多个（三个）塑料闪烁体探测器，第二种是基于单个无机晶体（CsI：Tl）。通过组合两个探测器响应，我们能够确定3D空间中的绝对源坐标。本研究提出的方法可推广到不同系统的组合。
2020-06-21 physics.med-ph
Variation of the relative biological effectiveness with fractionation in proton therapy: analysis of prostate cancer response
Instituto de Investigación Sanitaria de Santiago (IDIS)（圣地亚哥卫生研究所）；Complexo Hospitalario Universitario de Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学医院复合体）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Torino Section（意大利国家核物理研究所都灵分部）；Universidade de Santiago de Compostela（圣地亚哥-德孔波斯特拉大学）
本文基于临床数据，利用LQ模型和泊松TCP公式分析质子治疗中分次剂量对RBE的影响，发现RBE随分次剂量单调递减，且与光子和质子照射的α、β值变化有关。
2023-10-24 physics.med-ph
Development of a Full Monte Carlo Therapeutic Dose Calculation Toolkit for Halcyon Using Geant4
目的：在Geant4（10.7版）中开发一个用于最近发布的环形门架直线加速器的蒙特卡罗（MC）治疗剂量计算工具包，用于放射治疗计划的二次剂量验证。研究方法：对于Halcyon（Varian Medical Systems），对DSMLC进行建模，并使用Geant 4模拟DSMLC和患者体模中的辐射传输。辐射源从相空间文件中采样，用于DSMLC上方的直线加速器头。使用Varian提供的基于云的Monte Carlo（MC）模拟器VirtuaLinac（VL）获得相空间文件。不同方野宽度（2x2、4x4、6x6、8x8、10x10、20x20和28x28 cm 2）的剂量曲线，即，百分比深度剂量（PDD）曲线和横向剖面进行了模拟，并与实验剖面进行了比较。还使用开发的工具包计算了两个解剖部位（前列腺和脑）的IMRT（调强放射治疗）计划，并与TPS计算的剂量进行了比较（Acuros，Eclipse 15.6）。使用3D剂量差和3D伽马分析来评价与TPS计算剂量相比的模拟准确度。结果如下：对于所有模拟射野尺寸，水模中模拟的侧向剂量分布和PDD曲线与测量值匹配良好，相对差异为± 2%。对于前列腺和脑调强放射治疗计划，模拟剂量与TPS计算剂量显示出良好的一致性。两个前列腺和脑计划的3D伽马通过率（3%/3mm）分别为98.08%和95.4%。结论：开发的Halcyon全MC剂量计算工具包在水模体…
2022-09-30 physics.med-ph
A Fast Deep Learning Approach for Beam Orientation Optimization for Prostate Cancer IMRT Treatments
我们提出了一种基于深度神经网络（DNN）的快速光束方向选择方法，能够开发出与最先进的列生成方法相当的计划。我们的模型的新颖性在于其监督学习结构，DNN架构，以及从解剖特征学习以预测剂量学上合适的射束方向的能力，而不使用来自候选射束的剂量学信息，这是一个耗时且计算昂贵的过程。这可以节省计算时间。一个有监督的DNN被训练来模仿列生成算法，该算法通过基于KKT最优性条件计算波束适应度值来迭代地选择波束方向。该数据集包含70名前列腺癌患者。DNN使用Adam优化器和6重交叉验证技术训练了400多个epoch，每个epoch有2500步。6倍中训练、验证和测试损失函数的平均值和标准差最多为1.44%。由列生成和DNN生成的计划之间的PTV剂量覆盖率的差异为0.2%。危险器官接受的平均剂量差异在1%到6%之间：膀胱的平均差异最小，然后是直肠、左股骨头和右股骨头。人体接受的剂量平均相差0.1%。在所提出的方法的训练阶段中，该模型基于患者的解剖特征学习合适的射束方向，并且省略了针对所有可能的候选射束的剂量影响矩阵的时间密集型计算。求解通量图优化以获得最终治疗计划需要仅计算选定射束的剂量影响矩阵。所提出的DNN是一种基于快速射束方向选择方法，可在数秒内选择射束方向，因此适用于临床常规。
2019-12-19 physics.med-ph
Optimized planning target volume margin in helical tomotherapy for prostate cancer: is there a preferred method?
比较前列腺癌螺旋断层放射治疗计划中2D和3D边缘技术的剂量学差异。本研究纳入了10例前列腺癌患者。对于2D计划，通过向临床靶体积（CTV）添加5 mm（外侧/前后）创建计划靶体积（PTV）。对于3D计划，不仅在CTV的外侧/前后，而且在CTV的上下都添加了5 mm的边缘。采用剂量学指标，包括处方剂量与靶区体积比（PITV）、符合性指数（CI）、均匀性指数（HI）、靶区覆盖指数（TCI）、修正剂量均匀性指数（MHI）、符合性指数（CN）、关键器官评分指数（COSI）和品质因数（QF），对不同治疗方案进行比较。除CI（p = 0.023）外，2D和3D PTV指数之间的差异不显著。3D保证金计划（11195 MU）导致的显示器单位高于（13.0%）2D保证金计划（9728 MU）。2D和3D计划之间的任何OAR均无显著差异。总体而言，平均2D计划剂量略低于3D计划剂量。与2D计划相比，3D计划的平均治疗时间增加了1.5分钟;然而，该差异无统计学显著性（p = 0.082）。我们证实，2D和3D边缘计划在各种剂量测定指标（如PTV的PITV、CI和HI）以及断层治疗的OAR方面没有显著差异。
2015-04-13 physics.med-ph
