目的:利用深度相机开发三维点云放疗实时监测系统并验证其可行性。方法:以深度相机坐标系为世界坐标系，由校准模体得到定位CT坐标系与世界坐标系之间的转换关系。患者的定位CT点云经上述关系转换到世界坐标系中并与深度相机实时获取的患者表面点云配准计算六维误差，完成摆位验证及放疗中分次内体位误差监测。统计系统六维计算误差的均值、标准差，配准后点云的豪斯多夫距离以及各部分程序运行时间，验证系统的可行性。选取15例真实患者，统计本系统与锥形线束CT之间六维误差。结果:模体实验中，系统在左右、头脚、腹背方向的误差分别为（1.292±0.880）、（1.963±1.115）、（1.496±1.045）mm，在偏转、俯仰、翻滚角度的误差分别为0.201°±0.181°、0.286°±0.326°、0.181°±0.192°。对于真实患者，系统平移误差在2.6 mm以内，旋转误差在1°左右，程序运行1~2帧/s，精度和速度满足放疗要求。结论:基于深度相机的三维点云放疗实时监测系统能自动完成放疗前摆位验证、放疗中体位实时监测，并提供误差视觉反馈，具有潜在的临床应用价值。

目的:评价患者呼吸状态的改变对实时位置监测系统(RPM)引导下自由呼吸立体定向门控放疗影响。方法:通过自行研制运动模体模拟患者治疗过程中出现基线偏移，呼吸频率改变，呼气末延时、吸气末延时，以及不规则呼吸情况，并分析三维适形、固定野动态调强、单弧旋转调强3组计划各状态变化与模体中心小球位置(L)及电离室受照剂量的相关性。结果:自研模体的摆位重复性和测量稳定性良好。L与基线偏移呈现正相关( r＝0.99， P<0.01)。基线偏移小于摆位误差时，剂量变化在4%以内，相对较小，超出后受照剂量快速下降并呈现负相关( r＝ -0.95， P<0.01)，偏移超出与不超出摆位误差时所测得的受照剂量，差异具有统计学意义( Z＝ -3.06， P<0.01)。3组计划受基线偏移的影响率差异无统计学意义( P>0.05)。呼吸频率改变对L和剂量影响较小。吸气末延迟和呼气末延迟都导致3组计划剂量下降，最大达-1.74%，同时吸气末延迟相对呼气末延迟影响更大，差异具有统计学意义( Z＝ -2.67， P <0.01)，但延迟时间长短对剂量的影响率没有明显相关性( P>0.05)，3组计划受波形改变的影响率差异无统计学意义( P>0.05)。不规则呼吸对剂量影响较大，3组计划重复测量6次受照剂量分别为三维适形(709.68±180.00)cGy；固定野动态调强(751.40±127.16)cGy；单弧旋转调强(750.00±185.60)cGy，均小于处方剂量，一致性欠佳。 结论:患者呼吸状态改变会导致剂量下降，基线偏移超出摆位误差阈值或者波形变异较大出现不规则呼吸时更甚，且与放疗技术不相关。

目的:初步探究体表光学引导跟踪系统(OGTS)在肿瘤放射治疗应用中的追踪精度。方法:分为模体验证及临床验证，模体验证采用专用设备，利用OGTS记录光学标记点在反光球平台上从指定位置移动到目标位置的位移值，将该位移值与模体中固定距离比较，以计算系统的准确性与重复性。临床验证通过选取45例放疗患者进行OGTS跟踪准确性和重复性研究，其中头部、乳腺、直肠肿瘤患者各15例。每例患者均获取随机3个治疗分次下图像引导校正摆位前后图像引导定位系统(IGPS)和OGTS的值，分别记录每次误差校正的平移值。治疗前用IGPS修正患者摆位误差并获取相关数据，以IGPS校正平移误差的结果为金标准验证OGTS监测患者位置平移的准确性，计算综合平移偏差。结果:模体测量结果显示，跟踪准确性的综合平移偏差最大值为0.18 mm，跟踪重复性综合平移偏差的标准差为0.03 mm。临床试验结果统计显示，IGPS与OGTS追踪精度仅在头部 z方向上差异有统计学意义( t＝2.21， P<0.05)，而在头部其他方向及乳腺、直肠的3个平移方向差异均无统计学意义( P>0.05)。综合平移偏差分析表明，在头、乳腺、直肠分别为(0.91±0.62)、(1.64±1.30)和(1.52±1.29)mm，符合两者偏差≤2 mm的要求。 结论:OGTS操作简单、追踪精度较好，可辅助IGPS用于治疗中实时呼吸监测。

目的:基于经会阴超声(TPUS)实时扫描技术和线性判别分析(LDA)法，定性分析并自动判别前列腺癌放疗分次内运动模式，为个体化精确放疗奠定基础。方法:应用TPUS技术记录了61例前列腺癌患者共1265个分次近百万个实时监测数据，划分为稳定型、波浪型、小偏执型、银叉型、回归型、大偏执型和稽留型运动模式。对运动轨迹量化并提取特征参数，通过LDA法建立判别方程式，评估训练集和测试集的判别效果。结果:平均每位患者存在4种不同的运动模式，不稳定型占(35.00±21.49)%。随着治疗次数的增加，运动轨迹并未表现出越来越稳定的趋势，不同模式的出现极不规则。构建的线性判别模型对训练集和测试集的判别准确率分别为90.4%和89.5%，敏感性和特异性分别为84.9%和91.1%。结论:前列腺癌患者分次内运动模式多样且随机，具有不可预测的特点。LDA法可以有效地对分次内运动模式进行判别，同时在治疗过程中利用判别方程和中心坐标实现对未知样本的自动鉴别。

目的:通过实验探究人工金刚石探测器用于Flash照射剂量测量的可行性。方法:采用CIVIDEC? B1HV金刚石探头，设计了基于预积分方法的大动态范围电流测量电路，研制了一款实时输出脉冲电流的金刚石探测器样机，分别在电子束和X射线超高剂量率照射下测试其剂量和剂量率响应，并使用医用加速器对该金刚石探测器进行剂量标定。结果:电子束0.08 ~ 0.50 Gy/pulse范围内探测器输出积分电荷与参考脉冲剂量呈现较好的线性相关( R2 ＝ 0.99)，在电子束超高平均剂量率(400 Gy/s)和常规平均剂量率(0.3 Gy/s)照射模式下，剂量线性响应较好( R2 ＝ 0.99)，在X射线超高平均剂量率(75.5 Gy/s)和常规平均剂量率(0.5 Gy/s)照射模式下探测器输出积分电荷和参考剂量达到严格线性相关( R2 ＝ 1)，获得电荷(电流)－剂量(率)实用转换系数0.751 7 μC/Gy和0.753 5 μA·Gy·s －1。 结论:该金刚石探测器在电子和X射线超高剂量率束流照射下均体现了较好的剂量线性响应，能够为Flash预临床实验提供较快速、准确的剂量监测，有潜力用于未来Flash放疗质量控制。

目的:建立光学表面监测系统(OSMS)在头部无框架立体定向放射外科(SRS)和立体定向放射治疗(SRT)中应用的基本流程，评价OSMS在头部模体和应用Q-Fix开孔面罩固定的头部SRT患者中，分次内实时监测位置误差的精确性和有效性。方法:通过头部SRS仿真模体OSMS的监测位移与Edge六维床预设位移的偏差，评估OSMS实时监测运动偏差，及在治疗床非零角度和其中一组摄像头被加速器旋转机架遮挡的情况下，OSMS监测头部运动的能力。同时本研究选取10例50分次接受头部无框架SRT治疗的患者，所有患者经Q-Fix开孔面罩固定并整个治疗分次内应用OSMS监控，通过分析离线日志文件获得OSMS实时监测的分次内误差；患者治疗后行锥形束CT(CBCT)扫描，获得六维度误差作为CBCT验证的分次内误差。结果:模体研究中，OSMS监测偏差与预设位移在六维度方向均有较强相关性；治疗床与机架0°时，OSMS探测的平移方向和旋转角度的三维矢量偏差分别为(0.28±0.10) mm和(0.15±0.09)°；有一组摄像头被遮挡的情况下，平移和旋转方向的三维矢量偏差分别为(0.35±0.13) mm和(0.17±0.09)°；床非0°时OSMS监测偏差值均大于床0°偏差值，床270°时三维矢量偏差最大，分别为平移方向(0.69±0.19)mm和旋转角度(0.32±0.12)°。在Q-fix开孔面罩固定的SRT患者中，OSMS与CBCT监测的分次内运动幅度差异较小，平移方向三维矢量偏差分别为(0.40±0.26)mm和(0.29±0.10)mm；旋转方向三维矢量偏差分别为(0.33±0.20)°和(0.26±0.08)°。结论:OSMS是一种有效的光学引导放射治疗工具，OSMS的分次内实时运动监测功能具有亚毫米级精度，可以实现分次内误差的精确监控。为保障无框架头部SRS/SRT治疗精确实施，有必要联合OSMS进行分次内位置监控。

目的:评价视觉反馈呼吸训练模块在左侧乳腺癌深吸气屏气放射治疗中的应用。方法:30例左侧乳腺癌保乳术后拟行全乳放疗患者经宣教培训后全部符合深吸气屏气要求，使用主动呼吸控制设备控制屏气状态行CT定位。将其随机分为使用(A组)和未使用(B组)视觉反馈呼吸训练方法两组各15例。A组使用光学体表监测系统的视觉反馈呼吸训练模块实现，B组使用音频互动方法指导患者屏气。通过分析光学体表实时治疗数据，比较两组患者不同治疗分次间呼吸的可重复性以及一个分次内多次屏气的稳定性，两组患者完成治疗所需屏气次数以及治疗时间。使用GraphPad Prism 6.0软件进行数据处理和作图，使用SPSS 21.0软件进行均值分析和正态性检验。结果:视觉反馈呼吸训练方法使患者的可重复性从1.5　mm降至0.7 mm ( P<0.05)，稳定性从1.1 mm降至0.8 mm ( P<0.05)，治疗所需屏气次数平均从4.6次降至2.4次( P<0.05)，平均出束时间和总治疗时间分别从336　s和847　s降至235　s和602　s ( P<0.05)。 结论:基于视觉反馈的呼吸训练模块可以提高左侧乳腺癌深吸气屏气放疗的可重复性和稳定性，有效减少憋气次数和治疗时间。

目的:评估基于多深度相机的三维重建技术用于放射治疗患者日常定位的可行性。方法:使用3个Intel RealSense D435i相机，经过感兴趣区域提取、滤波、配准、拼接等过程，实时融合点云，重建患者的真实光学3D表面。重建后的表面与定位CT体表外轮廓配准以完成定位。本文使用多个模体验证系统可行性，以及头颈部患者5例、胸部患者10例、骨盆部患者5例验证临床可行性。采用配对 t检验分析各组数据。 结果:系统运行时间为0.475 s，可达到临床上实时监测要求。模体实验中配准六维误差分别为左右（1.00±0.74）mm、头脚（1.69±0.69）mm、腹背（1.36±0.87）mm、偏转角0.15°±0.14°、俯仰角0.25°±0.20°、翻滚角0.13°±0.13°。在实际患者摆位中平均摆位误差为左右（0.77±0.51）mm、头脚（1.24±0.67）mm、腹背（0.94±0.76）mm、偏转角0.61°±0.41°、俯仰角0.69°±0.55°、翻滚角0.52°±0.35°，平移误差在2.8 mm以内，其中骨盆区域摆位误差最大。结论:多深度相机实时三维重建技术适用于放疗患者定位，该方法定位准确，可检测患者位置的微小移动，满足放疗要求。

目的:开发一款精准位移实时智能捕捉系统，应用于肿瘤放射治疗过程中分次内体位误差偏移监测。方法:在实验室和治疗室内模拟放射治疗环境，使用 xyz三轴位移平台(LD60-LM)和千分表作为位移测量工具，同时运用精准位移实时智能捕捉系统监测位置偏移。另入组23例放疗患者，利用该系统监测分次内体位误差偏移。将摄像机采集到的数据与实际位移对应的偏差值进行相关的描述性分析，计算出平均值和标准偏差。 结果:实验室校准监测发现在20 mm以内位移的差值≤0.5 mm，50 mm位移的最大差值为1.47 mm；治疗室校准结果发现左、右摄像头均显示在 yz轴对应的偏差值为±0.2 mm，中间摄像头显示在 xz轴对应的偏差值为±0.31 mm; 23例患者的37次放疗过程中监测中间摄像头发现5次偏离5 mm阈值，偏差最大时长和位移分别为57.2 s和9.24 mm。 结论:基于机器视觉原理研发的精准位移实时智能捕捉系统在肿瘤放射治疗过程中能实现实时体位偏移误差监测，但仍需进一步完善系统和服役检测。

目的:研究通过在线光学体表监测预测肺癌靶区位置运动的可行性。方法:选取16个肺癌病例立体定向体部放疗（SBRT）计划中不同方式获取的CT图像进行实验模拟，以计划CT及原始靶区位置作为基准参考，以四维CT中10个时相的CT和每次锥形线束CT（CBCT）为浮动对象，在其上勾画浮动靶区位置。采用双目视觉表面成像法获取基准和浮动图像体表点云数据，并通过主成分分析提取点云特征信息进行比较。使用随机森林算法对特征信息差和对应靶区位置差拟合，构建靶区位置在线预测模型。结果:左右、头脚、腹背方向，选取的主成分方差解释度分别为99.76%、99.25%、99.58%，模型对靶区位置的预测均方根误差（ RMSE）为0.0447、0.0837、0.0616 mm。 结论:基于体表光学数据在线预测肺部靶区实时位置具有可行性，可为临床放疗中靶区位置在线监测验证和剂量评估提供参考。