前言

癌症是发病率高、难以进行早期诊断、死亡率高、难以治愈的在临床上十分常见的一种重大恶性疾病，严重威胁着人类生命健康、阻碍着社会经济的发展。2022年1月，国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）发布的 IARC Biennial Report 2020 — 2021 显示，2020年全球癌症新发和死亡病例总数分别为1929万例和996万例，我国癌症新发和死亡病例数分别为457万例和300万例，分别约占全球的23.7%和30.2%。由2000—2020年癌症发病率和死亡率可知，我国癌症粗发病率和粗死亡率仍然呈上升趋势，形势非常严峻。我国每年用在癌症上的治疗费用超过2500亿元，给患者和社会带来巨大的经济负担和医疗负担。癌症成为重要的公共卫生问题。

人类被检测和诊断出来的癌症已经有100多种了。除了指甲和毛发，癌症几乎可以在人体的各个部位出现。各种癌症的性质不同、病情不同、涉及的组织器官不同，对各种治疗方法的反应不同，需要采用的治疗手段也不同。现代肿瘤治疗的三大支柱手段为手术治疗、放射治疗（以下简称放疗）、化学治疗（以下简称化疗）。这3种手段都有自己独特的优势，也有一些劣势，在治疗时可以互相配合、互为补充。随着相关科学技术的不断进步，治疗癌症的方法和技术不断演进，研究人员研发了基因治疗、靶向治疗、免疫治疗和硼中子俘获治疗等手段。在具体治疗中，医生往往需要结合患者的病情，配合使用几种治疗手段。

放疗是用放射线杀灭肿瘤细胞的一种局部治疗手段。其利用γ射线、X射线等辐射产生的大量能量破坏细胞的染色体，使正在快速分裂和生长的肿瘤细胞停止生长。放疗可以治愈肿瘤，特别是局部实体瘤，且在防止复发或减缓癌症发展方面较为有效，可以杀灭或破坏癌细胞，抑制其增殖，还可以避免出现由手术治疗造成的组织器官缺损或身体部位畸形。国内外的医疗数据显示，70%左右的肿瘤患者在治疗过程中接受了不同程度的放疗。目前，癌症患者5年的生存率达到55%，其中，化疗的贡献率为6%，手术治疗的贡献率为27%，放疗的贡献率为22%。可见，放疗对于提高癌症患者的生存率、延长癌症患者的生存时间具有非常重要的价值。

自1895年物理学家伦琴发现X 射线以来，随着放射临床学、放射生物学、医学影像学、计算机科学等的持续发展，放疗技术得到了迅速发展：从常规放疗阶段到三维适形放疗（Three-Dimensional Conformal Radiation Therapy，3D-CRT）和调强放疗（Intensity-Modulated Radiation Therapy，IMRT）阶段，再到图像引导放疗（Image Guided Radiation Therapy，IGRT）、自适应放疗（Adaptive Radiation Therapy，ART）和图像引导的自适应放疗（Image Guided Adaptive Radiation Therapy，IGART）阶段，目前已经进入了“精确定位、精确计划、精确放疗”时代，正朝着定位更精准、能量更聚焦、杀灭肿瘤细胞的能力更强、系统更智能的方向发展。在放疗技术发展的过程中，相关的计算机应用技术在剂量建模、逆向计划设计、通量图平滑、靶区和非靶区勾画、靶区智能化跟踪、多模态图像配准、逆向计划优化求解、质量评估方面起到了重要作用。

为了帮助学生、相关从业人员和感兴趣的读者了解调强放疗中相关的计算机应用技术，本书从调强放疗技术的工作步骤入手，介绍常用的放疗设备、照射方式、临床治疗目的、放疗的生物学原理等，重点介绍相关的计算机应用技术在调强放疗中的应用，包括调强放疗中的各种规划模型、通量图的平滑方法、自动勾画技术、基于等效均匀剂量和硬件约束的一体化逆向计划模型、凸优化求解和剂量验证技术等。

本书是作者在长期从事科研和教学工作的基础上编写的。本书得到了南阳师范学院“卧龙学者”奖励计划项目、河南省高等学校青年骨干教师培养项目（2019GGJS184）及河南省图像大数据智能处理工程研究中心的资助。研究生李玉勤参与了5.7节的实验研究工作，研究生吕盈洁参与了部分图表的绘制工作，研究生胡天骄参与了资料整理工作。闵志方博士为3.4节、4.3节和4.5节提供了部分基础内容和有益的建议，并参与了本书全部内容的审校工作。本书由南阳师范学院兰义华编写，并完成统稿工作。同时，本书在编写过程中得到了电子工业出版社，特别是责任编辑冯琦老师，还有魏建波老师的大力支持与帮助，在此向各位表示衷心感谢！

由于调强放疗中相关的计算机应用技术涉及的范围很广，还有很多有待进一步研究的领域，且研究成果的更新非常快，加之笔者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。

兰义华
2022年12月