强激光质子束透视成像应用于肿瘤细胞异型性分析的探索研究

目的:为了探索强激光质子束透视成像在肿瘤细胞异型性分析的应用研究,在皮秒超强脉冲激光装置上,进行皮秒激光-固体靶相互作用中产生的高能质子束透视生物样品成像的实验研究。方法:实验是在俄罗斯的皮秒超强激光装置上进行的,实验中以小生物蚂蚁作为样品,用皮秒激光脉冲辐照固体靶,在靶背表面产生高能质子束透视生物样品成像。实验所用激光能量为12J、脉宽为1.5ps、焦斑直径(FWHM)为15μm、离轴抛物面透镜的光学f数为1.5。产生质子束的靶为15μm的铜膜后衬1μm的CH膜,质子源(激光光斑)距蚂蚁样品为7mm(又称物距),蚂蚁距辐射变色膜为63mm(又称像距),文中所示记录底片(探测器)是辐射变色膜(RCF)或核固体径迹探测器(CR-39)堆叠。结果:获得了高对比度、空间分辨率为微米量级、视场适中、具有密度分辨能力的二维直观蚂蚁透视图像。结论:蚂蚁透视图像为探索强激光质子束透视成像在肿瘤细胞异型性分析的应用提供了可能性。     

清华同源双束医用加速器成像剂量分布蒙卡模拟

目的：使用蒙特卡罗方法模拟计算清华同源双束医用加速器KV级能量成像束在肺部模型中剂量分布。方法：使用清华同源双束医用加速器KV级能量成像束机头蒙卡模型得到相空间文件;以此相空间为源,使用蒙卡DOSXYZnrc程序建立肺部模型,计算肺部模体中成像剂量;使用MATLAB编程处理剂量数据,得到百分深度剂量（percent depthdose,PDD）、离轴比（off axis ratio,OAR）和等剂量曲线（isodose curve）。结果：得到了清华同源双束医用加速器KV级能量成像束在肺部模型中剂量分布曲线。结论：先计算不同模拟参数下的加速器机头相空间文件并保存再进行剂量计算,能极大节约整个计算流程耗费的时间;该模拟得到的成像剂量分布曲线可指导评价成像剂量对肺部器官损伤;加速器机头模型可用于其它器官成像剂量分布计算等后续研究。     

医用质子加速器扩展束流与笔形束流的感生放射性辐射剂量

目的:通过比较医用质子加速器两种不同束流引出方式的X/γ射线感生放射性辐射剂量差异,从而采取相应措施降低治疗室的环境辐射水平,减少医用质子加速器工作人员的累积辐射剂量。方法:模拟患者治疗的肿瘤辐射野,分别在质子加速器扩展束流治疗室和笔形束流治疗室进行15 CGE的质子射线照射,射线停止60 s后,进入治疗室利用两台Neutron RAE II检测仪同时对射线输出窗口和治疗床等中心这两个位置进行X/γ射线感生放射性辐射剂量测量,并记录数据。按以上出束条件和测量步骤,重复测量3次,每次间隔30 min。结果:扩展束流射线输出窗的3次测量值依次为32.3、63.2、70.1μSv/h,在治疗床等中心的3次测量值依次为4.5、5.6、7.7μSv/h,两个测量点的感生放射性辐射剂量率均随着测量次序依次增加。笔形束流射线输出窗的3次测量值依次为3.2、2.3、2.1μSv/h,在治疗床等中心的3次测量值依次为0.21、0.18、0.18μSv/h,两个测量点的感生放射性辐射剂量率均与测量次序无关。在输出窗位置,扩展束流的测量平均值是笔形束流测量平均值的21.8倍;在治疗床等中心位置,扩展束流的测量平均值是笔形束流测量平均值的31.2倍。结论:在出束剂量和时间相同的情况下,笔形束流的感生辐射剂量较小,其机房环境辐射水平远远低于扩展束流机房,对工作人员有更好的保护作用。     

清华同源双束医用加速器蒙特卡罗模拟

目的:使用蒙特卡罗方法模拟清华大学自主研制的同源双束医用加速器,为今后研究该设备KV级能量在放射治疗中成像剂量分布奠定基础。方法:(1)借助蒙卡BEAMnrc程序模拟加速器机头得到相空间文件。(2)以该相空间文件为源,使用蒙卡DOSXYZnrc程序计算水模体中百分深度剂量(percent depth dose,PDD)和离轴比(off axis ratio,OAR),采用MATLAB编程提取剂量数据显示于EXCEL。(3)分析蒙卡模拟参数对结果的影响。(4)对比实测调整模拟参数。结果:蒙卡模拟所得水模体中PDD和OAR曲线与实测有很好的吻合,得到加速器机头模型。结论:医用加速器KV级能量蒙卡模拟与高能有明显不同;要得到合适的该加速器蒙卡模型,需要选择合适的电子束能量和电子空间密度分布;该模拟所得加速器模型可用于成像剂量分布等后续研究。     

基于临床质子加速器的DeepPlan笔形束模型构建

目的:基于佛罗里达大学质子放疗中心（University of Florida Health Proton Therapy Institute, UFHPTI）质子加速器在笔形束扫描模式下的临床实验数据,在DeepPlan中构建相应模型,验证模型构建的准确性并初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。方法:在DeepPlan质子模块中建立UFHPTI质子加速器的笔形束计算模型,并将剂量计算结果与临床实验数据进行对比,包括30组积分深度剂量（Integrated Depth Dose, IDD）、30组空气中质子束斑发散大小、1组多能量多点照射下的纵向扩展布拉格峰（Spread Out Bragg Peak, SOBP）和横向剂量分布,以此验证模型构建的准确性。最后以UFHPTI的两个前列腺癌临床放疗计划为指导,将DeepPlan计算结果与商用放疗计划系统RayStation计算结果通过PTW公司的VeriSoft软件进行gamma分析。结果:DeepPlan质子模块计算产生的30组IDD与UFHPTI加速器的临床实验数据平均相对误差为0.01%,最大相对误差为0.23%;30组空气质子束斑发散大小与临床实验数据平均相对误差为0.15%,最大相对误差为1.14%。在多能量多点照射下,DeepPlan质子模块计算产生的SOBP与临床实验数据平均相对误差为1.07%,最大相对误差为3.91%;横向剂量分布和临床实验数据平均相对误差为1.92%,最大相对误差为4.09%。针对两个前列腺癌的放疗计划,DeepPlan质子模块与RayStation计算的三维剂量结果在以3 mm/3%的标准下每个子野的gamma通过率都达到95%以上,其中病例1两个子野（270°和90°方向）的gamma通过率分别为96.4%和97.5%,病例2两个子野（270°和90°方向）的gamma通过率分别为99.3%和98.9%。结论:在DeepPlan中构建了与UFHPTI质子加速器相匹配的笔形束模型,该模型可初步应用于临床前列腺癌的剂量计算。     

白蛋白固定等离子体聚烯丙胺薄膜及体外血小板粘附行为

采用脉冲射频等离子体聚合技术,在医用不锈钢表面制备了等离子体聚烯丙胺薄膜,并进一步在聚合薄膜表面固定白蛋白(BSA)分子。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、X光电子能谱(XPS)、台阶仪、原子力显微镜和淌滴法分别表征结构成分、厚度、表面形貌和水接触角。结果表明:随着放电功率增加,聚烯丙胺薄膜中氮含量及伯胺基浓度减小,薄膜厚度和表面粗糙度增加,接触角增大。XPS分析证明白蛋白分子被固定于聚烯丙胺薄膜表面。体外血小板粘附评价表明,不锈钢表面固定白蛋白的聚烯丙胺薄膜能显著抑制血小板粘附及激活。     

MM50加速器电子线降能器的研究

目的：研制医用电子回旋加速器MM50电子线降能器，以增加MM50加速器电子线能量档i方法：分析高能电子束与物质发生作用损失能量的机理，通过蒙特卡罗模拟计算对降能器进行理论研究，并选择适当的高纯材料和合理的厚度，设计并研制出多种降能器；研究MM50加速器治疗头靶转换器结构并进行适当改造，安装不同的降能器进行调试；实验测量电子线百分深度剂量曲线求得半峰值剂量深度R50（cm），再使用IAEA和NACP推荐的算法获得如。结果：达到了将电子线能量降低2MeV，而没有X射线沾污影响的效果，从而使MM50加速器电子线能量档从现在3档（10MeV、25MeV、50MeV）变为6档（8MeV、10MeV、23MeV、25MeV、47MeV、50MeV）。结论：测量值与参考值吻合很好，并且各种方法所得的结果相一致。该方法可用于其他高能电子加速器、质子和其他重离子等加速器的能量转换或选择系统。     

质子和其他放射治疗肿瘤的比较

质子加速器是目前世界上最先进的放射治疗设备。本文对质子和目前各国常用的常规射线(兆伏特级的光子和电子),在肿瘤的放射治疗方面进行了比较。并复习了世界各国用质子治疗肿瘤的经验,介绍质子治疗肿瘤的优点、发展历史以及发展前景。质子束进入人体组织时,其大量的能量集中在接近射程终点,称为Bragg峰。放射治疗医生可以通过调节质子加速器能量的方式,使高能量区集中在病人体内一定的区域;在此高量区的后方,放射剂量骤降为零。因此,医生可以使放射线的高剂量区集中在靶区(肿瘤区),避免周围正常组织部受到照射。而用常规射线照射时,周围正常组织仍受到较高量的照射。用目前先进的三维适形放射治疗和调强放射治疗技术,只需用少数的照射野,即可达到非常满意的放射剂量分布。到2004年2月,世界上已有11个国家正在开展质子治疗工作;已用质子治疗病人35838例。所治疗的肿瘤有眼葡萄膜黑色素瘤、中枢神经系统肿瘤、颅底肿瘤、前列腺癌、非小细胞肺癌、胃肠道肿瘤、鼻咽癌、乳腺癌和官颈癌等,均取得较好的效果。目前已引起世界各国放射治疗学界的重视。     

一种新型质子治疗剂量递送系统的设计研究及模拟验证

目的:针对激光等离子体加速的质子束流特性,设计用于剂量递送的新型紧凑治疗头系统,并通过模拟计算验证该方法的有效性与适用性。方法:基于实验上已实现的激光质子束流参数,利用散射体设计软件NEU（Nozzles with Everything Upstream）进行流线型散射体设计。通过散角选择和能散调制进一步优化剂量递送效率,并利用蒙特卡罗模拟计算软件TOPAS（TOol for PArticle Simulation）及底层的Geant4（GEometry ANd Tracking）计算引擎分析并验证激光质子通过此剂量递送方法后水模体中的剂量分布。结果:在直径6 cm、高5 cm的圆柱形靶区内,深度剂量分布平坦度在±1%以内,横向剂量分布在±3%以内。结论:此剂量递送方法及系统适用于现阶段激光质子束流特性,水模体靶区内剂量递送均匀、高效且稳定。     

Varian RapidARC直线加速器6 MeV-X线虚拟源模型的建立

目的:减少直线加速器commission过程的工作量,对加速器出束信息进行建模,使用蒙特卡罗方法进行剂量计算,并验证模型的准确性。方法:将光子束区分为初始光子束和散射光子束,分别用数学公式描述其能量和方向,建立虚拟源模型,使用蒙特卡罗方法计算在水中的剂量分布,与水箱中的测量数据比较。使用源模型计算病例计划,与商用TPS计算结果比较。结果:计算得到的PDD误差基本在1.0%以内,OAR误差在2.0%以内。在1例前列腺病例计划中,本方法计算得到的DVH曲线与不同TPS计算得到的结果基本一致。结论:本虚拟源模型方法可以很好地模拟直线加速器的出束信息,计算单个病例时间在40 s量级,可以实现病人治疗前实时的剂量验证,且有用于直线加速器自动commission过程的潜力。     

glASE210眼科钬激光手术装置

glASE210眼科钬激光手术装置能发射红外范围内2.1μm的波长,能量通过一个26号纤维光针探头释放至手术部位,探头通过一个约1mm的小切口进入手术部位,并以轴向正确地发射激光能量。采用一些短脉冲即能完成全厚度的热巩膜切开本,巩膜切开的直径为0.1～0.35mm。该装置有一封闭环和致冷系统。采用标准的电源插座。     

电子射野影像系统在加速器辐射野测量中的应用探讨

目的:探讨电子射野影像系统(EPID)在加速器辐射野与灯光野一致性测量中的应用。方法:使用Varian 600CD医用电子直线加速器,6MV X射线能量,使用水平尺,确认机架位于0°,准直器0°,提前校准照射野中心和投影十字线,将厂家自带的金属点十字影子板插在加速器机头上,金属点十字影子板上两金点之间在SSD=100cm处的投影距离为1cm,调整机头十字线与金属十字线投影重合;打开EPID测量板,在SSD=100cm条件下,灯光野分别开到标准野(10×10)cm,(15×15)cm,(20×20)cm,(25×25)cm,剂量率100MU/M,曝光5MU;得到各标准野的辐射野,两金属点之间标准距离1cm,使用测量软件分别分别测量辐射野各方向距离。结果:辐射野各方向偏差较小,均小于±2mm。结论:EPID射野影像检测方式适合于临床质控检验,可用于加速器辐射野与灯光野一致性的质控测量,减少工作量。     

基于TOPAS计算的磁场下质子辐射剂量分析

目的:分析磁场作用下质子束在模体中的剂量分布,为核磁共振引导的质子放疗提供数据参考。方法:采用蒙特卡罗软件TOPAS计算治疗用质子束在核磁共振横向磁场影响下水体模中的剂量分布。同时采用水-空气-水模型研究磁场下的电子回转效应对不同介质交界处质子剂量分布的影响。结果:在均匀水体模中,当磁场强度在0.5 T以内,质子能量在150 MeV以下时,质子布拉格峰位置沿深度方向偏移在1 mm以内,但与束流入射方向平行的XZ面的高剂量区横向侧移在4 mm左右;当磁场强度达到1.5 T时,150 MeV的质子布拉格峰位置偏移在1 mm以内,但横向侧移达10 mm以上。研究结果还发现在磁场作用下,质子在水与空气交界处的剂量无明显变化。结论:利用蒙特卡罗方法可以准确分析磁场下的质子辐射剂量。横向磁场的存在对质子在深度方向的剂量影响较小,但对横向剂量侧移影响较大,且与能量、磁场强度成正比,而电子回转效应对质子在水与空气交界处的剂量影响近似可以忽略。     

国产医用直线加速器开展立体定向放射治疗的可行性研究

目的:从剂量输出、机械性能和辐射性能方面比较两种进口医用电子直线加速器和3种国产医用电子直线加速器的各项参数指标,对比分析国产医用直线加速器的技术和性能是否达到开展立体定向放射治疗的基本标准。 方法:选取两种开展过立体定向放射治疗的进口医用电子直线加速器和3种装机量较大的国产医用电子直线加速器。利用电离室和静电计在水模体上测量加速器的剂量输出性能;利用坐标纸、前指针、刻度尺等工具测量加速器机械精度;通过PIPSpro5.3.1和doselab图形分析软件测量加速器辐射性能和到位精度,从而分析固体水和EBT免冲洗胶片记录辐射野。 结果:以AAPM TG-142和中华人民共和国医药行业标准YY0832.2-2015为参考,建立一套完整的针对国产电子医用直线加速器的评价标准。检测发现国产加速器输出剂量精度、重复性、线性较高,旋转机架、准直器和治疗床辐射野等中心精度大部分小于1 mm,铅门和多叶准直器平均到位精度小于0.5 mm,两种国产加速器端对端偏差结果小于5%,说明国产加速器基本性能较好。 结论:部分国产加速器从剂量输出和治疗精度方面已达到开展立体定向放射治疗的基本要求,但开展立体定向治疗需要相关放疗单位投入更多的人力和相应设备做好加速器的质量保证和质量控制工作。     

扫描治疗头的蒙特卡罗模型研究

目的:评估质子治疗中扫描治疗头对束流品质的影响。方法:通过扫描治疗头的蒙特卡罗模型研究深度剂量曲线的变化,计算射程移位器对束斑截面的影响以及分析扫描磁场对单质子束的偏转情况。结果:随着能量的增加,质子在水中的射程增加,同时散射也越严重,最终布拉格峰变宽,尾端变胖。相比于直接入射水模,通过治疗头后质子在水中的射程缩短了约0.6 cm,但布拉格峰形基本保持不变;将4 cm厚度聚乙烯射程移位器放置于距离水模表面0、10、20、30、40和50 cm分别进行独立计算,发现与水模距离越远,质子的散射越大,因此治疗过程中射程移位器应尽量靠近患者;当扫描磁铁加载磁场后,束斑将偏离束流中心。设置纵向扫描磁场Bx=0.1 T,横向扫描磁场By=0.3 T,180 MeV质子束在Y方向偏离了2.693 cm,横向扫描磁场使质子在-X方向上偏离了8.427 cm。当束流有偏转的时候,要求射程移位器横截面足够大以满足宽扫描场的需要。结论:扫描治疗头的蒙特卡罗模型将有助于理解质子治疗这一新兴的放疗方法以及熟悉扫描治疗的束流特性,在调试和质量保证中提供参考。     

医用2．94μm掺铒YAG激光器系统的研制

目的:研制应用于中红外2.94 μm波段的高损伤阈值谐振腔镜及医用高能Er:YAG激光器实验样机.方法:运用光学干涉原理,应用金属膜与介质膜相结合的方法,通过特殊的镀制与退火工艺,制备出该波段高损伤阈值激光全反射薄膜:通过设计匹配参数的高能脉冲激励电源,使高掺杂的Er:YAG激光晶体的能级转换效率得到有效提高;使用模块化设计保证激光器样机的整体紧凑性.结果:复合结构膜系具有在中红外2.94μm波段高反射率、宽反射带的光谱特性,并且在该波段有较高激光损伤阈值的特点,有效提高了激光全反射腔镜的稳定性和使用寿命.结论:研制的激光器实验样机在自由震荡的长脉冲模式下运转正常,可稳定输出高能2.94μm激光脉冲,输出能量最高可达到1300mJ以上,能够满足在医疗领域尤其是激光采血仪的使用要求.     

硬组织激光消融的研究进展

激光作为硬组织消融工具,具有准确、灵活及无机械损伤的优点。激光辅助技术的出现以及超短脉冲、超强能量激光器的发明使硬组织激光消融的效率大大增加,热损伤明显减轻。就硬组织激光消融的新进展作一综述。     

一种关于RPM放疗呼吸门控系统束流时间延迟性能的参考质控方法

目的：提出一种关于RPM放疗呼吸门控系统束流时间延迟性能的参考质控方法,给出参考条件下VB与EDGE加速器的时间延迟测量结果。方法：首先设计梯形质控呼吸曲线并加载运动模体,利用定位CT扫描由运动模体驱动的W-L模体,然后设计用于束流出束和截止延迟测量的两类质控计划,最后在加速器上执行质控计划,使用EPID采集模体的静态参考图像与运动测量图像,通过分析致密金属球在运动图像和参考图像中的位置差,反推束流的时间延迟,分别在VB与EDGE两台加速器上做方法验证。结果：VB与EDGE加速器的束流出束时间延迟均小于100 ms,截止时间延迟基本一致,VB加速器约为14 ms,EDGE约为22 ms。10FFF各剂量率的出束时间延迟基本一致,而6FFF、6 MV和10 MV则随剂量率的变化略有增加。4个能量各剂量率的束流截止时间延迟均较小且相对一致,部分能量有随剂量率变大而延迟缩小的趋势。结论：本研究提出的RPM束流时间延迟参考质控方法和条件具有较高的测量可信度和较强的临床实操性,测量结果表明RPM呼吸门控系统响应灵敏,研究结果为呼吸门控系统的时间延迟质控提供了重要的方法学指导与数据参考。     

调强型多叶光栅

０简介随着放射治疗技术的飞速发展,对病灶靶区实施精确的剂量照射已成为现代放疗技术发展的主要方向。在此要求的基础上,人们提出了适形放射治疗的理论：即由医用电子直线加速器照射病人后在患者体内产生的剂量分布与患者肿瘤的形状尽可能地接近,同时尽量降低肿瘤周围...     

医用直线加速器机房迷路改进设计研究

在原有医用直线加速器机房基础上,依据NCRP151报告,对加速器机房迷路进行改进,从而改变门口屏蔽厚度,使到达门口的剂量降低至合理剂量范围内,消除公众对辐射的恐惧心理。经改进设计发现,直接延长迷路达到24.4 m时,射线到达门口的辐射剂量为20.00μSv/week;改成90°拐弯延长迷路4.42 m时,射线到达门口的辐射剂量为19.60μSv/week;改成180°拐弯延长迷路2.7 m时,射线到达门口的辐射剂量为18.53μSv/week。改成180°拐弯迷路和90°拐弯迷路不仅可以减少迷路的延长距离,在造价上相对于传统安装的铅门也有优势。总之,医用直线加速器机房的迷路使用180°角拐弯延长法可最大程度降低有效剂量,并获得较高的性价比。