利用蒙特卡罗模拟评估空气间隙对点扫描质子治疗的剂量影响

目的:利用蒙特卡罗模拟探究空气间隙对点扫描质子治疗的剂量影响。方法:利用通用蒙特卡罗程序Geant4平台构建使用射程移位器的治疗头末端的点扫描质子束流模型,并进行验证。模拟计算不同能量、不同射程移位器、不同束斑尺寸、不同束斑数目在不同空气间隙条件下的质子束流在水模体中的剂量沉积,并通过获得的积分深度剂量生成剂量修正因子对剂量的差异进行比较。结果:不同空气间隙会造成剂量损失,随空气间隙增大而增大,随水模体中深度增加而减小。对于能量更高的射束和使用水等效厚度更薄的射程移位器,剂量损失越大。束斑尺寸改变和束斑数目增加较少时造成的剂量损失与同条件下单一束流无显著差别。结论:当使用射程移位器、肿瘤位置较浅、空气间隙较大时,建议建立剂量修正因子数据库应用于治疗计划系统对剂量进行修正。     

质子束流蒙特卡罗模型的建立及对脊形滤波器的探究

目的:探究脊形滤波器结构对质子束流展宽的影响。方法:利用蒙特卡罗程序FLUKA建立质子束流模型,并进行验证。模拟质子束流通过三棱柱型（A型）和金字塔型（B型）两种脊形滤波器,比较使用和不使用脊形滤波器的模拟值:束流前端最大剂量50%到束流末端最大剂量50%的宽度（E50-D50）、束流前端80%到束流末端80%的宽度（E80-D80）及束流末端80%到束流末端20%的宽度（D80-D20）。结果:根据模型计算出的121.1 MeV质子对应的模拟值绘制的积分深度剂量曲线与实际测量的积分深度剂量曲线,E50、E70和D80位置偏差不超过0.06 mm;A型相比B型将E50-D50平均多展宽了0.80 mm,将E80-D80 平均多展宽了0.27 mm,将D80-D20 平均多展宽了0.08 mm。结论:建立的质子束流蒙特卡罗模型合理,三棱柱型（A型）脊形滤波器展宽质子束流的效果更好。     

ProBeam质子治疗系统辐射屏蔽的防护效果

目的:对医用质子治疗系统的辐射屏蔽效果进行实际测量和分析,以期为相关单位和部门进行质子放射工作场所辐射防护检测或相关研究提供参考。方法:以瓦里安ProBeam质子治疗系统为研究对象,根据回旋加速器、治疗机房的布局和质子束流的传输路径和方向,进行了各关注点位的布局设计。另外,测量方案中对各关注点位设计了最不利工况,使用X/γ探测器和中子探测器对各关注点位在对应工况下的X/γ剂量率和中子剂量率进行实测,并对测量结果进行理论分析。结果:各关注点位实测到的X/γ和中子剂量率均低于辐射防护标准要求的限值,且大部分点位的实测数据接近环境本底水平。其中,位于降能器上方电源室的U1点位的剂量率测量值最高,为2.28 μSv/h,同样低于防护标准要求的适用于该点位的剂量率限值10 μSv/h。结论:本研究涉及的质子治疗系统的屏蔽设计满足辐射防护的要求,所有关注点位在最不利条件下的剂量率实测结果均满足防护标准的剂量率限值要求。对于质子治疗系统屏蔽防护效果研究的点位布局及测量工况设计和实测数据方面,本工作可以为同类研究提供参考依据。 【关键词】辐射屏蔽;质子治疗系统;辐射场;环境影响     

基于蒙特卡洛方法和数字体模的质子治疗设施屏蔽优化设计

目的:评估采用蒙特卡洛（MC）模拟方法和中国科学技术大学数字人体模型（USTC体模）在质子治疗设施中的辐射屏蔽优化设计。方法:使用MC模拟方法和USTC体模计算数字体模处于不同位置时在不同部位的当量剂量率（EDR）,对安徽省合肥市离子医学中心（HIMC）的新型质子治疗设施的屏蔽设计进行评估,并将其与采用经验公式计算得出的EDR进行比较。结果:使用铁靶时,经验公式计算得出的EDR值比MC模拟方法得到的结果偏高27.6倍;使用水靶时,经验公式计算结果较MC模拟结果高36.6倍,说明使用经验公式进行屏蔽计算将使得剂量被高估,从而导致成本增加,不符合辐射防护最优化原则。结论:利用USTC体模对质子治疗设施进行基于MC模拟的屏蔽计算可以得到更加准确和优化的结果。     

基于蒙特卡罗模拟的直肠癌术前容积调强放射治疗计划剂量验证

目的: 通过蒙特卡罗模拟评价基于各向异性解析算法（AAA）直肠癌术前容积调强放射治疗计划（VMAT）的剂量计算精度。方法: 选取20例基于AAA算法和RapidPlan模型优化的直肠癌术前VMAT计划,通过对比蒙卡模拟与治疗计划计算结果的平均DVH、靶区适形度（CI）、靶区均匀性（HI）和Gamma 3D通过率等参数,评估基于AAA算法的VMAT治疗计划剂量计算精度。结果: 两种Gamma 3D评估策略通过率的均值与标准差分别为97.58±0.47%（Max Dose）、92.46±1.76%（Local Dose）,且差异具有统计学意义（P<0.05）;对PTV和PGTV的CI、DMin、膀胱的D50%、DMean等不符合正态分布的参数做相关样本非参数检验,除PGTV的CI和Dmin外,差异均具有统计学意义（P < 0.05）;其他服从正态分布的参数做配对样本T检验,差异均具有统计学意义（P < 0.05）。结论: Rapidplan模型计划在低剂量区通过率较低,说明AAA算法射野边缘低剂量区计算偏差较大;靶区Dmin与算法的精度较为相关,CI和HI参数相对于蒙卡模拟结果有一定差异;AAA算法在股骨头和膀胱的D50%、DMean相对蒙卡模型有不同程度的低估。     

质子治疗技术的发展及其挑战

质子治疗有显著的剂量学优势,布拉格峰的迅速跌落可保证肿瘤在接受相同照射剂量的同时,大大减少肿瘤周围正常组织受照射剂量,降低放疗并发症。但是质子剂量学优势能否充分转化为临床患者的获益仍然存在一定的争议。本文综述了质子治疗的历史、基础原理及其技术发展历程,并分析了质子治疗的优势和面临的挑战。     

三维治疗计划系统参数检测与剂量验证

目的:对拓能三维治疗计划系统进行临床应用之前的系统参数检测和剂量验证并讨论。方法:(1)用电离室对TPS所需的PDD、OAR等机器参数进行检测,并将其导入TPS中,以验证实测值与TPS计算值之间的符合程度;(2)在照射区内用电离室对水箱中心轴上的三处点剂量进行测量,以验证治疗计划系统剂量计算的准确性。结果:(1)机器参数的实验测量曲线与TPS的计算曲线均符合得比较好;(2)与TPS计划剂量比较,实际测量剂量的相对误差在-0.25%～2.28%之间,平均误差为1.08%。结论:拓能三维治疗计划系统能够满足三维适形放射治疗的要求。     

质子治疗非小细胞肺癌的系统评价**

背景：质子治疗能量大,侧向辐射小,其射束的深度剂量分布曲线在其末端形成博拉格峰,提高了肿瘤的局部控制率,减小了周围正常组织器官并发症的发生率。 目的：评价质子治疗非小细胞肺癌的临床疗效和安全性。 方法：检索PubMed、Cochrane library、EMBASE、中国期刊全文数据库、中国生物医学文献数据库、中文科技期刊全文数据库,收集质子治疗非小细胞肺癌的临床研究,提取数据,并采用方法学评价指标对纳入研究进行质量评价,对满足条件的数据采用RevMan5.0进行合并分析,对不能合并的进行描述。 结果与结论：共纳入11个临床研究,308例患者,主要为Ⅰ期临床试验。非小细胞肺癌的质子治疗2~5年局部控制率为57%~87%,2年和5年总生存率分别为62%~84%和29%,晚期毒性的发生率为10%。与光子治疗相比,质子治疗在正常肺组织及邻近重要器官的照射剂量方面的差异有显著性意义。说明质子治疗非小细胞肺癌很有临床应用的前景。但在质子治疗作为一种国际标准化的治疗方法应用于非小细胞肺癌患者前,尚需在各期患者中进行高质量大样本的临床研究。     

GATE:一种用于辐射层析成像的蒙特卡罗模拟技术

描述了GATE的主要特点以及实现这些特点的GATE所具有的层级结构.通过测试由GATE软件包自带的GATE PET Benchmark的模拟结果,验证了GATE模拟引擎的正确性以及不同初始随机数下多次模拟实验的稳定性与可靠性.     

基于微剂量学蒙特卡罗模拟的重离子生物有效剂量精确计算方法

目的:在蒙特卡罗（MC）模拟当中引入理想组织等效正比计数器（Ideal TEPC）,并结合微剂量动力学模型（MKM）精确计算重离子生物有效剂量。方法:采用Ideal TEPC与MC模拟方法对能量为330 MeV/u具有6 cm展宽Bragg峰（SOBP）的碳离子束生物有效剂量进行计算。结果:优化得到MKM模型的参数为:[α0=0.12 Gy-1],rd=0.39 μm,Rn=3.7 μm。对于能量为330 MeV/u具有6 cm SOBP碳离子束生物有效剂量的计算显示:基于MKM模型计算的生物有效剂量与碳离子放射治疗计划系统（ciPlan）中的生物有效剂量具有较好的一致性,二者偏差随深度的增加而增大,在坪区、SOBP前端、SOBP中点、SOBP后端、尾区的偏差分别为0.3%、1.7%、2.7%、4.9%、10.3%。结论:Ideal TEPC结合MC模拟能够准确计算重离子的生物有效剂量,有效避免TEPC壁引起的辐射场畸变,结构材料所产生的[δ]电子对线能谱的影响,以及实验中位置的偏差,具有良好的移植性。     

质子治疗设备的现状和发展

为了实现质子治疗,必须有一套比常规电子直线加速器更复杂,规模更大的质子治疗设备与系统。本文首先简要地介绍质子治疗装置的系统原理,基本结构和当前国际上的质子治疗装备的商品供应概况。在此基础上进一步论述国际质子治疗装置的现状和当前的质子治疗装置研制发展。在文的最后再简要地介绍当前国际上的已有的专用质子治疗中心近况。     

扫描式质子放疗系统自动化束斑测量与分析方法的设计和应用

目的:针对具有录像功能的闪烁体探测器Lynx-PT和笔形束扫描（PBS）质子放疗系统,设计一种质子束斑测量与分析方法,为PBS质子放疗系统的临床调试、束流建模和周期性质控测量提供可靠、高效的解决方案。方法:配置PBS质子放疗系统和Lynx-PT的相关参数,设计数据预处理和束斑分析流程,将两种数据处理流程嵌入自研软件（SpotCheck）,实现从束斑采集到数据预处理再到束斑特性分析的全流程自动化。结果:SpotCheck输出的束斑尺寸结果与现有商业化软件（myQA, 比利时IBA公司）以及厂商的现场验收测量结果均保持一致,能成功识别所有束斑录像文件的数据质量问题,并将质子束流占用时间从4 d缩短至0.5 d。结论:本文方法的束斑尺寸计算结果准确、束斑采集速度快、数据处理流程自动化程度高,极大提升了PBS质子放疗系统临床调试和束流建模的效率。     

Investigation of the origin of scatter components transmitted through anti-scatter grids in X-ray Digital Imaging system using Monte Carlo Simulation

BackgroundProjection diagnostic X-ray images are inherently affected by the masking effects of transmitted scatter. Spatially distributed transmitted scatter degrades image quality engendering need for effective scatter correction protocol.ObjectivesTo investigate origin of scatter components transmitted through anti-scatter grids to the detector of digital radiography system using Monte Carlo simulation.MethodsOver 107 photons were exposed through the reconstructed MC simulation phantom. Transmitted photons (primary and scatter) were scored as fluence, dose and deposited energy. Scatter components were investigated analytically over varying phantom thickness, tube kV and grid characteristics. Test disks were exposed as ROI embedded in phantom to evaluate the potential contrast improvement in image quality with the proposed technique.ResultsSimulated and experimental results were comparable and in agreement with literature. SPR and SF mean values of 10.5, 0.314 and 7.96, 0.242 through grids of ratio 10:1 and 16:1 respectively was observed. Analysis of scatter components generation in object, grid''s assembly, and fluorescent yields gave mean values of 0.815, 0.167 and 0.017, respectively. Image contrast was observed to increase with tube voltage and grid ratio.ConclusionAchieving better image contrast, reduced patient dose and low scatter transmission while maintaining superior image quality, using grids with high grid ratio and selectivity is recommended.     

Use of a new transdermal delivery system for estrogen replacement therapy in postmenopausal women

This study reports on the use of a new transdermal delivery system for estrogen replacement therapy. This was a 12 week open multicenter trial using patches that delivered 0.05 mg/24 hour of 17β-estradiol applied twice weekly, every 72 hours, with one week interval after each 3 weeks. Results indicate an overall significant improvement on climacteric complaints with a highly significant and time-related reduction in the two most frequent symptoms: hot flushes and night sweating. Neither local nor systemic side effects were prevalent. By the end of treatment mean plasma levels of estradiol and FSH were 50.6 pg/ml and 46.8 mIU/ml, respectively. It is concluded that this new system of transdermal estrogen replacement therapy significantly reduces the main postmenopausal symptoms, produces adequate plasma estradiol levels and allows good compliance to treatment.     

质子治疗的物理与生物学基础

近几十年来质子治疗在临床上取得了巨大成就,这是因为质子束在物理学和生物学上具有独特的优势。在肿瘤治疗学上质子比常规射线(^60Co、X射线、电子)有两个主要优势：(1)可根据肿瘤在体内的深度,使质子束精确地定位在肿瘤病灶处,以使肿瘤受到最大的照射剂量而不伤害健康组织,从而达到适形治疗。(2)可根据肿瘤的形状改变质子在微观尺度能量沉积的形状,实现辐射生物学效应的改变。基于此,对于形状较复杂的大实体瘤,质子治疗比常规治疗有更高的精度。质子的这些在治疗学上特异的可能性是由其剂量学和辐射生物学特性决定的。剂量学的性质与能量在宏观尺度的沉积特征有关,作为带电粒子,质子在介质中有确定的射程和相对小的散射歧离,此外在射程前端剂量相对较小,而到射程末端剂量达到最大,形成一个尖锐的Bragg峰,基于这屿特点使得肿瘤受到高剂量的照射而周围的健康组织受到很小的伤害;相对生物学效应与能量在微观尺度的沉积特征有关,与重离子相比虽然质子属于低LET射线,但就其能量在微观尺度沉积的性质与常规射线相比质子足致密电离辐射,因此目前已有实验证实质子治疗比常规射线治疗增加了相对生物学效应,然而目前对能量的微观沉积与生物学效应关系的原理仍需要进一步从理论上和实验上研究证明。文中分析了质子与介质的作用过程、以及传能线密度(LET)、相对生物学效应(RBE)、氧增比(OER)等放射治疗学的一般概念,讨论了质子用于肿瘤治疗的物理学与生物学性质。