用45MV轫致辐射在肿瘤组织产生的光核反应和PET显像研究肿瘤的乏氧情况

目的:提出了一种新的肿瘤乏氧研究方法——光核反应PET显像法,并用放置在同一房间的LA45加速器和PET实验研究该方法。材料与方法:"光核反应PET显像法"研究肿瘤乏氧的原理是由于血液中80%的成分为氧(16O),利用高能光子(如45 MV)辐照人体肿瘤诱发的光核反应16O(γ,n)15O产生的15O的PET显像位置和活度分布,分析确定肿瘤靶区内氧(16O)的分布和肿瘤的血流灌注信息,继而推测肿瘤内部的乏氧(16O)情况和位置分布。选择腹部肿瘤、肝癌、肺癌和肾癌患者5人,肿瘤大小范围从10 cm×10 cm～1.2 cm×1.0 cm,按常规的3DCRT规范对肿瘤部位实施均匀剂量的照射治疗,其中在第一分次治疗时,用LA45加速器45 MV X射线按TPS方案行3野～5野2 Gy～3 Gy剂量照射,随后立即将患者快速转移(大约2 min)至同一治疗室的PET进行20 min的15O扫描显像,对扫描结果进行必要的衰减校正等分析处理,获得15O的在照射位置的活度分布,进而确定肿瘤部位氧(16O)的分布,通过与治疗计划TPS的结果比较,便可推知肿瘤内部的乏氧情况和照射位置是否准确等。结果和讨论:对较大的实体肿瘤,该方法能很好分析出肿瘤内是否存在乏氧。这可能是因为较大实体的肿瘤内容易形成乏氧区,生成的15O活度密度分布差容易区分。对肿瘤病灶小(CTV小于2 cm)且处于密度相对低的组织如肺,15O不能形成有效显像。这可能由于肿瘤很小,且在组织密度低的、毛细血管发达的肺部,这样不仅生成的15O活度密度(单位体积的15O活度)相对较少,而且生成的15O也可能很容易由发达的毛细血管冲洗到肿瘤外部并被稀释。由于15O半衰期很短,为了减少时间,一般设计3野2 Gy照射计划,这样适形度稍差些,更不利的是容易在皮肤表面形成较强的显像,如果单次剂量能给到3 Gy,可以设计5个野,这样既能有清晰的显像,又有较好的适形度,更重要的是不会在皮肤表面产生很强的干扰显像。     

利用OBI系统进行普放模拟定位的可行性研究

目的:研究利用瓦里安23EX机载影像系统(On Board Imager System,以下简称OBI系统)进行普通放疗模拟定位的可行性,开发其新的功能,拓展其使用范围。材料与方法:选取欲行全盆腔前后两野对穿照射患者一例,在源皮距为100cm时摆好位,通过OBI系统拍摄平片,调整患者体位或治疗床参数,使治疗部位全部位于图像窗口之内,根据临床要求确定照射野大小、形状及准直器转角,机架转角等射野参数。根据定位参数设置加速器,打开加速灯光野进行体表射野的勾画,记录相关治疗参数。结果与讨论:OBI系统可以用于常规放疗中的模拟定位,但其范围受非晶硅探测板灵敏区大小(X方向397mm、Y方向298mm)等因素的限制,对于上下(Y方向)超过298mm的病变,因图像范围不能全部包括靶区,无法进行定位。结论:在未配置普通X线模拟定位机或普通X线模拟定位机出现故障时,OBI系统在一定范围内可以临时替代常规X线模拟定位机用于常规放疗模拟定位。     

医用电子回旋加速器扫描束性能和辐射质的研究

目的:探讨MM50射线品质测量方法及扫描光子束的性能.方法:用半导体探测器和电离室及RFA-300水箱等测试工具,采用各种测量方法并对结果作比较.结果: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.结论:所得的结果与过去的一些文献的理论不太相符,原因是MM50是一种新型的设备,具备多种能级,并拥有先进的电磁扫描控制和稳定的扫描射束,已超越了传统的局限,证明MM50具备更好的射线品质.     

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。     

高能电子束和光子束混合治疗的临床应用

目的:利用MM50高能电磁扫描电子束的剂量学特性,进行电子束与光子束混合治疗在临床上的应用研究。探讨和评价在胸部肿瘤治疗中靶区和肺及脊髓的剂量分布的改善情况。方法:首先使用绝对剂量仪和三维水箱等设备对MM50高能电子束和光子束物理及剂量特性进行深入的测量,并对数据进行各种分析和处理。然后使用计划系统布野并获得病人的剂量分布,对靶区和重要器官的受量进行比较分析。结果:采用电子线/光子线混合照射的治疗方法与传统的对穿野治疗相比,靶区和重要器官如肺和脊髓的吸收剂量分布得到很大改善。结论:MM50高能电子束和光子束混合治疗在临床上有较高的应用价值。这种技术对纵膈等胸部肿瘤治疗时,可以大大减轻肺部的受量,因而降低放射性肺炎的发生率。     

高能X射线肿瘤照射靶区的生物剂量验证的可行性研究

目的:研究MM50加速器高能X射线放疗患者时光核反应产生的正电子发射核在PET/CT的显象技术及显象信息,探讨用该信息对照射的肿瘤靶区准确度和剂量分布进行活体的生物学验证。材料与方法:当用高能光子线照射肿瘤时,其与人体的主要组成元素碳C、氧O、氮N等进行光核反应,在照射区会产生可发射正电子的11C,15O,13N等核素,用正电子发射断层扫描仪PET/CT立即扫描照射后的病人,11C,15O,13N等发射的正电子即可在功能影像或分子生物学影像设备PET/CT上显像。根据显像的位置和强度便可分析推断和验证肿瘤照射的生物学位置和生物学剂量,从而真正意义上实现精确的生物适形放疗和验证。用与人体组成类似的有机玻璃头模实验,按常规放射治疗程序,先在PET/CT进行肿瘤的CT定位,之后用治疗计划系统TPS设计三野照射计划,按计划在MM50加速器上用三组不同能量(10MV,25MV,50MV)和剂量为1Gy～10Gy的X射线进行照射。由于碳C、氧O是人体最主要的组成元素,所以我们只研究11C,15O等核素的显像。对11C和15O,PET/CT上分别扫描20min或2min～5min获取正电子核素显像及显像位置、强度分布等信息。MM50是IBA公司医用跑道式电子回旋加速器,束流能量范围10MeV～50MeV,三维治疗计划设计系统是核通公司的3D治疗计划系统TPP3.2,美国GE公司的Discovery LSⅡ PET/CT,用于肿瘤定位和核医学图像扫描及数据处理。结果:10MV X射线,放疗后不能产生光核反应;25MV X射线可产生光核反应,但需要较大的照射剂量,方能获得有意义的信息。对50MV X射线,2Gy～4Gy的常规放疗剂量即可获得11C,15O的正电子显像图及强度分布等信息,10Gy的剂量即可清楚获得15O和11C的正电子显像图及强度分布等信息。结论:MM50加速器50MV X射线放疗病人时光核反应产生正电子发射核可在PET/CT上显像,显像的位置和强度分布可用来对射线照射肿瘤靶区的准确度和照射剂量进行生物学验证,但要获得定量关系还需做大量工作。     

高能X射线肿瘤照射靶区的生物学位置的实验模拟研究

目的:研究50MV高能X射线照射患者时光核反应产生的正电子发射核<'11>C、<'15>O在PET的显象技术及信息,探讨用该信息定量研究照射的肿瘤生物靶区准确度和剂量分布情况.方法:50 MV的X射线照射圆柱体模后快速置于PET上扫描显像和数据处理,确定射野轨迹和照射区大小并与物理射野大小比较,确定<'11>C活度分布...     

MM50加速器一维扫描调强的研究

目的:初步探讨MM50一维电磁扫描调强.方法:利用MM50独特的计算机扫描调制和聚焦系统,研究MM50六边形扫描模式和圆形扫描模式.通过改变扫描模式研究一维适形调强方面的特点,将50MV X射线和电子线的扫描楔形分布实测的离轴曲线与理论曲线做对比分析.结果:实测曲线与理论曲线吻合良好.50 MV X射线的扫描楔形分布,在楔形方向上的最大误差为1%,在对称方向上的最大误差为3%.50MeV电子线的楔形分布,计算结果与测量结果的差别小于2%.讨论:说明用MM50扫描束可获得较好的调强效果.     

PET成像应用于高能光子剂量验证的定量研究

目的 通过PET扫描对高能光子照射不同模体产生的正电子进行定量研究,探讨PET成像在高能光子放疗中生物剂量验证的可行性.方法 利用25和50 MV高能光子照射不同模体(水凝胶、聚乙烯和不均匀模体),照射剂量为2、4、6和8 Gy,照后1 min内立即对模体进行PET扫描,记录正电子计数率随时间的变化,扫描完成后对其进行数据拟合,推算产生核素的半衰期.将模体横截面和矢状面的活度分布图与TPS计算的剂量分布图进行对比,观察正电子活度与剂量分布的相关性.结果 根据各时刻正电子计数率进行拟合,得到水凝胶和聚乙烯中产生的正电子半衰期分别为2.23和19.47 min,与11C和15O的半衰期2.08和20.2 min相差不大.50 MV光子在水凝胶和聚乙烯中产生的正电子数量分别是25 MV光子产生的3.88和3.86倍,正电子产额随模体吸收剂量增加而成比例增加.除了在剂量建成区和模体空腔外,模体深度-活度和离轴-活度分布均与剂量分布相似.结论 高能光子与模体反应生成的正电子数量和分布与剂量关系密切,利用PET成像进行高能光子剂量验证理论上是可行的.