基于体素的分析方法比较IMRT与VMAT技术在晚期鼻咽癌患者大脑中的剂量差异

目的:定位晚期鼻咽癌患者放疗过程中大脑受照射的确切位置,分析IMRT和VMAT技术在晚期鼻咽癌患者的脑内剂量分布差异。方法:使用蒙特利尔神经学研究所空间中的CT脑模板,采用基于体素的分析方法对脑内的剂量分布进行分析。结果:对于晚期鼻咽癌患者,VMAT计划在保护脑内正常组织方面并没有表现出优势,相反,IMRT计划更加出色,IMRT计划表现出优势的区域包括脑干、小脑后叶、小脑前叶、颞叶、枕叶、边缘叶以及叶下回的部分区域。结论:对晚期鼻咽癌患者,VMAT在保护正常脑组织方面显示出劣势,提示IMRT方法对正常脑组织的保护可能更有优势。

具有圆度误差的径向金属密封接触应力研究

由于加工圆度误差的影响,井下流量控制阀径向金属密封接触应力分布不均匀,从而影响密封性能。利用有限元方法研究具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布,并分析圆度误差对径向金属密封接触应力的影响;基于有限元分析结果提出径向金属密封接触应力分布的理论解析式,并进行误差分析。具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布的理论解与数值解相符,各参数引起的最大接触应力的平均相对误差约为10%。根据具有圆度误差的径向金属密封副接触应力的分布规律,提出合理的过盈量函数,修正了径向金属密封轴对称结构的悬臂梁模型的接触应力理论关系式,得出了圆度误差下的径向金属密封接触应力分布规律。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。

露出式刚接箱型柱混合节点的抗震性能分析

运用ABAQUS有限元软件,分析了用于RC框架-钢结构加层混合结构的露出式刚接箱型柱节点的非线性受力性能,并在验证有限元模型正确性的基础上,深入研究了相关参数对露出式刚接节点抗震性能的影响规律,并提出设计建议。结果表明:露出式刚接箱型柱混合节点为梁塑性铰破坏,具有较强的耗能能力和塑性变形能力,但刚度退化较为严重;根据相关参数研究提出合理的设计建议,上部钢柱应尽可能采用平面内、平面外等稳定性的箱型或■字形截面柱;就论文所研究的试件来看,轴压比控制在0.16~0.40之间比较合理。

腐烂茎线虫经羊消化道后的活性检测与分子鉴定

腐烂茎线虫是严重威胁我国马铃薯、甘薯等产业发展的重要植物病原线虫,而目前对其传播机制仍不清楚。本研究收集田间感染马铃薯腐烂茎线虫的病薯饲喂山羊,结果在羊粪中检测到了腐烂茎线虫虫卵。分子鉴定结果表明,相关病原线虫为B型腐烂茎线虫。通过孵化试验与室内接种试验进一步证明了羊粪中的腐烂茎线虫虫卵可以孵化成幼虫为害马铃薯。相关研究首次证实了粪肥对腐烂茎线虫的传播作用,揭示了榆林地区常年连作玉米的田块在种植马铃薯后腐烂茎线虫病突然暴发的潜在原因,对于今后指导种植户及时清理、集中销毁田间病烂薯,以及杜绝使用未腐熟羊粪作为肥料的粗放管理模式提供了重要理论依据。

基于EBT3胶片开展电子FLASH放疗剂量测量研究

闪光放疗使用超高剂量率在毫秒时间内将剂量全部注入靶区,其超高剂量率使现有的在线剂量计基本失效,目前通常使用辐射显色胶片来测量剂量。基于中国工程物理研究院应用电子学研究所研制的电子加速器搭建了电子FLASH放疗平台,基于EBT3胶片的快速读出方法,研究了此平台的剂量率范围及剂量分布。实验结果表明,EBT3胶片的快速读出方法可用于电子FLASH放疗的剂量测量,在源皮距100 cm及深度1 cm处剂量率在240~290 Gy/s之间;电子束到达模体表面的平均能量的波动会导致靶区约±5%的剂量波动;面剂量分布满足平坦性在±5%以内和对称性在±3%以内的要求。

基于PLZT陶瓷的光控复合驱动光开关性能研究

针对传统光开关静电驱动易引起电磁干扰等问题,该文提出了一种利用镧改性锆钛酸铅(PLZT)陶瓷光电特性的光控复合驱动方式。阐述了基于PLZT陶瓷能量转换的驱动机理,建立了扭臂式光开关的光控复合驱动数学模型,并得到了驱动电压和输出位移的表达式。在此基础上采用COMSOL Multiphysics对光开关进行有限元仿真,利用所搭建的光学平台实验装置,对不同光照强度下的驱动性能进行理论、仿真和实验的对比分析。结果表明,光开关不同部位上的电势及电场线分布均匀,证明了模型结构设计的合理性。并且通过理论计算、仿真及实验研究验证了驱动数学模型的准确性,为开关控制提供理论基础。

张家口某高校综合楼的热源设计

应国家“双碳”计划的提出,加快发展新能源,提升清洁能源消费比重将成为必然趋势。对河北某高校一科研综合楼进行热源设计,计算热负荷,并结合该工程实地条件,对热源的形式进行确定,提出并重点分析了两种热源方案的经济性。结合张家口市气候特点以及工程实际,本设计更合适选用固体蓄热式电锅炉的热源方案,有较好的环保效益与经济效益。

电子FLASH-RT剂量学模拟计算与实验研究

通过实验测量与数值模拟相结合的方法评估电子FLASH-RT的剂量学特性。实验中,使用EBT3胶片在固体水模中测量剂量,同时采用MCNP5程序模拟验证束流特征参数。实验平台基于9 MeV电子直线加速器构建,通过调整加速器参数,在源皮距1 m处实现了250 Gy/s的超高剂量率。实验与模拟结果在剂量分布上的最大偏差不超过5%,束流平坦度控制在3%以内。关键剂量率评估显示,加速器在最大工况下工作,可获得满足FLASH效应所需的超高剂量率。离轴剂量变化研究表明,引出窗中水层的存在改善了束流的均匀性。中心轴深度剂量分布分析表明,模拟与实验结果在水层厚度10 mm时吻合较好。二维剂量分布显示,模拟结果与EBT3胶片测量趋势一致。研究结果表明,电子FLASH-RT实验平台能够提供所需的超高剂量率,且实验与模拟结果具有较高的一致性,为FLASH-RT的进一步研究和应用提供了重要的剂量学参数和束流特征参考。

基于CPN模型的工控网络应用层脆弱性研究

随着工业控制系统的网络安全问题越发严重,从机理上对工控网络安全脆弱性进行研究变得更加迫切。针对工控网络应用层基于加密安全通信机制的网络安全问题,将着色Petri网(CPN)理论引入工控网络应用层的脆弱性分析。对基于加密通信机制的过程进行标准状态和不安全状态的建模,通过引入模型的状态方程,将脆弱性分析的问题转化为对线性方程的求解问题。通过一个加入中间人攻击的案例验证了不安全状态的可达性,并得到了一个CPN模型的变迁执行(攻击)序列。通过一个中间人攻击算例进行了试验验证。试验结果表明,在掌握工控网络通信机制和工控协议规范的条件下,对于基于加密通信机制的工控网络,攻击者可以达成攻击效果。这意味着相应的工控网络存在可被利用的漏洞。

POD算法在飞机RAT舱温度预测中的应用研究

冲压空气涡轮(RAT)系统是飞机的应急发电系统,在飞机失去主交流电源后为飞机供电,RAT平时回收在非气密区的RAT舱内,在应急工况下释放到气流中。RAT舱温度很大程度上决定了RAT的释放时间,进而影响飞机在应急工况下的安全性,RAT舱的温度预测对于应急供电下的安全性具有重要意义。通过本征正交分解(POD)将RAT舱温度与高度、大气静温、飞行速度、RAT舱周围舱温度作为模型整体进行统一分析,并通过RAT舱温度简化模型及简化模型与完整模型的映射关系,选取试验数据作为样本数据,利用POD算法进行RAT舱温度预测。结果表明:1阶模态占据所有模态的比重超过99%,归一化处理后预测结果的平均绝对误差最小可达到0.063,均方根误差最小达到0.07;POD算法可以在样本数据基础上,通过模态重构有效预测RAT舱的温度信息。

陕西关中枣区枣疯病介体昆虫种类鉴定及种群消长动态分析

为预防和控制陕西关中枣区枣疯病,明确枣疯病潜在的介体昆虫种类,确定主要叶蝉的种群消长动态,于陕西省大荔县3块枣疯病发病严重的枣园,利用黄板诱捕法,从2022年4—10月对枣园的潜在介体昆虫进行调查和鉴定,并基于16SrDNA基因对昆虫枣疯病植原体携带率进行分析。发现潜在介体昆虫11种,包括多彩斑翅叶蝉、片突菱纹叶蝉、凹缘菱纹叶蝉、一点木叶蝉、小绿叶蝉、条沙叶蝉、茶扁叶蝉、异色对纹叶蝉、褐三刺角蝉、灰飞虱和绿盲蝽。不同昆虫的种群消长动态表明,多彩斑翅叶蝉、片突菱纹叶蝉和凹缘菱纹叶蝉为枣园的优势种,相对丰度分别为58.38%、15.68%和10.32%。叶蝉成虫的数量呈先上升后下降的趋势,多彩斑翅叶蝉有4个数量高峰,片突菱纹叶蝉和凹缘菱纹叶蝉均有2个数量高峰。枣疯病植原体PCR检测结果表明,片突菱纹叶蝉、凹缘菱纹叶蝉和灰飞虱样本中枣疯病植原体携带率分别为13.33%、12.67%和10.00%,其他昆虫中未检测出枣疯病植原体。本研究首次在灰飞虱体内检测到枣疯病植原体,表明灰飞虱可能为潜在的枣疯病介体昆虫。对介体昆虫的监测与防治有利于控制枣疯病的流行与蔓延,研究旨在为以阻断枣疯病传播链为目的的介体昆虫防治提供参考。

商洛市甘薯茎线虫病初步调查和防治措施研究

首次在商洛市3个田块中调查发现甘薯腐烂茎线虫病感染,感染率分别为5.80%、5.93%和4.98%,病情指数分别为2.72、3.28和2.74。实验室形态学观察和病原线虫,rDNA-ITS区PCR检测进一步确认了甘薯腐烂茎线虫的存在。跨地区购买易感作物种苗、易感作物轮作、种薯带病原线虫可能是商洛市发生甘薯腐烂茎线虫病的主要原因。生产中应提高认识,调整茬口;选择抗病品种,提倡高剪苗技术;加强检疫,严禁从疫区购买种苗;合理使用杀线虫农药。积极采取预防措施来遏制甘薯腐烂茎线虫病在商洛市的传播和蔓延。

摆位误差对立体定向放射治疗计划剂量学验证的影响

目的:分析立体定向放射治疗(SBRT)患者中摆位误差对剂量学验证结果的影响。方法:分别对14例肺癌患者进行SBRT计划设计,并将计划移植到Delta4剂量验证模体中进行剂量计算,在Varian Trilogy加速器上进行照射,通过移动治疗床模拟患者左(+X)、右(-X)、头(+Y)、脚(-Y)、腹(+Z)、背(-Z)方向上1、3、5 mm的摆位误差,对这6个方向γ通过率的相关性进行分析,从而在γ(3%/3 mm,2%/2 mm)两个标准情况下验证摆位误差对剂量验证通过率的影响。结果:γ(2%/2 mm)参数下仅摆位误差为1 mm时的右方向和脚方向与原计划相比差异无统计学意义(P>0.05);γ(3%/3 mm)参数下摆位误差为1 mm时所有方向与原计划相比差异均无统计学意义(P>0.05)。当摆位误差为1 mm时各方向的两个标准的γ通过率均>90%;当摆位误差为3 mm时,γ(3%/3 mm)的右、脚、腹和背方向的γ通过率>90%,其它方向以及γ(2%/2mm)标准下的γ通过率均<90%;当摆位误差为5 mm时,各方向的两个标准的γ通过率均<90%,头方向γ(2%/2 mm)通过率降为(35.29±8.40)%。结论:摆位误差对于SBRT计划的剂量学验证有较大的影响,标准越严格,摆位误差对验证通过率的影响越明显。

中国第一台高性能白光中子源——CSNS反角白光中子源及其应用

基于中国散裂中子源(CSNS)建设的我国第一台高性能白光中子源——反角白光中子源(Back-n)是国际上综合性能最好的白光中子源之一,能区范围覆盖meV~百MeV,飞行时间测量分辨率可在全能区达到1%以内,中子注量率国际领先。自2018年3月建成以来,Back-n已开展了一系列的核数据测量实验、探测器标定实验、中子辐射效应实验和中子照相研究,科研产出效率非常高,实验数据质量达到了研究要求,为我国多领域的科学研究和应用研究提供了一个强大的平台。本文对该白光中子源的性能特点、已投入运行和规划中的核数据测量实验谱仪进行了综述,并指出了主要应用方向。

双侧乳腺癌同步放疗设计中多射野中心及固定钨门技术的应用

目的:拟利用双射野中心及固定钨门限定射野范围方式分别设计双侧乳腺癌的容积弧形旋转调强及三维静态调强放疗计划,并对两者放射治疗计划的结果进行评价,分析此放疗技术在临床治疗的可行性。方法:选取8例确诊且进行放疗的双侧乳腺癌患者进行回顾性研究。利用Ray Station v4.5系统,基于Trilogy加速器参数分别设计两种固定射野的调强计划:双射野中心容积旋转调强(D-VMAT)、双射野中心三维静态调强(D-sIMRT)。肿瘤计划靶区(PTV)处方剂量为5 000 cGy/25 f,要求双侧乳腺靶区PTV-L、PTV-R均至少95%以上的靶区体积达到处方剂量,利用剂量体积直方图及计划系统的Clincal goal工具比较两者剂量分布、靶区剂量的均匀性及适形性和心脏、双肺、肝脏、脊髓等重要危及器官的剂量差异。结果:两种双中心固定射野的调强计划均可以满足双侧乳腺肿瘤靶区的处方剂量,同时重要器官的剂量满足临床放疗医师限定标准。D-VMAT计划在剂量均匀性指数(HI)及靶区适形度指数(CI)方面均优于D-s IMRT计划(P<0.05)。两者在心脏V_(20)、肝脏V_5和D_(mean)以及脊髓D_(max)保护上并无明显差异。D-s IMRT与D-VMAT计划在全肺的剂量上相比较,后者可以显著降低全肺区域的剂量受量,V5(47.9%±4.6%vs 42.2%±3.9%, P=0.001)、V20(22.9%±6.7%vs 17.5%±4.3%, P=0.021)、V_(30)(15.7%±5.8%vs 11.7%±3.6%, P=0.031)、D_(mean)[(1 222.5±246.7)cGy vs(1 009.5±161.3)cGy, P=0.009],且能更好降低心脏的平均剂量(P<0.05);机器跳数MU为(1 177±311 vs 908±130, P=0.036)。结论:双射野中心及限定射野钨门技术的调强计划均可以满足双侧乳腺癌的临床放疗实施,同时D-VMAT计划可给予靶区更好的剂量均匀性及适形性,降低心脏和肺放疗损伤剂量以及提高治疗效率。

图像引导放疗技术下癌症治疗质量保证和质量控制的研究进展

国内恶性肿瘤患者病例数越来愈多,死亡率也居高不下。放射治疗是目前治疗癌症的三大有效方式之一,放疗环节中的质量保证和质量控制对于提高肿瘤患者的治愈率有重要的作用,先进的图像引导下的放疗技术能够在治疗过程中准确的核定治疗的位置,保证剂量投射的精度,较大程度的提高了肿瘤患者的治疗效果。同时放疗计划的二维及三维模体剂量验证也是质量保证的重要部分,其在一定程度上确保放疗物理师设计的放疗剂量与直线加速器出束的剂量能相对一致。如何精确有效地保证放疗各环节中的治疗质量是放射治疗界的重点研究方向。本文主要探讨目前放射治疗中图像引导技术实施及放疗计划剂量验证中的质量保证与控制,同时针对日新月异的设备与技术,探索新的放疗质量保证措施。

基于PARTER开展肿瘤Flash-RT研究——设计及计算

闪光放疗(Flash-RT)是近年来国际肿瘤放疗研究的前沿科技和研究热点,其使用超大剂量率(通常大于100 Gy/s)在极短时间(1~50 ms)内将全部放疗剂量注入靶区。研究发现其对正常组织体现出更小的损伤,同时可呈量级地降低放疗时间。中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置上的超导电子加速器可提供最高平均流强5 mA的6~8 MeV电子束流,基于它的先进放疗研究平台(PARTER)具有Flash-RT研究的潜力。本文首次介绍PARTER及详细的Flash-RT专用靶和准直器物理设计方案,并给出关键参数的蒙特卡罗模拟计算结果。根据设计,平台上生物样品内注入的最高剂量率达2000 Gy/s,剂量注入时间从μs到百ms持续可调,100 Gy/s以上剂量率覆盖深度超过20 cm,符合Flash-RT研究要求。文中给出了详细的计算过程和结果分析,以提供给之后在PARTER上开展Flash-RT实验研究作为基本参考数据。

深基坑内支撑拆除时地下连续墙水平位移计算方法

深基坑地下连续墙最大水平位移一般出现在内支撑拆除阶段。基于弹性变形的叠加原理,考虑拆撑过程中地下连续墙产生的水平位移增量为由自由变形量和补偿变形量的叠加,将地下结构底板与地下连续墙的接触处考虑为固定端,然后利用极限平衡法获得了墙体水平位移变化规律。最后以北京地铁12号线三元桥车站“地下连续墙+钢支撑”深基坑工程和北京朝阳区霞光里“地下连续墙+钢筋混凝土内支撑”深基坑工程为背景,计算分析了不同拆撑阶段地下连续墙的水平位移增量。结果表明:通过所建立的计算方法获得的拆撑后地下连续墙水平位移曲线与实测曲线较为符合;拆撑后地下连续墙上部水平位移增量比下部大,为下部的2~5倍;拆撑过程中地下连续墙水平位移最大值位置发生上移,上移量约0.15H~0.2H;计算结果可为类似工程提供重要理论参考。

10 MeV、>80 Gy/s@1 m的光子FLASH放疗射线源

报道了基于常温射频直线加速器建成的10 MeV光子FLASH放疗射线源样机,采用高平均电流电子束轰击高速旋转辐射转化靶,在距离靶点1 m远处的固体水模内,X射线剂量率达到80.5 Gy/s,达到未来临床实验与推广所需剂量率阈值。

径向金属密封唇部结构接触力学研究

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明:径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。