适用于适形治疗与调强治疗的质子束流配送系统

描述一个适用于适形治疗和调强治疗的散射式质子束流配送系统 .它利用双散射系统扩展质子束 ,利用程序控制的二进制射程调节器和搓板式调制器调节和调制质子射程 ,利用程序控制的多叶光阑和为每个患者特制的准直器进行束流准直 .

HIRFL浅层肿瘤重离子治疗终端束流配送系统性能的实验验证

详细介绍了兰州重离子研究装置(HIRFL)浅层肿瘤重离子治疗终端的被动式束流配送系统,对该束流配送系统重要组成部件及其整体的性能进行了实验验证．Bragg峰展宽装置脊形过滤器及能量调节装置射程移位器测试结果显示该设备的性能指标达到设计要求．为验证该被动式束流配送系统的整体性能,进行了束流成形实验,模拟对肿瘤靶区的三维适形照射．结果表明:利用该束流配送系统可实施对肿瘤的三维适形放射治疗．HIRFL浅层肿瘤治疗装置束流配送系统性能的验证为下一步开展肿瘤重离子束治疗临床试验奠定了基础．

软调制双散射质子治疗束流配送系统

质子治疗是一种新兴的放射治疗方法 ,它的主要优点是剂量分布特性优良 ,可以使高辐射剂量集中于肿瘤部位 ,减少对周围正常组织的损伤 .这一优点的实现主要依靠束流配送系统 ,它包含质子能量调节与调制、束流扩展和准直等功能 .现提出一种新的软调制双散射质子治疗束流配送系统 .其特点是利用程序控制质子能量变化以改变质子在体内的射程从而展宽Bragg峰 ,同时利用两次散射获得较大面积的均匀照射野 .它的优点是运行可靠、调节灵活 。

栅扫描重离子束治癌束流配送系统对运动靶区的适形放疗(Ⅱ)可行性实验

在栅扫描束流配送系统下,进行了重离子束对运动靶体进行适形照射的可行性实验研究．利用实时修正束流扫描参数的方法,使得束流追踪靶体在横向上的运动；在纵向上利用一个机械驱动的束流降能装置(称深度扫描器)迅速调节束流能量,使得重离子束高剂量的Bragg峰区落在运动靶体需治疗的断层之上．实验结果表明：栅扫描器主动补偿靶体横向运动及深度扫描器补偿靶体纵向运动是可行的．

HIRFL装置主动式点扫描束流配送系统的Monte Carlo模拟优化

为获得适用于HIRFL装置主动式点扫描束流配送系统配送的碳离子束,利用Monte Carlo(MC)工具SHIELD-HIT12A研究了配送距离和微型脊形过滤器结构周期对治疗室等中心处束斑半高宽(FWHM)和剂量平坦度的影响。模拟研究发现:束流配送距离越短,束斑FWHM越小,但剂量平坦度越差;微型脊形过滤器结构周期是影响剂量平坦度的关键因素,周期越小,剂量平坦度越好。通过模拟研究得出:在HIRFL装置重离子治疗终端将真空窗设置在距等中心距离小于125 cm时,采用结构周期为2 mm微型脊形过滤器可以满足主动式点扫描照射对束斑FWHM和剂量平坦度的要求。

重离子加速器示范装置被动式束流配送系统次级中子特征的蒙特卡罗研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束在剂量配送过程中会与束流输运线相互作用,形成以中子辐射为主的外辐射场。由于中子是高LET射线,具有较高的相对生物学效应,减少碳离子放疗中产生的次级中子有助于降低放疗后正常组织并发症几率及二次肿瘤风险。利用蒙特卡罗方法对保守情况(能量为400 MeV/u,多叶光栅完全闭合)下碳离子治疗被动式束流配送系统引发的外源性中子在等中心点周围不同位置的注量谱及剂量当量谱进行模拟计算,评估了次级中子辐射的剂量当量贡献;同时探究了多元限束装置即多叶光栅不同开口大小对次级中子剂量当量的影响。模拟结果显示:高能中子(≥15 MeV)对所有模拟位置的中子剂量当量占比最高可达26%。实际治疗条件下,当多叶光栅开口由闭合状态扩大至15 cm×15 cm,等中心点和横向远端位置的次级中子剂量当量强度下降约85%,而束流方向远端位置下降约70%。这些结果可用于指导不同治疗条件下次级中子的研究,为治疗条件下评估患者所受非治疗辐射提供依据。

深层治癌重离子束的配送

利用重离子束流治疗深层肿瘤的临床实验将在中国科学院近代物理研究所(IMP)进行。束流配送系统是重离子治癌临床实验的关键系统,输送束流均匀辐照照射野。重离子束流经过回旋加速器初步加速,注入重离子冷却储存环(CSR)的主环(CSRm),累积、加速后通过共振引出,经深层治癌束运线输送到照射野。针对重离子治癌要求和现场可利用空间,优化设计了束运线,得到了灵活调节束斑尺寸的透镜参数。通过模拟束流扫描过程,验证了扫描系统的可行性。

重离子束适形放射治疗技术

重离子束适形放射治疗技术主要包括束流配送系统和治疗计划系统等 .前者是实现重离子束适形放射治疗的硬件设施 ,后者为适形治疗的软件支撑系统 ,两者缺一不可 .鉴于重离子束与物质相互作用在物理学及生物学效应上表现出的特殊性 ,重离子束治癌中特别引入了面向生物学效应的适形治疗和束流的正电子断层在线监控技术 .

重离子治疗计划系统的构想

对重离子束治癌的优势进行简要的回顾,并着重介绍了用于重离子放射治疗的治疗计划系统。治疗计划系统是一套软件系统,不同的硬件设施应有与其相匹配的软件系统,即治疗计划系统。在此基础上,针对兰州重离子加速器的特点提出一些关于治疗计划系统方面的构想。

重离子束治癌装置及技术发展

首先简要回顾了重离子束治癌在我国的兴起与发展的情况。随后着重介绍了重离子束治癌装置及部分关键技术:总体布局方案、束流引出模式、束流配送系统、束流旋转机架、辐照门控系统、PET成像等。

离子束治疗中的靶区运动补偿方法

相对于被动式束流配送系统,由患者呼吸因素而引起的肿瘤靶区运动会对主动式束流配送系统下的离子束放射治疗带来非常严重的影响,造成离子束辐射场剂量分布的严重畸变,甚至对肿瘤靶区周围的健康组织造成严重损伤,很大程度上影响离子束治疗的疗效。因此,在主动式束流配送系统下,建立针对由呼吸因素引起的运动肿瘤靶区的适形调强照射方法就显得必要,且具有重要意义。系统介绍了呼吸运动探测、4D-CT以及目前主要的3种运动补偿方法(多次扫描、呼吸门控和主动跟踪技术),并对这3种方法在靶区适形度、稳健性以及技术复杂度等方面进行了比较。在靶区适形度方面主动跟踪技术优于门控技术,而门控技术又优于多次扫描技术;在稳健性方面多次扫描技术优于门控技术,而门控技术优于主动跟踪技术;在技术复杂度方面,多次扫描技术最简单,其次是门控技术,而主动跟踪技术最复杂。

碳离子在不同材料叶片的多叶光栅上产生的次级粒子研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域,在产生的次级粒子中以中子和γ射线的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下,减少碳离子放疗中产生的次级中子和γ射线对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义。本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了被动式束流配送系统下,400 MeV/u碳离子束照射到由不同材料叶片构成的多叶光栅(MLC)形成典型的10 cm×10 cm方形射野时,在水模体中产生的次级中子和γ射线所沉积的剂量及空间分布等。模拟结果显示:碳离子束通过MLC形成射野后在水模体中产生的次级中子主要分布在水模体的入射端,次级γ射线较为均匀的分布在整个水模体内,且较多分布在具有展宽Bragg峰(SOBP)射野在水模体中贯穿时的坪区。对于MLC叶片材料的选择,则需根据实际情况对叶片厚度以及次级粒子当量剂量的要求来确定。本文通过模拟研究不同MLC叶片材料产生次级粒子的情况,为被动式束流配送系统中MLC叶片及其他元件的材料选择提供了科学依据。