基于纳剂量学量模型的碳离子束相对生物学效应计算

目前癌症严重影响人类的健康,迫切需要一种能有效治疗癌症的手段.碳离子束由于其具有较高的生物学效应和独特的布拉格峰,被认为是极具有潜在价值的放疗射线.主要利用基于纳剂量学量的LNDM(Logistic NanoDosimetry Model)模型计算不同入射能量碳离子束在水模体的相对生物学效应(Relative Biologica Effectiveness,RBE).使用GATE模拟工具得到碳离子束及其碎片在水模体中不同深度的能谱和剂量,利用预先计算的带电离子纳剂量学量数据库计算得到碳离子束的四个纳剂量学量M1、■,基于LNDM模型计算碳离子束的RBE.结果表明,碳离子束的RBE峰值随着入射能量的增加而逐渐降低,并且RBE峰值出现在布拉格峰下降沿附近.

碳离子束辐照对马铃薯组培苗生长及生理特性的影响

为研究高能碳离子束对马铃薯组培苗茎切段的影响,以马铃薯品种‘新大坪’的组培苗茎切段为研究材料,设置4个辐照剂量梯度对其进行辐照处理,测定植株致死率、生根率、侧芽形成率、形态变异率以及叶片生理指标,确定‘新大坪’组培苗茎切段的半致死辐照剂量。结果表明:辐照剂量与致死率之间的关系呈正相关性;组培苗茎切段的再生植株表型变化主要为叶片不对称、叶缘不规则、茎变异伸长、叶片丛生和叶片粘连等;随辐照剂量升高,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性呈先升后降的趋势;丙二醛含量则呈先升后降,随后又升高的现象。利用线性回归方程计算‘新大坪’的半致死辐照剂量为20.37 Gy。

碳离子束辐射诱变水稻基因突变嵌合体的分子特征

嵌合体是辐射诱变M1代普遍存在的现象,然而,有关水稻的嵌合体突变效应及变异遗传机制尚不清楚。本研究采用靶向捕获测序技术获得碳离子束辐照后的OsNramp5突变嵌合体,并利用10kb液相芯片检测该嵌合体的M1代及突变M2代基因组的SNP/InDel发生及变异遗传分离特征。结果表明:水稻M1代嵌合体中检测到的OsNramp5基因突变位点未遗传至M2代,即在M1代体细胞检测到的突变位点未进入生殖细胞遗传;另外,在M1基因组突变类型中,转换是颠换的2倍,虽然超过一半变异位点遗传至M2代,但很少位点来自基因功能编码区。本研究揭示了碳离子束辐照诱变的体细胞M1代嵌合体的基因组变异特征及其在M2代的遗传特征,为研究碳离子束辐照后的嵌合体突变效应机制和选择诱变育种程序提供参考。

碳离子治疗头颈部腺样囊性癌疗效观察并文献复习

目的 探讨碳离子治疗头颈部腺样囊性癌(adenoid cystic carcinoma,ACC)的优势。方法 回顾性报道2020年3月至2021年6月在甘肃省武威肿瘤医院武威重离子中心(Wuwei Heavy Ion Center,WWHIC)接受碳离子放疗的5例头颈部ACC患者的病例资料,分析治疗疗效和不良反应。碳离子剂量定义为物理剂量乘以碳离子相对生物学有效性(relative biological effectiveness,RBE),用Gy(RBE)表示,均为RBE为3.0时的剂量。靶区处方剂量为64.0~68.0 Gy(RBE)/16~17 Fx。结果 5例患者均完成碳离子治疗,平均随访16.6个月(13~20个月)。随访至12个月时,1例达到完全缓解(complete response,CR),3例达到部分缓解(partial response,PR),1例因治疗后6个月出现肺部转移评价为疾病进展(progressive disease,PD)。1年总生存(overall survival,OS)率为100.0%,1年局部控制(local control,LC)率为100.0%,1年无进展生存(progression-free survival,PFS)率为80.0%。1例发生2级急性口腔黏膜反应。1例发生1级口干的放疗晚期不良反应。所有患者均未发生≥3级不良反应。结论 碳离子放疗应用于不可手术切除、术后残留及复发的头颈部ACC可获得良好的OS和LC,且不良反应可耐受。

碳离子放射治疗1例多结节型肝细胞癌

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma HCC)发病率高,在发现时只有不到1/3的患者适合手术治疗,随着临床经验的积累,放射治疗已成为不可切除肝癌的优选方法。我们报道了一例多结节型肝细胞癌患者接受碳离子放疗并取得了良好疗效的病例。一例53岁女性在体检时发现肝内多发结节(约14个),经穿刺病检提示中分化肝细胞癌,被转诊至武威重离子中心进行碳离子治疗,剂量为66 Gy(RBE)/10 f,4个月时随诊复查疗效良好。

碳离子治疗肿瘤的临床进展研究

碳离子束拥有独特的物理学及生物学优势,在肿瘤治疗过程中具有高效性和低毒性,并且整体治疗周期短,因此被认为是21世纪最理想的肿瘤放射治疗射线。但是碳离子中心建设及设备运营费用昂贵,目前世界范围内,仅有日本、德国、中国、意大利、奥地利等极少数国家将碳离子应用于临床。自1994年以来,日本一直应用碳离子束治疗恶性肿瘤,治疗效果较好。截至2022年底,全球范围内超过46800例患者接受了碳离子治疗,其中包括头颈部恶性肿瘤、肺癌、肝癌、胰腺癌等。本文总结近20年来碳离子在临床应用中的经验、治疗效果、最新发展及其作为一种新兴癌症治疗方式的优点,并将碳离子治疗与传统的光子放疗疗效及不良反应进行比较,可以帮助临床进一步了解碳离子治疗的优势及进展,并且指导关于新的碳离子治疗中心的建设,从而更好地服务于肿瘤患者。

基于Geant4的碳离子治疗三维电离室阵列仿真设计

为快速准确地实现碳离子治疗计划的三维剂量验证,采用有机玻璃PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为电离室室壁和水等效模体,设计了一种三维电离室阵列,并通过Geant4软件对三维电离室阵列的结构设计进行了深入研究与验证。首先通过模拟不同能量碳离子束在水和PMMA模体中沉积的剂量分布,计算了PMMA模体的水等效厚度系数;然后研究了三维电离室阵列中电离腔室间的距离及信号导线对其剂量测量准确度的影响;最后模拟并验证了碳离子束在三维电离室阵列中沉积的剂量分布。结果表明:PMMA模体的水等效厚度系数为1.151;相邻电离腔室间的信号串扰主要来源于前侧的电离腔室,且串扰程度与电离腔室间距呈反比,间距为1 mm时串扰程度占电离腔室内剂量的3%,间距为30 mm时串扰影响可完全消除;信号导线对后侧电离腔室内剂量的干扰影响约为1%。将碳离子束在三维电离室阵列中沉积的剂量分布与PMMA模体中的剂量分布进行对比,碳离子束的射程具有良好的一致性,偏差为0.5 mm。

碳离子治疗系统的研发与成果转化

碳离子束因其倒转的深度剂量分布和高的相对生物学效应,具有对正常组织损伤小、副作用低等优势,是目前实体肿瘤治疗最先进的放疗用射线。2019年9月29曰,由中国科学院近代物理所及其控股公司兰州科近泰基新技术有限责任公司研制的碳离子治疗系统获批第三类医疗器械产品注册,用于恶性实体肿瘤的治疗,填补了高端医疗器械碳离子治疗系统国产化空白,对于提升我国肿瘤诊疗手段和水平具有重大意义。

头颈部肿瘤碳离子放疗中重度不良反应的类型和发生率

头颈部肿瘤往往解剖结构复杂且毗邻重要器官,常规放疗技术带来的放射性损伤是其主要剂量限制性因素。目前,碳离子束因其优秀的相对生物效应(RBE)和Bragg峰等物理特性成为取代光子射线最理想的肿瘤放疗射线。截至2019年,全球共约3.2万人接受了碳离子放射治疗(CIRT),尽管该技术具备更高效的肿瘤杀伤能力,但仍无法避免发生放射性损伤。本文就近年来CIRT在头颈部肿瘤应用中出现的中重度放射性损伤类型和发生率进行综述,旨在全面了解CIRT中潜在的危险。

碳离子辐射诱导的远隔效应

放射治疗诱导的远隔效应能够抑制非辐射区域内肿瘤的生长,目前已有临床和临床前研究表明,常规放疗射线(X射线、γ射线)能够诱导远隔效应的发生,但是对于其发生的机理以及碳离子诱导的远隔效应研究较少。与常规放疗射线相比,碳离子束具有高传能线密度、高相对生物效应、低氧增强比以及复杂DNA损伤等优势,并且具有激活肿瘤细胞更强免疫原性的潜力。本文综述了常规放疗以及碳离子放射治疗诱导的远隔效应及其机理,为寻找更有效的癌症放疗方法提供参考。

两种俯卧位固定方式在胰腺癌碳离子放疗中的摆位误差分析

目的 比较使用腹板俯卧位固定方式和使用体板、真空垫、体部定位膜三者相结合的个性化俯卧位固定方式在胰腺癌碳离子放疗中的摆位误差,为胰腺癌俯卧位放疗提供参考。方法 随机选取采用碳离子放疗的胰腺癌患者80例,其中采用腹板进行俯卧位固定的患者40例(腹板组),采用体板、真空垫、体部定位膜三者相结合进行俯卧位固定的患者40例(真空垫组)。采用西门子kV级X线成像设备对每位患者采集正、侧位的正交野图像,与定位CT的DRR图像进行图像配准,获取六维方向(左右平移、头脚平移、前后平移、等中心旋转、俯仰旋转、横滚旋转)的摆位误差数据,并比较两组患者在六维方向的摆位误差。结果 真空垫组在左右平移、头脚平移、等中心旋转、俯仰旋转以及横滚旋转这5个方向上的摆位误差均明显小于腹板组,但在前后平移方向上的摆位误差大于腹板组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 在胰腺癌患者的碳离子放疗中,采用体板、真空垫、体部定位膜三者相结合的个性化俯卧位固定方式的摆位误差整体上优于采用腹板的俯卧位固定方式,在放疗前摆位时可以在扣好体部定位膜后不再移动患者前后方向,以减小前后平移方向上的误差,研究结果可为今后胰腺癌俯卧位的放疗提供参考依据。

Ⅲ期非小细胞肺癌碳离子放疗与光子容积旋转调强放疗的剂量学对比研究

目的:比较碳离子二维放射治疗(two-dimensional carbon-ion radiotherapy,2D-CIRT)计划与光子容积调强放射治疗(volume modulated arc therapy,VMAT)计划在Ⅲ期非小细胞肺癌中剂量学优劣,为临床碳离子治疗提供依据。方法:选取我中心13例Ⅲ期非小细胞肺癌患者,使用相同的处方剂量及危及器官约束条件,分别在Ciplan计划系统上设计2D-CIRT计划和Eclipse计划系统上设计VMAT计划,比较剂量-体积直方图,评价靶区剂量分布及危及器官受量。采用SPSS 22.0软件进行数据分析。结果:CIRT和VMAT计划肿瘤覆盖率均较好,PTV1的D_(98)、D_(95)、D_(50)差异无统计学意义,两种计划的均匀性指数(homogeneity index,HI)相似(CIRT与VMAT:0.39 Gy与0.38 Gy,P>0.05)。PTV2两种方案在D_(95)、D_(98)、D_(50)、D_(2)均有显著性差异,PTV2采用CIRT的HI也明显优于VMAT(CIRT vs VMAT:0.08 Gy vs 0.16 Gy,P=0.003)。与光子VMAT相比,CIRT计划中健侧肺的V_(5)、V_(10)、V_(20)、V_(30)、V_(40)和D_(mean)明显降低。患侧肺中CIRT的V_(5)低于VMAT(CIRT vs VMAT:53.00 vs 64.41,P=0.003),V_(10)、V_(20)、V_(30)、V_(40)、D_(mean)两种计划均无统计学差异;CIRT有较低的脊髓D max(CIRT vs VMAT:18.61 Gy vs 43.03 Gy,P=0.000)、食管D_(mean)(CIRT vs VMAT:16.25 Gy vs 20.38 Gy,P=0.031)和V_(5)0(CIRT vs VMAT:4.49 Gy vs 11.43 Gy,P=0.005)、骨V_(10)和V_(30),以及气管和支气管树的V_(5)0。结论:与光子VMAT相比,2D-CIRT被动束流扫描技术在Ⅲ期非小细胞肺癌治疗中显著降低了对危及器官的辐射剂量,对正常组织有更好的保护作用。

3.0T MRI对碳离子治疗原发性肝癌后的近中期动态研究

目的 探讨原发性肝癌(PLC)在碳离子治疗(CIT)前后的磁共振成像(MRI)中的表现特征及规律。方法 回顾性分析2018年12月至2022年4月在甘肃省武威肿瘤医院行住院治疗的26例单结节型PLC患者经CIT治疗前后的MRI检查资料,对比治疗前后数次的肿瘤轴位面积、体积、表观扩散系数(ADC)值,分析MRI影像学动态变化特点,并运用受试者工作特征(ROC)曲线计算曲线下面积、特异度和敏感度,得出ADC值预测CIT治疗PLC好转的最佳阈值。结果 PLC在CIT放疗后,与治疗前的基线期相比,肿瘤面积、体积不断缩小;而病灶ADC值逐渐上升,差异有统计意义(P<0.05);1.5~2个月、4.5~6个月复查时ADC值预测病变好转的阈值分别为0.806,0.739,敏感度、特异度分别69.60%、93.30%与78.30%、66.70%。结论 3.0T MRI功能成像在评估CIT治疗PLC的近中期疗效方面,为临床提供了客观、简捷的影像学依据,有很好的临床应用价值。

碳离子治疗系统获批上市

近日,国家药品监督管理局附条件批准了兰州科近泰基新技术有限责任公司生产的“碳离子治疗系统”创新产品注册申请。该产品为我国第二款具有自主知识产权的国产碳离子治疗系统,性能指标达到国际水平。该产品的获批,标志着我国高端医疗器械国产化又迈出重要一步,对于提升我国医学肿瘤诊疗手段和水平,具有重大意义。

碳离子束辐照水稻诱变效应及突变体的筛选

【目的】丰富水稻Oryza sativa L.突变体库,快速创造稳定遗传的新种质,为重离子辐照诱变机理研究和水稻遗传育种提供丰富的基础材料。【方法】利用碳离子束辐照水稻品种‘IR-55’、‘IR-60’、‘三粒寸’和‘云南陆稻’原种进行诱变,并对诱变后代的多个农艺性状进行多代跟踪调查。【结果】4个水稻品种突变株系株高、剑叶长、穗长和粒长宽比等性状呈现出较大变异幅度,且具有明显的正向或负向性,结实率表现出明显的下降趋势,最低为2%。利用随机选取的SSR分子标记引物对突变体进行遗传多样性检测发现,突变株系与原种的遗传多样性表现出明显的差异,表明重离子辐照诱变引起DNA序列较大片段的改变,而不是微小的点突变。【结论】碳离子束辐照对水稻株高、剑叶长和粒型等多个农艺性状产生正向或负向的诱变效应,在诱变后代中可以筛选出一批农艺性状变异的水稻新种质。

碳离子辐射大丽花矮化突变体的RAPD分析

大丽花经兰州重离子加速器提供的80MeV/u12C6+离子束辐照后产生矮化突变体,用随机扩增多态性(Random Amplified Polymorphic,RAPD)DNA技术对野生型和突变体进行检测分析。结果表明,在所用的25条引物中,1.80×108/cm2剂量辐照后有18条引物扩增出现多态性片断,扩增条带多态率19.57%;1.08×108/cm2剂量辐照后仅有6条引物扩增出现多态性片断,扩增条带多态率5.76%。用Jaccard公式对扩增产物进行统计分析,结果表明,两种剂量C6+辐照后与对照相似性系数分别为0.65和0.92。高剂量辐射后DNA易发生突变,在品种改良和诱变育种中相对较高剂量的选择可能更为有效。

低剂量碳离子全身辐射对小鼠淋巴细胞增殖及血清干扰素的影响

目的:观察小于0.1Gy剂量碳离子全身辐射引起的小鼠脾淋巴细胞增殖及血清干扰素的变化。方法:实验于2006-11在中国科学院近代物理研究所医学物理实验室进行。①实验过程:取昆明系小鼠30只,采用完全随机设计方法分为5组,每组6只,采用离子束进行全身照射。12C6+离子照射在兰州重离子研究装置(HIRFL)辐照终端进行,照射剂量为0,0.01,0.03,0.05,0.10Gy。麻醉照射后24h,小鼠摘眼球取血。②实验评估:采用ELISA法测定血清γ-干扰素含量,操作严格按试剂盒说明进行。将眼球取血后的小鼠脱颈处死,无菌条件下取出脾脏,常规制备单细胞悬液,采用MTT法检测刀豆蛋白A和脂多糖对脾淋巴细胞的增殖作用。结果:30只小鼠均进入结果分析。①辐射对小鼠血清干扰素的影响:与未照射正常小鼠比较,0.01Gy和0.03Gy碳离子束照射后,小鼠血清中γ-干扰素含量明显增高(P<0.05)。照射剂量继续增大至0.05Gy和0.10Gy时,血清γ-干扰素含量下降。②辐射对小鼠脾淋巴细胞增殖的影响:与未照射组比较,0.01Gy碳离子束照射可明显促进刀豆蛋白A诱导的T淋巴细胞增殖和脂多糖诱导的B淋巴细胞增殖(P<0.001,P<0.001),其促进作用与0.03Gy组比较,差异有显著性意义(P<0.01)。0.05Gy照射开始抑制脾淋巴细胞增殖指数,当照射剂量增大为0.10Gy时显示出明显的抑制作用。结论:0.01Gy和0.03Gy碳离子束照射能刺激淋巴细胞增殖,并能诱导γ-干扰素活性以增强机体免疫力。

碳离子束对甜高梁辐射诱变的当代效应

利用兰州重离子加速器提供的中能碳离子束对甜高粱品种BJ0601和BJ0602进行了不同剂量的辐照处理,以期选育出生物学产量高、汁液糖锤度高及抗逆性强的品种。当代田间试验结果表明:(1)甜高粱在田间的存活曲线均呈"类马鞍型",随着剂量的增加,其存活率先降后升再下降;(2)随着辐照剂量的变化,其茎秆亩产量、糖锤度和对照相比,均发生了明显的变化;(3)经过碳离子束辐照,出现了株高、单秆重、糖锤度高、早熟、茎粗等突变类型,为进一步的品种选育和诱变机理研究奠定基础。

碳离子束辐照大豆当代诱变效应及褐皮突变体的初步研究

利用不同剂量碳离子束辐照大豆"合丰55"干种子,通过对表型、株高、分枝数及产量相关性状的考察以及DNA指纹图谱分析探索离子束辐照大豆的当代诱变效应。结果表明离子束诱变大豆M1代田间出现多种变异表型,辐照处理对M1代株高和分枝数有抑制作用,单株荚数、单株粒数、单株粒重及百粒重随着辐照剂量的增加呈现先降低后升高再降低的趋势,但这些变异与对照相比并未达到显著水平。大豆种子经辐照后M1代筛选到1株褐皮突变体,种皮颜色由黄色变为褐色,而且这种变异在M2代能够稳定遗传。运用随机扩增多态性(Random amplified polymorphic DNA,RAPD)技术对其DNA多态性进行研究发现,辐照后突变体DNA与对照相比扩增条带或增加或减少,相似性系数为0.9513。综合结果表明,碳离子束辐照对大豆当代产生了一定的诱变效应,不仅造成了农艺性状的变异,而且使DNA水平也发生了明显的变化。

碳离子束辐照对甜高粱主要性状的影响

利用兰州重离子加速器国家实验室(HIANLL)提供的100MeV/u碳离子束对甜高粱品种BJ0601和BJ0602进行了不同剂量的辐照处理,并用SPSS13.0软件分析了碳离子束辐照剂量和甜高粱主要性状节间数、株高、茎粗、含糖量及单秆重的相关性,试验结果表明:不同的辐照剂量对甜高粱节间数、株高、茎粗、含糖量及单秆重产生了明显的影响,表现出不同程度的相关性。另外,早熟突变株BJ0601-1M2代各节的平均含糖量高于BJ0601,说明碳离子束辐照可能引起甜高粱含糖量的提高。