本文選題：質(zhì)子治療　切入點：掃描照射　出處：《中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：癌癥在當(dāng)今日常生活中已經(jīng)成為日益威脅人類的健康主要因素。放射治療是控制和治療癌癥的有效手段之一,通常分為常規(guī)X射線放療、近距離放療、伽馬刀放療、粒子治療等。相比常規(guī)的放療(X射線,60Coγ射線),質(zhì)子治療因其內(nèi)在物理特性,最大能量損失在射程末端,射程以外的尾部幾乎沒有劑量沉積,形成稱為布拉格峰(Bragg Peak)的劑量集中區(qū)。布拉格峰的深度和位置可以分別通過調(diào)節(jié)質(zhì)子束的能量和照射位置任意改變,使得高劑量區(qū)集中在需要照射的3維靶區(qū)體積內(nèi),從而在給予腫瘤靶區(qū)劑量的同時,能最大限度的保護(hù)質(zhì)子束照射路徑上和位于腫瘤后面的正常組織和危及器官。因此,質(zhì)子治療在臨床上的應(yīng)用正受到越來越多的關(guān)注。用于質(zhì)子治療的束流能量在70-250 MeV之間,需要通過粒子加速器加速,而加速器加速后的質(zhì)子束尺寸只有幾個毫米大小,一般利用治療裝置里的束流配送手段將它橫向和縱向擴(kuò)展,來覆蓋可達(dá)十幾公分的腫瘤靶區(qū)。目前已廣泛應(yīng)用于質(zhì)子臨床治療的束流配送方式主要有兩種:即被動散射和掃描照射。中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所(SINAP)研制的首臺國產(chǎn)質(zhì)子治療示范裝置,將在治療室中采用掃描照射的束流配送方式。此裝置基于同步加速器將質(zhì)子加速至特定能量引出,同步加速器引出的束流是脈沖式的。為了能夠便捷地評價實際照射所形成的劑量分布情況和估算在不同束流和照射條件下的掃描照射劑量率,以及研究點掃描照射束流關(guān)斷延遲對劑量分布的影響,本文針對掃描照射進(jìn)行模擬研究。本論文所涉及的主要工作如下:⑴開發(fā)質(zhì)子治療掃描照射模擬計算程序,利用此程序模擬靜止和運動靶區(qū)的掃描照射過程。程序主要包括輸入數(shù)據(jù)獲取、照射模擬、劑量疊加、劑量率計算和結(jié)果輸出等部分組成。輸入數(shù)據(jù)包括靶區(qū)形狀和位置設(shè)置,處方劑量,加速器束流條件,掃描照射參數(shù),另外程序還讀入預(yù)先用獨立程序計算好的實現(xiàn)各種寬度的展寬布拉格峰所需的各個照射點的權(quán)重因子等。⑵利用開發(fā)的掃描照射仿真程序模擬尺寸為100 mm×100 mm×60mm的0.6L長方體靶和半徑為30 mm的球形靶的照射。在目標(biāo)劑量2Gy時,加速器束流周期為3.5 s,可供引出束流為1.5 s,束流流強(qiáng)為3 nA,引出時束流無波動,束流關(guān)斷無延遲條件下,靶區(qū)內(nèi)劑量分布均勻,照射長方體靶和球形靶總時間分別為74 s,65 s,劑量率分別為1.66 Gy/min和1.85 Gy/min。當(dāng)加速器關(guān)斷延遲200?s時,在照射長方體靶時,靶區(qū)深度方向上,計算劑量均超過計劃值。額外劑量隨深度變淺對劑量影響越大,因深度劑量曲線權(quán)重最深處權(quán)重最大,隨深度變淺成下降趨勢,即各層照射點照射劑量有同樣趨勢,束流關(guān)斷延遲內(nèi)的照射劑量一定,相對淺層比值,額外劑量與計劃劑量比值變大。實際照射時,可以采用較小流強(qiáng),或把額外劑量反饋到每個照射點照射中,以及使用柵掃描應(yīng)對這一問題。⑶針對運動靶區(qū),采用呼吸門控技術(shù)照射。模擬針對長方體靶僅在橫向X方向運動和橫向XY方向同時運動時的情況,劑量分布得到很好的改善。⑷針對模擬計算程序劑量疊加過程耗時較長問題,本文采用OpenMP并行加速技術(shù),相比串行執(zhí)行,4線程并行和8線程并行分別節(jié)約67%,78%的計算時間,顯著縮短了程序計算時間。本研究工作為質(zhì)子治療掃描照射提供便捷的模擬工具,利用該工具開展照射靜止靶區(qū)和呼吸運動靶區(qū)的研究。研究結(jié)果為質(zhì)子掃描照射系統(tǒng)研究和設(shè)計工作提供參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R730.55

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本文編號：1628723