相比傳統(tǒng)的光子放射治療和被動(dòng)散射質(zhì)子放射治療,質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療可以更好地發(fā)揮布拉格峰特性的優(yōu)勢(shì),在靶區(qū)形成一個(gè)高度適形的劑量分布的同時(shí),大幅度地減小周圍正常組織的照射劑量。由于質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放療的技術(shù)特性,質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放療更加容易受到放療過程中各種不確定性因素的影響,導(dǎo)致病人實(shí)際接受到的劑量分布與計(jì)劃照射的劑量分布出現(xiàn)偏差。因此如何減小放療過程中不確定性因素對(duì)質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療的影響是目前質(zhì)子精準(zhǔn)放療的主要研究方向之一。本論文針對(duì)質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療過程中的射程不確定性、擺位不確定性以及劑量投放控制精度,以質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃系統(tǒng)和治療裝置中的劑量監(jiān)測(cè)平板電離室為切入點(diǎn),研究并提出了新的應(yīng)對(duì)方案來解決不確定性因素對(duì)質(zhì)子放射治療的影響,主要研究?jī)?nèi)容包括:1.針對(duì)質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療中的射程不確定性和擺位不確定性,從質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的劑量?jī)?yōu)化入手,提出了改進(jìn)最差場(chǎng)景算法這一新的魯棒性優(yōu)化方法。在優(yōu)化過程中以標(biāo)稱場(chǎng)景優(yōu)化為主,在每次迭代時(shí)計(jì)算每個(gè)體素在n種場(chǎng)景下（在本研究采用的是9種場(chǎng)景）的劑量值,取其與標(biāo)稱場(chǎng)景下該體素劑量值的最大差值作為魯棒性優(yōu)化項(xiàng)添加入優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)引入權(quán)重因子P

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

首臺(tái)國產(chǎn)質(zhì)子治療示范裝置（上海先進(jìn)質(zhì)子治療裝置）示意圖

質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療不確定性的相關(guān)技術(shù)研究4繁地發(fā)生非彈性庫倫散射而損失動(dòng)能，因?yàn)橘|(zhì)子的靜止質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于核外電子，所以在此過程中質(zhì)子沒有改變行進(jìn)軌跡。相比而言，質(zhì)子與原子核的庫倫散射發(fā)生較少，但由于原子核的質(zhì)量大于或接近質(zhì)子，質(zhì)子與原子核的彈性庫倫散射時(shí)質(zhì)子會(huì)偏離原來的行進(jìn)軌跡。同時(shí)質(zhì)子也會(huì)和原子核發(fā)生核反應(yīng)，核反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生次級(jí)粒子，如次級(jí)質(zhì)子、中子、氘等。相比前兩種反應(yīng)，核反應(yīng)的發(fā)生幾率最小，但其會(huì)減少質(zhì)子束的初始質(zhì)子數(shù)目，對(duì)在物質(zhì)中形成的劑量分布產(chǎn)生影響。圖1.2質(zhì)子與吸收物質(zhì)相互作用機(jī)理示意圖（a）質(zhì)子和核外電子的非彈性庫倫散射（b）質(zhì)子與原子核的彈性庫倫散射（c）質(zhì)子與原子核的核反應(yīng)相互作用（p:質(zhì)子，e:電子，n:中子，γ:γ射線）Figure1.2Schematicillustrationofprotoninteractionmechanisms:(a)energylossviainelasticCoulombicinteractions,(b)deflectionofprotontrajectorybyrepulsiveCoulombelasticscatteringwithnucleus,(c)removalofprimaryprotonandcreationofsecondaryparticlesvianon-elasticnuclearinteraction(p:proton,e:electron,n:neutron,γ:gammarays)[13]帶電粒子與物質(zhì)相互作用的能量損失可以Bethe-Bloch公式[14]表示

質(zhì)子調(diào)強(qiáng)放射治療不確定性的相關(guān)技術(shù)研究6圖1.3160MeV質(zhì)子束在水中的布拉格曲線和橫向分布。上方圖中的實(shí)線和點(diǎn)線分別代表初始質(zhì)子數(shù)和總質(zhì)子數(shù)隨入射深度的變化，虛線表示質(zhì)子束在水中的能量沉積Figure1.3Dashedlineandrightaxis:Braggcurve(dosedepositedafunctionofdepthfora160MeVprotonbeam).Thelowergraphshowsthedoseprofile,illustratingthebroadeningofthebeamduetomultipleCoulombscattering.[16]質(zhì)子放射治療最顯著的優(yōu)勢(shì)就是其布拉格峰特性，圖1.4是光子與質(zhì)子束在水中的深度劑量曲線，相比于光子劑量分布，質(zhì)子束在淺層處沉積的能量較小且上升緩慢，可以減小對(duì)腫瘤位置前部的正常組織的劑量照射；質(zhì)子束的主要能量沉積都集中在布拉格峰位置，可以通過調(diào)制將質(zhì)子束布拉格峰位置調(diào)整到腫瘤位置，將最大劑量沉積到腫瘤位置；質(zhì)子束劑量曲線在布拉格峰后迅速下降，在曲線尾部的劑量幾乎為零，對(duì)于腫瘤位置后部的正常組織劑量損傷較校因此，從物理特性上而言，質(zhì)子更具有潛力實(shí)現(xiàn)放射治療的基本原則，即最大可能殺傷腫瘤組織并且最大可能減少對(duì)正常組織的損傷。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[5]點(diǎn)掃描束配系統(tǒng)的掃描算法研究[D]. 苗春暉.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所) 2018
[6]魯棒優(yōu)化及相關(guān)問題的研究[D]. 王峰.西安電子科技大學(xué) 2018
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碩士論文
[1]質(zhì)子點(diǎn)掃描系統(tǒng)調(diào)試測(cè)量與分析[D]. 陳濤.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所) 2018
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[3]質(zhì)子治療中掃描照射的模擬計(jì)算及并行加速[D]. 賈亞軍.中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所) 2017



本文編號(hào)：3471515