離子束由于具有倒轉(zhuǎn)的深度劑量分布和Bragg峰附近相對(duì)較高的生物效應(yīng),被國(guó)際腫瘤放射治療界公認(rèn)為是目前最先進(jìn),最有發(fā)展前景的放療用射線。相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)（RBE）是離子束治療中極為重要的參數(shù),實(shí)現(xiàn)離子束RBE精確計(jì)算是實(shí)現(xiàn)離子束精準(zhǔn)治療的重要前提。由于離子束RBE的影響因素十分復(fù)雜,因此需要建立相應(yīng)的生物物理模型才能實(shí)現(xiàn)臨床治療中的離子束RBE計(jì)算。然而,當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的RBE模型均存在各種局限,因而嚴(yán)重地制約了離子束治療的進(jìn)一步發(fā)展。因此,本文將圍繞離子束RBE這一核心問題展開研究,一方面以微劑量學(xué)量為基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)有RBE計(jì)算模型進(jìn)行改良并適當(dāng)拓展,另一方面以納劑量學(xué)量為基礎(chǔ)建立全新的RBE計(jì)算模型。此外,還對(duì)具體臨床應(yīng)用中需要解決的RBE相關(guān)問題進(jìn)行了研究。具體工作內(nèi)容如下:（1）以微劑量動(dòng)力學(xué)模型（MKM）的理論為基礎(chǔ),引入理想組織等效正比計(jì)數(shù)器和基于Gate軟件包的微劑量學(xué)量蒙特卡羅（MC）模擬技術(shù),改良MKM模型計(jì)算參數(shù)確定方法,建立了基于微劑量學(xué)量MC模擬的離子束生物有效劑量精確計(jì)算方法。該方法提高了以MKM模型為基礎(chǔ)的離子束RBE計(jì)算的精確性和可靠性,并且可以方便的應(yīng)用到不同的離子... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：149 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

X射線、光子與碳離子束的深度劑量分布

基于微劑量學(xué)及納劑量學(xué)的離子束相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)研究8為非限定（unrestricted）的LET，此時(shí)：LET=LET∞=dEdx(1.4)在離子束治療中，較為常用的還有劑量平均LET（dose-averagedLET），即LETD。在混合輻射場(chǎng)中，其定義為：LETD=∑Di(E,Z)×LETi(E,Z)i∑Di(E,Z)i(1.5)其中，Di(E,Z)為第i個(gè)能量為E原子序數(shù)為Z的離子的劑量貢獻(xiàn)，(,)為第i個(gè)能量為E原子序數(shù)為Z的離子的LET。圖1.2能量為21MeV光子，148MeV質(zhì)子束，270MeV/u碳離子束的橫向散射效應(yīng)隨貫穿深度的變化趨勢(shì)（上）；能量為21MeV的光子，148MeV的質(zhì)子束，270MeV/u的碳離子束的深度劑量分布（下）[42]Figure1.2Thescatteringeffectof21MeVphoton,148MeVprotonbeamand270MeV/ucarbon-ionbeamatvariespenetrationdepth(top).Depthdosedistributionof21MeVphoton,148MeVprotonbeam,270MeV/ucarbon-ionbeam(bottom)

第1章引言9側(cè)向散射：離子束之所以產(chǎn)生側(cè)向散射的原因是由于入射離子的原子核與介質(zhì)中的原子核發(fā)生庫(kù)倫相互作用的結(jié)果。此外，核反應(yīng)產(chǎn)生的核碎片的發(fā)射角度也是離子束射程末端橫側(cè)向散射增大的原因。如圖1.2所示，射程相同的離子束，原子核質(zhì)量越大，橫向散射效應(yīng)越��；與光子相比，質(zhì)子束的側(cè)向散射效應(yīng)在貫穿深度達(dá)到7cm后強(qiáng)于光子，碳離子束在整個(gè)射程內(nèi)的橫向散射均小于質(zhì)子束和光子束。在離子束臨床治療中，考慮到離子束的射程不確定性，通常需要避免離子直接停留在危及器官前的情況。為此，通常需要設(shè)置束流的方向，使得離子束的徑跡從危及器官旁邊通過。因此，離子束的側(cè)向散射在治療計(jì)劃設(shè)計(jì)中需要仔細(xì)考慮。從側(cè)向散射的角度講，重離子的側(cè)向散射效應(yīng)通常小于質(zhì)子。在線射程監(jiān)控：離子束治療中，核反應(yīng)產(chǎn)生的核碎片會(huì)在Bragg峰后產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的低劑量尾巴，這并不利于保護(hù)Bragg峰后的正常組織器官。但另一方面，這些核碎片的產(chǎn)生也為離子束射程原位監(jiān)測(cè)提供了可能[43-50]。比如，入射離子為12C時(shí)，其在介質(zhì)中發(fā)生核反應(yīng)后產(chǎn)生的正電子發(fā)射核碎片及其半衰期分別為9C(127ms),10C(19.3s)和11C(20.3m);當(dāng)入射離子為16O時(shí)，其在介質(zhì)中發(fā)生核反應(yīng)后產(chǎn)生的正電子發(fā)射核碎片及其半衰期分別為13O(8.9ms),14O(70.6s)和15O(122s)[51].這些正電子發(fā)射核碎片的衰變會(huì)釋放正電子，這些正電子會(huì)與介質(zhì)中的電子發(fā)生湮滅釋放光子，從而能夠通過PET技術(shù)確定正負(fù)電子湮滅的具體位置，從而通過該位置與入射碳離子束射程末端的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)離子束射程的原位監(jiān)測(cè)。該技術(shù)可以一定程度上緩解離子束射程不確定性對(duì)臨床治療的影響。圖1.3被動(dòng)式束流配送系統(tǒng)二維適形照射示意圖[52]Figure1.32Dconformalpassivebeamdeliverysystem

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3570041