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.     

重离子束治癌中深度剂量分布优化

针对兰州重离子研究装置所加速的120MeV/u ¹²C离子束,利用模拟退火优化算法进行了Bragg峰展宽的剂量优化.取相同的展宽区域(30mm),4种不同的步长(2,1,0.5,0.25mm)进行Bragg峰展宽模拟.对所得到的剂量平均值,均方差,入射口剂量,峰坪比等优化结果的参数做了比较.讨论了重离子束治癌临床上最优的Bragg峰展宽模型的选取.     

重离子束治癌

本文回顾了辐射治癌的历史发展和国内外动态，讨论了重离子束与常规辐射相比在肿瘤治疗上的优势，提出了为治疗应用的重离子束的主要参数以及兰州重离子研究装置（HIRFL）拟建的冷却储存环（CSR）上建立治疗实验室的初步考虑。     

HIRFL辐照终端照射野均匀度与离子通量的关系

采用固体核径迹探测器聚碳酸脂膜,测定了兰州重离子研究装置提供的55MeV/u40Ar和80MeV/u20Ne离子束经辐照终端束流均匀化扫描装置后照射野均匀度与离子通量之间的关系.结果表明:对于40Ar和20Ne离子束,离子通量小于1×106和2×107ions/cm2时,横向照射野均匀度缓Ne离子束照射慢增加;当离子通量分别介于1×106—1×107和2×107—1×108ions/cm2时,40Ar和20野均匀度逐渐增加;离子通量达到1×107和1×108ions/cm2时,40Ar和20Ne离子束照射野均匀度分别约为58%和61%.从而说明,辐照终端束流扫描装置对束流的均匀化程度目前并不能满足辐照生物效应、辐射育种和重离子治癌等研究工作的需要,须对其性能做进一步的提高. Using 55 MeV/u 40Ar and 80 MeV/u20Ne ion beams delivered by the Heavy Ion Research Facility at Lanzhou (HIRFL), the relationships between the irradiation homogeneities in irradiation fields generated by the beam scanning device located at the irradiation terminal of the HIRFL and ion fluence were measured respectively with 100 μm polycarbonate films by means of nuclear track detection. The results show that the homogeneity increases when the ion fluence are lower than ........     

重离子治癌中的三维剂量成形方式

介绍了重离子治癌装置ＨＩＭＡＣ和ＨＩＴＡＧ的三维剂量成形方式;对一种正在设计中的重离子对肿瘤的照射方式进行了分析,旨在为ＨＩＲＦＬ及ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ所提供的离子束设计三维剂量成形方案． Three dimensional dose shaping methods in heavy-ion therapy facilities,HI MAC and HITAG are introduced.A new tumor irradiation pattern with heavy ion beam which is being designed is analyzed.It aims at choosing suitable three dimensional dose shaping planning for heavy ion beam supplied by HIRFL and the proposed HIRFL-CSR.     

重离子束治癌

本文回顾了辐射治癌的历史发展和国内外动态,讨论了重离子束与常规辐射相比在肿瘤治疗上的优势,提出了为治疗应用的重离子束的主要参数以及在兰州重离子研究装置（ＨＩＲＦＬ）拟建的冷却储存环（ＣＳＲ）上建立治疗实验室的初步考虑． Historical background and trends at home and abroad for radiation therapy arelooked back in the paper. The advantages of heavy ion beam in comparision with conventional radiation in tumour treatment are discussed. The main parameters of heavy ion beams fortherapy application and a tentative idea constructing treatment rooms at Cooling StorageRing(CSR) of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) are proposed.     

用于浅层肿瘤重离子治疗的终端束流诊断控制系统

 设计了中国科学院近代物理研究所利用兰州重离子研究装置（HIRFL）进行浅层肿瘤临床治疗试验研究中所使用的束流诊断安全控制系统。该系统包括束流强度监测及保护、剂量测量、扫描波形监测及保护3个部分。系统基于PXI系统及LabVIEW软件,给出了该系统的各部分结构。从系统建立时的多次测试结果以及实际临床治疗试验研究时的长期运行结果来看,该束流诊断控制系统在控制辐照剂量以及安全保护方面能够满足当前重离子加速器浅层肿瘤临床治疗试验的基本要求,为试验研究的顺利进行提供了可靠的保证。     

重离子治癌终端的束流强度及剂量监测系统

为实现重离子肿瘤治疗临床实验中对照射束流状态的实时监测,研制了束流强度及剂量监测系统,包括积分电离室、后续电流频率转换电路及LabVIEW数据获取处理三部分。利用闪烁体探测器和标准剂量计测试了系统的线性响应和得到剂量的准确性,结果表明：系统在束流临床照射流强范围内的线性响应好于90%,其实时反馈的临床照射剂量偏差小于5%。同时束流强度及剂量监测系统与安全控制系统相结合,保证束流照射状态满足临床照射的安全要求。     

重离子治癌终端的束流强度及剂量监测系统

 为实现重离子肿瘤治疗临床实验中对照射束流状态的实时监测,研制了束流强度及剂量监测系统,包括积分电离室、后续电流频率转换电路及LabVIEW数据获取处理三部分。利用闪烁体探测器和标准剂量计测试了系统的线性响应和得到剂量的准确性,结果表明：系统在束流临床照射流强范围内的线性响应好于90%,其实时反馈的临床照射剂量偏差小于5%。同时束流强度及剂量监测系统与安全控制系统相结合,保证束流照射状态满足临床照射的安全要求。     

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的辐照治癌终端

为了进行重离子束流的肿瘤治疗和生物效应的研究,HIRFL正在建造一个辐照治癌终端.主要介绍了该终端的束流制备方法和束流线的布局、性能参数和束流光学设计计算结果. A new experimental terminal is being constructed at HIRFL for research program of proton and heavy ion therapies and irradiation effects of living things . The beam preparation method and the layout, performance and beam optics calculation of the beam line are presented.     

理疗激光束能量分布的微观形貌测量

利用投影光栅显微法对治疗近视眼的激光光束的能量分布进行了测量. 结果表明激光光束的能量在小范围内并不是均匀的高斯分布,而是重重叠叠的无规则的峰-谷分布,该三维形貌的测量及高度分布研究对研究激光治疗近视眼有重要意义.     

IMP重离子治癌中的剂量计算方法

针对深部肿瘤重离子治疗临床试验的需求,首先在水介质中进行生物有效剂量的优化计算,然后根据CT图像中像素CT值与水等效长度转换系数之间的关系, 结合水中的深度剂量分布曲线对每个像素进行积分得到CT图像上的生物有效剂量分布。同时介绍了基于被动式束流配送系统适形照射时的剂量确定方式, 并提出二维适形放疗也应使用分层照射方式以适应治疗时的不同要求。 这些方法适合目前及今后在IMP进行的重离子治癌临床试验研究中治疗计划系统的需要。Basic algorithms of biological effective dose optimization and dose distribution on CT image for the heavy ion therapy project at the Institute of Modern Physics (IMP), Chinese Academy of Sciences (CAS) are reported in this paper. Firstly, biological effective dose optimization is conducted in water. According to the relationship between CT number and water equivalent path length, an integral algorithm is used to calculate the average dose within a pixel and then the dose distribution in tissue is derived. Secondly, the dose determination of layer stacking conformal irradiation is described and the layer stacking method is proposed to be applied in two dimensional conformal irradiation. These methods are sufficient to the requirements of the ongoing and future heavy ion clinical trials conducted at IMP.     

并合不变中子质子产额比值角分布各向异性与对称能关系的研究

采用ImQMD05模型分析了非对称反应体系40Ar+197Au,124Sn在中低能区（E_beam=35~100 MeV/u）的半擦边反应的条件下的反应机制,并进一步探索了不同模型参数,如对称能斜率、碰撞参数等,对轻粒子并合不变中子质子产额之比角分布各向异性的影响。通过研究发现:对于出射动能大于每核子10 MeV的动力学出射的轻粒子而言,其并合不变的中子质子产额比值角分布各向异性与对称能的软硬具有明显的关联;碰撞参数对轻粒子动力学发射各向异性的影响最弱。By using the ImQMD05 code,we simulate the 40Ar+197Au,+124Sn at beam energy of 35,50 and 100 MeV/u and semi-peripheral collisions.The reaction mechanism,symmetry potential and Coulomb potential competition around the overlapped neck region and impact parameters effects are investigated for understanding the angular distribution of isospin contents of dynamical emitted light particles.Our results show that the angular anisotropy of the coalescence invariant neutron to proton yield ratios is sensitive to the stiffness of symmetry energy,especially for the dynamical emitted light particles with E_k>10 MeV.