重离子在束流调制设备上产生次级粒子的蒙特卡罗模拟研究

发布时间：2021-12-02 13:42

　　肿瘤放射治疗（放疗）的目的是让肿瘤靶区接受到致死剂量的照射,同时使肿瘤靶区周围的正常组织及危及器官受到的照射剂量尽可能的低。重离子束与传统的光子放疗相比,具有独特的物理学和生物学特性。这使得重离子束在杀死肿瘤细胞的同时,在周围正常组织沉积的能量更少。基于上述两大优势,碳离子束是目前最好的放射治疗射线。在碳离子放射治疗中,碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域,在产生的次级粒子中以中子的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下,减少碳离子放疗中产生的次级中子和γ射线不仅对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义,同时也对延长束流配送系统中电子设备的使用寿命有着积极的作用。本文利用蒙特卡罗（Monte Carlo）方法首先模拟计算了被动式束流配送系统中各束流调制设备,如:初级准直器（Primary Collimator,PC）、脊形过滤器（Ridge Filter,RF）、射程移位器（Range Shifter）、多叶光栅（Multi-Leaf Collimator,MLC）、体表补偿器（Compensator）等。在400M... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

X射线与质子重离子的深度剂量分布

RBE定义图

重离子在束流调制设备上产生的次级粒子蒙特卡罗模拟研究6对同一种细胞种类，同一种离子类型，RBE值随LET的变化而变化。LET是一个物理量，表示在给定材料中，通过放射性衰变或辐射作用释放的带电粒子穿过的单位路径长度上传递给电子的能量。低LET射线（如X射线与γ射线等）产生的稀疏电离作用使得细胞核内DNA产生易修复的单链断裂（singlestrandbreak,SSB）。高LET射线（如快中子、质子与重离子等）产生的致密电离作用使得细胞核内NDA产生不易修复的双链断裂（double-strandbreak,DSB）。细胞核内的DSB损伤比SSB损伤更不容易被修复，因而高LET射线具有较高的RBE。从图1.3可以看出，碳离子RBE的最大值在LET值为200keV/um左右，超过最大值后当LET值再增大，RBE值出现下降的情况，这就是“超杀”现象[23,24]。这是由于局部剂量饱和效应导致的，LET值的增大表示局部沉积的能量过多，因而导致沉积过多的能量将会被浪费，但是RBE值表示的是宏观量，故当LET超过某一值后，RBE值不会继续增大反而出现减小的趋势。RBE值与LET值的关系如图1.3所示。图1.3CHO细胞条件下碳离子束RBE与LET关系Figure1.3RelationshipbetweencarbonionbeamRBEandLETunderCHOcellconditions一般情况下，照射细胞的剂量越高其存活水平将会越低，对应RBE的值也会越校重离子放疗中碳离子的优势在于在入射路径上有较低的LET值，但是LET值会随着离子束入射深度的增加而逐渐增大，最大值出现在Bragg峰区附近，并且RBE值也会逐渐增加在Bragg峰区周围达到最大。比碳离子更重的离子（如氮离子与氧离子等）的RBE的最大值会出现在Bragg峰前，比碳离子更轻的离（如质子与氦离子等）的RBE的最大值会出现在Bragg峰的尾部。因此

【参考文献】：
期刊论文
[1]中国科学院近代物理研究所重离子束治癌进展[J]. 肖国青,张红,李强,宋明涛,詹文龙.  原子核物理评论. 2007(02)
[2]从品质因数Q到辐射权重因数WR[J]. 陈迪.  辐射防护. 1992(05)

博士论文
[1]重离子精确笔形束模型及其在治疗计划中的应用研究[D]. 张晖.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2019
[2]基于蒙特卡罗算法的重离子治癌装置HIMM剂量学研究[D]. 刘源源.兰州大学 2017
[3]灵活调控笔形束参数的点扫描照射新方法研究[D]. 闫渊林.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2016

硕士论文
[1]基于蒙特卡罗的调强放疗笔形束剂量计算系统研发[D]. 肖期德.湖南大学 2016
[2]重离子治疗中剂量学相关问题的蒙特卡罗模拟研究[D]. 黄齐艳.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2014



本文编号：3528554