瞬发γ射线是在粒子治疗中产生的一种次级辐射，瞬发γ射线的信息在很大程度上反映了粒子入射的情况，因此使用瞬发γ射线验证粒子射程是一种具有很大潜力的验证方法。本文介绍了瞬发γ射线在体射程验证的概念以及优势，着重对近年来使用瞬发γ射线进行射程验证的方法和技术上的进展进行综述，讨论瞬发γ射线成像、瞬发γ射线时序探测和瞬发γ射线能谱探测三种方法的优劣势；最后对三种方法进行总结，并对未来使用瞬发γ射线进行在体射程监测的发展趋势进行了展望。

目的:基于上海先进质子放疗设备（SAPT）水平固定束，利用开源剂量计算引擎搭建质子放疗独立剂量计算平台并验证该平台的准确性。方法:通过测量SAPT水平固定束的绝对积分深度剂量以及空气中束斑大小，并结合蒙特卡洛模拟得到水中束斑大小增量，笔形束参数与剂量计算引擎相结合，搭建了适用于该水平固定束的剂量计算平台。计算平台精确性的验证主要通过绝对剂量验证和相对剂量验证实现。绝对剂量验证主要是比较单个立方体计划射野中心轴线上不同深度计算值和实测值的点对点误差。相对剂量验证主要是比较计算值和实测值的横向一维及二维相对剂量分布。同时，对单高斯束斑模型和双高斯束斑模型的精确性进行比较。结果:计算值和实测值的点对点绝对剂量偏差在2%以内。3个立方体在中心深度的二维平面相对剂量分布的计算值与实测值的20%~80%半影宽度及半高全宽的偏差分别在1、2 mm以内。3个立方体计划及2个临床病例在中心深度的二维平面相对剂量分布的实测值与计算值的二维γ通过率（3 mm/3%）均>95%。双高斯束斑模型在剂量梯度变化较大或者射程较大的计划中相较于单高斯束斑模型计算得更准确。结论:独立剂量计算平台的精确度能满足临床要求，可利用此平台研究其他剂量相关的问题。

目的:提出改进最差场景算法，能够提升计划鲁棒性并且能平衡计划在标称场景下剂量分布质量与计划鲁棒性。方法:对C形靶模型计划优化中，以标称场景优化为主，同时在每次迭代时计算每个体素在9种场景下的剂量值，取其与在标称场景下该体素剂量值的最大差值作为鲁棒性优化项添加入优化目标函数进行优化。结果:在自主开发的鲁棒性优化计算模块验证，当权重因子p robust＝0.8时，相比常规优化，临床靶体积的 ΔD 95%由9.8 Gy减小至7.6 Gy。当p robust由1减小到0时， ΔD 95%由7.0 Gy增大至9.8 Gy，计划鲁棒性降低，而标称场景下CTV的D 95%、D max和危及器官的D 5%、D max减小，剂量分布质量得到提高。 结论:改进最差场景算法能够有效地提高计划对于射程和摆位不确定性的鲁棒性，并且该方法中p robust可提供给计划制定者用于权衡治疗计划在标称场景的剂量分布质量和计划的鲁棒性。

目的:介绍国产首台质子治疗装置配套治疗计划系统(未取得注册证的Raystation10B科研版)建模与初步剂量验证的方法与结果。并通过剂量验证结果分析验证建模精度。方法:治疗计划系统(TPS)建模方法主要包括积分深度剂量(integrated depth dose，IDD)曲线的采集与建模、空气中束斑采集与建模、通过扫描点距为2.5 mm、照射野为10 cm × 10 cm的方野来进行绝对剂量标定建模。本研究通过测量3种不同复杂程度案例的剂量分布并与TPS的剂量分布对比，验证和分析建模精度并给出机器束流参数的要求和调试建议。结果:TPS模型拟合的低能区IDD曲线峰值比实际测量值偏低，中高能区拟合的较好。所有能区射程都拟合准确。3种不同复杂程度案例实际测量与治疗计划靶区平均剂量偏差都在±5%(国家型式检测标准)以内，高剂量梯度区域位置偏差(DTA)都<3 mm。结论:该治疗计划系统的建模精度总体上满足测量验证的要求。但由于TPS模型中蒙特卡罗模拟的IDD分辨率低且低能区布拉格峰非常尖锐，低能区IDD建模拟合精度不足。

目的:测量并验证商用质子治疗计划系统RayStation V10的计算精度及质子射程的计算精度，为该系统的临床运用提供参考。方法:在上海瑞金医院质子治疗装置上，使用仿真头部模体验证RayStation的计算精度，扫描获取模体的CT数据并导入计划系统，追加设置水箱使其紧贴于模体后，在水箱适当深度设置一个立方体靶区，设计处方剂量为200 cGy（相对生物效应）且束流垂直穿过模体的单野验证计划，实施照射后，比较测量结果和计划系统计算结果。结果:使用RayStation默认设置制订验证计划时，测量得到的纵向剂量分布相比计算结果往深的方向移动约4 mm，表明RayStation过高估计了模体中组织等效材料的水等效厚度。为研究该误差来源，用实际束流测量模体中软组织等效材料的水等效厚度，根据测量结果，微调RayStation默认设置，发现纵向扩展布拉格峰测量结果和计算结果的误差可以缩小到2 mm。结论:使用RayStation默认设置计算仿真模体的阻止本领，可能带来较大射程误差。使用组织分割和实测模体的组织水等效厚度相结合的方法，可改善治疗计划系统在仿真模体上的射程计算精度。此方法有望成为减小此类剂量算法误差的有效手段之一。

目的:介绍并讨论国内第一台迈胜S250i紧凑型笔形束扫描质子治疗系统的束流特性.方法:利用平行板电离室测量输出剂量;利用大半径布拉格峰电离室测量从最高能量227 MeV下降到28 MeV共19档能量下的积分深度剂量,以表征质子束特性;利用Phoenix平板探测器测量射束中心轴上空气束斑曲线,并测量多点束斑验证输出位置精度;测量自适应多叶光栅叶间泄漏和半影减少效果,以表征其性能.结果:该质子系统被校准为最高能量为227 MeV,(10×10)cm2均匀方野在水下5cm深度处输出剂量为1 Gy.该系统能够将质子束射程调制到患者体表,原始布拉格峰在所有能量下具有恒定的80%-80%宽度8.6 mm.最高能量射束在空气中等中心处的束斑尺寸约为4 mm,束斑投射位置精度在1mm以内.自适应多叶光栅对最高能量射束的叶间漏率小于1.5%,并能显著减小射野半影.结论:迈胜S250i质子治疗系统具有独特的设计和束流特性,在布拉格峰形状、束斑大小随能量的变化以及自适应光栅的半影锐化效应上均有体现,在TPS建模和计划设计时需要考虑这些差异,以执行精准质子治疗.

目的:提供一种权重适配的布拉格峰展宽(SOBP)方法,得到平滑的展宽布拉格峰.方法:通过重新拟合质子能量-射程的关系(盖格法则),找出适配函数的函数形式,并对权重进行重新适配,通过求敏感参数k,得到平滑的SOBP,最后用蒙特卡洛程序FLUKA进行验证.结果:SOBP的形状对参数k比参数P更加敏感,拟合得到4～32 cm的SOBP,中间平坦区偏差不超过±2％,并解决中间区坍塌的问题.结论:蒙特卡洛模拟检验了权重适配的SOBP方法的有效性.

目的 验证一种高灵敏度宽频声学探测器测量临床质子碳离子布拉格峰声信号可行性.方法 将该声学探测器紧贴在圆柱状水箱后方.水箱水等效深度使用寻峰设备(Peakfinder,PTW,德国西门子)经高能质子测定.通过同定总离子数,分别改变离子流强和布拉格峰到探测器前表面距离来研究布拉格峰声信号强度与探测器到布拉格峰距离和流强关系;改变束流与探测器侧向位置来研究测量布拉格峰横向半高宽可行性.结果 束流开始或束流结束产生的声脉冲幅度可间接表示声信号强度.质子布拉格峰声信号强度与探测器到布拉格峰深度距离呈反比,与流强呈正比,125.43 MeV质子布拉格峰横向半高宽与治疗计划系统模拟值最大偏差11.7％(取束流开始或结束测量数据中最大值).碳离子呈相似规律,但178.89 MeV/u碳离子布拉格峰横向半高宽比治疗计划系统模拟值偏大45.6％(束流结束测量值),探测器到布拉格峰深度距离可显著增加至67.7 mm.结论 该声学探测器可有效探测质子碳离子布拉格峰声信号,但需进一步降低噪声影响.

目的 利用蒙特卡罗程序模拟点扫描质子束治疗机头,建立精准的质子束流蒙特卡罗模拟计算模型.方法 利用蒙特卡罗程序FLUKA,结合上海市质子重离子医院治疗机头几何结构,建立点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模型.通过对不同能量下水中积分深度剂量分布,等中心点处空气中束斑大小的测量和模拟,建立精准的模拟模型.利用该模型模拟质子束扩展布拉格峰,并与对应治疗计划系统(treatment planning system,TPS)计算结果进行比较分析.结果 对于射程末端90％积分深度剂量值,各能量下模拟和测量的偏差均不高于0.5 mm.而对于80％至20％末端跌落,各能量质子的模拟和测量的偏差在0.1 mm以内.质子束流束斑大小的模拟与测量结果偏差最大为0.45 mm.对扩展布拉格峰的剂量验证的模拟与TPS计算结果进行对比,γ分析通过率高于90％(2 mm,2％标准).结论 利用蒙特卡罗程序FLUKA可以建立点扫描质子治疗机头模型,该模型满足临床要求,可以精确地模拟点扫描质子束的输运.该模型通过测量验证,可以作为剂量验证工具,评估临床治疗计划,能够减少剂量验证所需的束流时间,从而增加患者治疗数量.

3D打印技术是一种新兴的制造技术,可以制作出各种精细、结构复杂的产品,降低了产品的制造难度,在医学领域被广泛应用.本文总结了3D打印技术及其实现方式,在制作放疗组织补偿膜、射程补偿器方面的应用,还介绍了3D技术在后装放疗及放疗剂量验证方面的应用,总结前人研究发现3D打印产品可以实现提高放疗靶区的剂量精度,降低周围正常组织的剂量,而3D打印技术与放疗技术相结合,可以提高放疗的精确度和安全性,为肿瘤精确放疗提供强有力支撑.本文总结分析的3D打印技术在放疗中的应用现状和进展有助于他人研究快速获取参考资料.