目的:研究高能医用直线加速器运行过程中因光核反应所形成的光中子辐射场。方法:利用蒙特卡罗(MC)程序模拟Clinic 2300CD型医用电子加速器15 MV X射线模式下光中子污染，掌握机头内不同位置光中子能谱和不同照射野下等中心处中子周围剂量当量变化，分析光中子在等中心平面内剂量分布和水模体中剂量衰减。结果:准直器关闭时，加速器机头内靶、主准直器、均整器和多叶准直器下表面的光中子平均能量分别为1.08、1.20、0.35、0.30 MeV；等中心处中子周围剂量当量随着照射野的增大先增大后减少，在30 cm × 30 cm照射野下达到最大；随着测点在水模体中的深度增加，中子通量先增加后减小，而中子剂量却在逐渐减小；不同照射野下，光中子剂量率在水模体深度20 cm处，基本都接近本底。结论:探究高能医用直线加速器机头光中子谱和剂量分布特点，以及光中子在水模体内剂量沉积规律，能为进一步研究高能医用直线加速器光中子污染对患者产生的附加剂量提供支持。

目的:研究不同强度正交磁场对6 MeV X线在均匀水模体和异质性模体中剂量分布的影响。方法:采用蒙特卡罗模拟软件Gate 8.2版，研究10 cm×10 cm射野的X线束分别在0.0、0.5、1.0、1.5、3.0 T磁场条件下，在均匀水模体、水-空气/骨-水层模体以及"自定义肺模型"中的剂量分布情况，分析磁场强度与X线在模体中剂量分布的关系。结果:磁场的存在会引起X线在水模体中建成区缩短；中心轴上的最大剂量改变可达56.22%(3.0 T)；垂直磁场方向上射野的横向剂量分布向一侧迁移，最大可达43.64%(-44.55%)。在水-气-水模体中，空气层内平均剂量最高可降低57.4%(3.0 T)；水-骨-水模体，骨层近端剂量降低16.5%，远端剂量增加22.6%；自定义肺模型中各层内剂量变化与磁场强度呈正相关。结论:正交磁场的存在会引起X线在模体中剂量沉积的建成区和射野两侧剂量分布的改变，且这种改变在异质性模体交界面附近更加明显。

目的:利用半野的剂量分布特性和容积调强(VMAT)技术的特点，探索一种可以更好保护肺和心脏的新技术。方法:采用三维水箱测量对称野及半野的射野边缘剂量分布，并比较分析各自特征。回顾性选取50例左侧乳腺癌术后放疗患者，保乳术和根治术各25例，处方剂量50 Gy/25次，基于RayStation计划系统，分别采用对称野连续弧VMAT技术和半野分段弧VMAT技术进行计划设计，比较和分析靶区的剂量适合度、治疗效率，以及心脏、肺等危及器官的各种剂量数据。结果:半野的辐射野大小在水模内不随深度增加而增加，对称野则因张角因素射野逐步变大，30 cm处增大到约2 cm，而且半野的射野外剂量低于对称野，差值愈近射野边缘愈明显。与对称野连续弧计划相比，半野段弧VMAT计划能显著改善肺和心脏的受照射剂量，差异有统计学意义( t＝-4.11、-4.42， P＝0.00)，其中心脏整体结构的 V5、 V30、 Dmean均值减少为52.5%、65.5%、47%，与靶区关系紧密的左侧冠状动脉前降支降幅超过20%，患侧肺 V5、 V10、 V20、 Dmean的均值分别减少21.6%、24.8%、25.0%、23.2%，其他正常器官剂量均值，半野段弧计划同样优于连续弧计划。 结论:对于乳腺癌放疗，半野与VMAT结合可以充分发挥半野和VMAT的优势，显著改善心脏、患侧肺、健侧乳腺等危及器官的受照射剂量。

目的:在基于纳剂量学模型（LNDM）的治疗计划中，应用日本国立放射线综合医学研究所（NIRS）积累的临床经验，验证γ分析方法在LNDM和微剂量动力学模型（MKM）间处方剂量转换研究中的可行性。方法:通过开源的多种射线放疗计划设计平台matRad，采用γ分析的方法对基于MKM和基于LNDM的碳离子治疗计划进行比较，得到不同模型的转换因子。通过水模体研究靶体形状及大小、靶体位置深度、处方剂量和照射方式对模型转换因子的影响，并采用C型靶模型和肝癌患者病例对转换因子进行初步验证。结果:模型转换因子与靶体形状无关，与照射方式有关。在单野照射条件下，其与靶体大小、靶体位置深度及处方剂量成正相关。并且C型靶模型和肝癌患者病例成功验证了转换因子，其基于MKM和LNDM的治疗计划所生成的物理剂量分布的γ通过率（2%/2 mm）分别为92.79%和91.19%。结论:本文所计算的转换因子（f=D LNDM/D MKM）可用于指导基于LNDM的碳离子治疗计划设计时处方剂量的设置。γ分析可用于不同模型处方剂量间的转换研究。

目的:探究将ArcherQA系统用于Elekta Unity 1.5T磁共振加速器上开展的磁共振引导自适应放疗计划独立验算的可行性。方法:利用均匀水模体验证了ArcherQA在磁场下的剂量计算精度，然后利用抽签法随机选取32例在Unity上接受磁共振引导在线自适应放疗的患者，包含脑、纵隔、肝、肾、椎体等5个治疗部位、32个离线计划，177个在线计划。分别比较ArcherQA独立验算结果与ArcCheck测量结果、Monaco计划系统计算结果的γ通过率(3 mm/3%、2 mm/2%,阈值10%)，定量评估ArcherQA系统对Unity在线计划独立验算的准确性和效率。结果:ArcherQA系统可以较为准确地计算出磁场下光子线的剂量分布，在3 mm/3%标准下，水模体中方野验证结果γ通过率均高于99%。在更严格的2 mm/2%标准下，除20 cm × 20 cm射野外，其他方野的γ通过率也都超过95%。对于治疗计划验证，ArcherQA计算的结果与ArcCheck测量数据，以及Monaco计划系统的计算数据都表现出较好的一致性，在3 mm/3%标准下平均γ通过率可达到99%以上，2 mm/2%标准下平均γ通过率也超过97%。ArcherQA的在线计划独立验算效率较高，177个在线计划独立验算所需的时长范围为50～150 s，平均时长约为108 s。结论:ArcherQA可以准确并高效地计算出磁场下光子线的剂量分布，能够用于磁共振引导自适应放疗中离线和在线治疗计划的独立验算，是一种有效的补充验证手段，为患者治疗计划安全提供保障。

目的:基于水模体,用KVKV和CBCT验证自主设计的新型阴道宫颈固定系统的位置准确性和重复性.方法:新型阴道宫颈固定系统由体内和体外系统组成,体外系统由与底板固定的刻度尺、真空袋和腹部热缩膜构成;体内系统由圆柱形阴道固定器+宫腔管组成,内含4个钛合金标记点.水模体(40 cm×30 cm×20 cm)CT扫描层厚为1.25 cm,图像导入Monaco(v5.11)计划系统,分别以4个标记点为摆位等中心,在加速器分别行KVKV和CBCT验证,每个标记点两种模式各扫描5组(各20组图像),验证其位置准确性和重复性,并比较两种验证模式差异.结果:KVKV和CBCT总的垂直、头脚、左右方向位移分别为(0.10±0.05)cmvs(0.09±0.06)cm、(0.11±0.06)cmvs(0.10±0.05)cm、(-0.10±0.06)cmvs(-0.10±0.05)cm,两种验证模式的差异无统计学意义(P＞0.05).位置偏差的绝对值最大值为0.2 cm(频率≤17.5%),其余的偏差绝对值均≤±0.1 cm.KVKV与CBCT偏差的差值均≤±0.1 cm.结论:自主设计的新型阴道宫颈固定系统具有良好的位置准确性和重复性.KVKV验证相对于CBCT验证具有分辨率高、伪影小和时间短的优势,推荐优先使用KVKV进行验证,若需再行CBCT局部验证.

目的 探讨3.0T M RI-T2*定量不同浓度M nCl2水模的准确性、重复性及可行性.方法 制作不同浓度的M nCl2溶液水模,分别使用3.0T 和1.5T M RI进行多回波GRE序列扫描并测量 T2* 值和 R2*(1/T2*)值,行3.0T M RI重复扫描.使用Spearman相关分析探讨3.0T场强下R2*值和T2*值与不同浓度水模之间的关系;3.0T和1.5T 场强下水模 T2*值之间的关系,并通过一元回归得到两者之间方程.用配对秩和检验和Bland-Altman法比较3.0T场强下2次测量的水模 T2*值的差异,计算组内相关系数(ICC).结果 水模 T2* 值与 M n浓度高度负相关(r = -1.000,P< 0.001),R2* 值与 M n浓度高度正相关(r = 1.000,P< 0.001).3.0T场强下测量的水模T2*值与1.5T场强下的测量值呈高度正相关(r =1.000,P<0.001),两者之间的回归方程为T2* 3.0T =0.651T2* 1.5T +0.041.3.0T场强下2次测量的T2*值无显著性差异(Z= -1.732,P=0.083),ICC为1.000.结论 3.0T M RI定量心肌铁沉积具有可行性.

利用磁共振成像技术研究非人灵长类动物的脑功能网络及其高级认知功能是神经科学发展的重要方向.然而,非人灵长类动物颅骨的几何特征会造成局部磁场不均匀,严重影响成像质量.本文采用3.0 T临床磁共振扫描仪,对基于场图的梯度匀场序列进行适当的参数优化(包括提高场图空间分辨率、缩小匀场范围),并与常规匀场方式对比,分别扫描了磁共振专用体模及非人灵长类动物大脑.通过基于梯度回波的相位图差值进行匀场效果的定性判断,并借助共振峰半高宽进行匀场效果的定量评估.结果表明,匀场序列经参数优化后,水模匀场区域内的自由感应衰减曲线半高宽降低超过34% (P<0.001),磁场均匀性提高,而非人灵长类动物活体实验的图像几何畸变得到显著改善.因此,经过优化后的匀场序列能够有效提高匀场质量,减小由于磁场不均匀导致的几何畸变,从而满足非人灵长类动物脑功能成像的匀场需要.

目的 进行基于磁共振成像(MRI)导航的气动手术机器人控制系统设计.方法 构建以气压和超声波电机相结合的机器人驱动系统和基于PID控制的气缸位置控制回路.通过系统辨识,建立气动伺服系统的数学模型,进行PID参数整定和系统特性的仿真研究,利用尼奎斯特判据完成稳定性分析,并对机器人的针刺精度和核磁兼容性进行实验验证.结果 模拟仿真结果显示系统最大稳态误差约为0.4 mm,最大跟踪误差小于2 mm,表明PID控制系统具有较高的控制精度及轨迹跟踪能力.针刺精度实验结果显示,机器人的针刺误差为0.72 mm.水模实验结果显示,核磁图像清晰,表明机器人对核磁成像的影响较小.结论 模拟仿真、针刺实验及水模实验的结果表明,该气动机器人系统整体上能够满足近距离放射手术的要求.

目的:利用蒙特卡罗方法模拟射波刀的射线输运过程,并与实际测量结果相比较,验证所建模型的准确性.方法:应用BEAMnrc与DOSXYZnrc程序,建立射波刀物理结构模型,包括12个不同尺寸的准直器系统,通过调整电子束流的平均能量、强度分布半高宽参数,得到水模体中剂量场分布的百分深度剂量、离轴比、输出因子、射线质以及修正因子等数据,并与实际测量数据对比,从而确定所模拟模型中电子束流参数.结果:射线束流百分深度剂量数据对比中超过90%的点误差<2%;离轴比数据中超过90%的点误差<2%;射野输出因子在准直器尺寸≥20 mm时基本重合,但是在准直器尺寸≤15 mm时存在一定误差;射线质的值为0.639,与测量结果0.635相近,最终确定了电子束流平均能量为6.9 MeV,强度分布半高宽为0.4 cm.结论:所建立的蒙特卡罗模型能够准确地模拟射波刀射线输运过程,为后续研究奠定了基础.