目的 开发并验证一种用于展宽布拉格峰的结构体,以提高粒子放疗的效率与适形性.方法 通过随机堆叠与规律堆叠两种方式来制作具有多孔性的网格堆叠结构(MPS),每一层网格中,网格厚度、线宽与线间距分别为0.1、0.1、0.5mm,总尺寸为10cm×10cm.使用蒙特卡罗程序FLUKA模拟196 MeV/u的碳离子束流与105 MeV的质子束流穿过MPS后的输运过程,评估调制后束流的剂量分布、束流不均匀性以及MPS的调制能力稳定性,并评估MPS在鼻咽癌(63 Gy分21次)、肺癌(77 Gy分22次)与前列腺癌(70.4 Gy分16次)各1例临床计划中的调制效果.结果 MPS最多能够将质子束流和碳离子束流的布拉格峰宽度分别增加1.73 mm和2.95 mm,对于不同入射位置,10层以上的规律堆叠能够将MPS的调制能力差异降至5％之内.堆叠30层的MPS调制后的束流输运18 cm后可使不均匀性降至3％之内,与临床使用的波纹滤波器相比,MPS能够将质子等中心束斑减小0.91 mm.在鼻咽癌计划调制中,使用MPS能够将治疗时间缩短213s(37％)且脑干所受的最大剂量减小了 3.28 Gy(7.5％).结论 使用MPS能够有效地展宽粒子束流的布拉格峰,提高临床放疗效率,规律堆叠的MPS调制能力稳定性较强.调制后的束流能够实现相对良好的均匀性,具有贴近患者而减小横向散射并提高适形性的临床应用潜力.

目的:测量碳离子束的微剂量谱并计算其相对生物学效应(RBE)分布，为放射治疗微剂量研究提供参考。方法:使用绝缘体上硅(SOI)微剂量计对兰州重离子加速器国家实验室提供的260 MeV/u的 12C离子束流进行微剂量谱测量，测量所得的脉冲幅度谱经转化得到剂量分布，通过摆放不同厚度聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的组合，实现不同PMMA深度微剂量谱及RBE值的测量。 结果:测量得到不同PMMA深度下260 MeV/u的 12C离子束的微剂量谱，以及剂量线能 yD与RBE随PMMA深度的变化关系。PMMA深度为116.5 mm处，RBE值达到2.6的峰值，并在布拉格峰位后迅速下降，但在拖尾处RBE值仍有1.3约为坪区入口处的2倍。 结论:本文为碳离子束微剂量谱提供基础数据， 12C离子束的RBE值随着PMMA深度增加逐渐上升并达到峰值，布拉格峰位后迅速下降但在拖尾处的生物效应不可忽略。同时体现了不同线能区间处的导致的剂量份额，为评估重离子治疗中继发癌症的风险提供参考。

目的:比较采用相对生物效应（RBE）剂量48 Gy，16次和12次分割碳离子束照射局部晚期非小细胞肺癌（LA-NSCLC）淋巴结引流区的不良反应、有效性及生存率。方法:收集2020年6月至2021年12月甘肃省武威肿瘤医院重离子中心收治的病理确诊为LA-NSCLC的患者72例，简单随机法分为A组、B组各36例，分别给予A组48 Gy（RBE）分16次和B组48 Gy（RBE）分12次碳离子束选择野照射淋巴结引流区，观察其急慢性不良反应、有效性及生存率。采用Kaplan-Meier法绘制生存曲线，log-rank法进行差异检验。结果:A、B组中位随访时间分别为13.9（8.8~15.7）、14.6（6.3~15.9）个月，治疗有效分别为16例（44.4%）、9例（25.0%），疾病控制分别为34例（94.4%）、30例（83.3%）。统计分析显示A、B组总生存率的差异无统计学意义（ χ2=1.192， P=0.275）。两组患者放疗计划参数比较显示，CTV体积，患侧肺D mean、V 5 Gy（RBE）、V 20 Gy（RBE）、V 30 Gy（RBE），心脏V 20 Gy（RBE）、V 30 Gy（RBE）、D mean，食管V 30 Gy（RBE）、V 50 Gy（RBE）、D max、D mean，气管D max，脊髓D max等相关指标的差异均无统计学意义（ P值均>0.05）。纳入患者在治疗期间及随访过程中均未出现3、4级不良反应；两组患者1、2级急性放射性皮肤反应（ χ2=5.134， P=0.077）、放射性食管炎（ χ2=1.984， P=0.371）、晚期放射性肺炎（ χ2=6.185， P=0.103）发生情况的差异均无统计学意义。 结论:碳离子放疗系统两种剂量分割模式在LA-NSCLC纵隔淋巴结引流区选择野照射治疗中安全性相近，不良反应可控，远期疗效仍需进一步观察。

目的:采用自制二维闪烁体探测器对主动式点扫描质子重离子加速器放疗系统进行质控检测，为质子重离子束的质量(束斑位置、束斑大小、虚源、深度分布曲线及射程等)提供快速检测方法和参考。方法:探测系统由硫氧化钆闪烁体荧光屏、不锈钢板和光学数码相机组成。将质子重离子束垂直入射到闪烁体荧光屏转化为可见光，经不锈钢镜面反射至相机成像仪上形成图像信号，通过对信号分析处理，获取质控参数。结果:多丝正比室和闪烁体探测测得量束斑位置偏差<1mm。多丝正比室测得束斑大小与用闪烁体探测系统器测得量值之间差值：质子为(1.40±0.59)mm，碳离子为(0.5±0.08)mm。429.25MeV/u碳离子的 x、 y轴虚源分别为751.8、805.6cm，与物理距离差值<1%。测得287.5MeV/u碳离子的射程为160mm。 结论:自制闪烁体探测器可以测量束斑位置、束斑大小、虚源、深度分布曲线及射程等。该探测器可作为一项质子重离子治疗质控的有效工具。

目的:改进一套临床碳离子治疗系统的束流配送方式，并测试其性能，以满足使用碳离子束进行FLASH细胞及动物实验的条件。方法:使用碳离子治疗系统的垂直束，通过缩短同步加速器束流引出时间提高流强的方法，来获取超高剂量率。将高流强的束流在深度方向采用脊形过滤器展宽，横向使用点扫描技术扩展，可形成细胞学实验和动物实验所需的射野。测量射野平坦度、半影、吸收剂量、平均剂量率等，以验证束流性能是否满足要求。结果:深度方向展宽的Bragg峰和设计一致，横向剂量曲线测量得到的射野平坦度和半影等参数满足实验要求。扩展后在20 mm×20 mm×10 mm的靶体积内，射野吸收剂量达到8 Gy，射野平均剂量率>60 Gy/s，最大可以达到100 Gy/s；30 mm×30 mm×10 mm靶体积内，射野吸收剂量为4 Gy，部分能量的射野平均剂量率>40 Gy/s，实验中可选择剂量率适合的能量进行照射。结论:经过对束流配送方法的改进，已经能够在同步加速器上实现碳离子FLASH细胞学实验的条件，通过对加速器的改进实现加速粒子数倍增后，剂量率和剂量都可以达到目前文献报道的FLASH动物实验条件。

目的:使用蒙特卡罗程序FLUKA建立点扫描碳离子束流模型并对其进行验证。方法:使用FLUKA建立同步加速器碳离子束流治疗头的几何模型，匹配实验测量数据中的单能标称能量、高斯能谱分布、初始束斑大小以及束流的角分布等各项参数；利用治疗计划系统生成碳离子束流治疗计划，通过γ分析比较FLUKA束流模型与治疗计划系统输出的剂量分布差异，验证该模型的准确性。结果:单能碳离子束流的深度剂量分布差异均在0.1 mm之内，束斑大小最大差异为0.17 mm；对于每个靶区，2 mm/2%标准下的2D-与3D-γ通过率均在95%以上。结论:基于蒙特卡罗程序FLUKA实现了点扫描碳离子束流输运过程的精准模拟。该模型能够用于临床治疗计划的模拟验证，并进一步应用于新型粒子治疗设备在开发阶段的模拟以及生物有效剂量的计算。

为研究高能碳离子束对马铃薯组培苗茎切段的影响,以马铃薯品种'新大坪'的组培苗茎切段为研究材料,设置4个辐照剂量梯度对其进行辐照处理,测定植株致死率、生根率、侧芽形成率、形态变异率以及叶片生理指标,确定'新大坪'组培苗茎切段的半致死辐照剂量.结果表明:辐照剂量与致死率之间的关系呈正相关性;组培苗茎切段的再生植株表型变化主要为叶片不对称、叶缘不规则、茎变异伸长、叶片丛生和叶片粘连等;随辐照剂量升高,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性呈先升后降的趋势;丙二醛含量则呈先升后降,随后又升高的现象.利用线性回归方程计算'新大坪'的半致死辐照剂量为20.37 Gy.

目的 研究EDR2胶片对扫描质子碳离子束的能量响应关系.方法 同一张EDR2胶片接受扫描范围为5 cm×5 cm、相同能量、9种不同剂量的均匀质子束和碳离子束照射.经冲洗扫描后,通过Image J读取2 cm×2 cm范围内像素平均值,通过计算将像素平均值转化为净光度(Optical Density,OD)值,获取该能量质子和碳离子拟合直线斜率,即剂量响应因子(Dose Response Factor,DRF).比较分析不同能量的DRF,获得EDR2胶片对不同能量质子和碳离子的响应曲线.结果 最高能(218.56 MeV)和最低能(53.04 MeV)质子的DRF值分别为0.52 OD/Gy和0.40 OD/Gy;最高能(424.89 MeV/u)和最低能(97.87 MeV/u)碳离子的DRF值分别为0.25 OD/Gy和0.11 OD/Gy.EDR2胶片对于质子和碳离子的DRF均随能量的增加而增加.结论 使用EDR2胶片测量质子碳离子束剂量,可得EDR2胶片对能量依赖性显著.使用EDR2胶片测量不同能量质子和碳离子剂量时,可使用拟合得出的能量响应曲线进行能量响应校准,提高剂量测量准确性.

碳离子束拥有独特的物理学及生物学优势,在肿瘤治疗过程中具有高效性和低毒性,并且整体治疗周期短,因此被认为是21世纪最理想的肿瘤放射治疗射线.但是碳离子中心建设及设备运营费用昂贵,目前世界范围内,仅有日本、德国、中国、意大利、奥地利等极少数国家将碳离子应用于临床.自 1994年以来,日本一直应用碳离子束治疗恶性肿瘤,治疗效果较好.截至 2022年底,全球范围内超过 46800例患者接受了碳离子治疗,其中包括头颈部恶性肿瘤、肺癌、肝癌、胰腺癌等.本文总结近 20 年来碳离子在临床应用中的经验、治疗效果、最新发展及其作为一种新兴癌症治疗方式的优点,并将碳离子治疗与传统的光子放疗疗效及不良反应进行比较,可以帮助临床进一步了解碳离子治疗的优势及进展,并且指导关于新的碳离子治疗中心的建设,从而更好地服务于肿瘤患者.

目的:探讨不同剂量碳离子全身辐射对小鼠造血系统的损伤及其恢复情况.方法:分别用0、0.5、1、4、6Gy碳离子束对小鼠进行一次性全身辐照,在辐照后第1、3、8天用碱性彗星电泳实验和流式细胞术分别检测小鼠骨髓单核细胞DNA损伤与细胞周期分布,并检测外周血细胞含量及脾脏指数.结果:与对照组相比,碳离子全身辐照导致小鼠骨髓单核细胞DNA损伤,其损伤程度与辐照剂量呈正相关(r均≤0.96,P均＜0.01),且在辐照后第3天损伤最为严重,在辐照后第8天,DNA损伤与对照组相比,差异仍显著(P均＜0.01).碳离子全身辐照引起小鼠骨髓单核细胞周期产生明显的S期和G2/M期阻滞,以及外周血有核细胞数急剧下降和脾脏指数降低(P均＜0.05),且随辐照剂量的增加而趋于严重.在辐照后第8天,小鼠骨髓单核细胞S期阻滞基本解除(P＞0.05),但有核细胞数和脾脏指数并未明显回升(P均＜0.05).结论:不同剂量碳离子全身辐照均使小鼠造血系统严重受损.在0.5～6 Gy碳离子束照后第8天,小鼠骨髓细胞DNA损伤仍较严重,造血功能未明显恢复.