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基于CT技术的带电粒子治疗计划的初探

张伟军

  本工作首先对带电粒子治疗的发展历史、治疗计划系统面临的问题、CT技术的主要特征和CT模拟技术在放射治疗中的应用等进行了简单的介绍,然后对CT技术和带电粒子与物质作用的能量损失及在物质中的射程等进行介绍,接下来介绍本研究的方法,研究的结果并对结果进行分析,最后给出本研究所得的结论。 本工作主要是通过分析带电粒子与物质作用的电子能损和核能损的特点,并利用蒙特卡罗SRIM2008程序计算能量为0.01MeV~250 MeV范围质子、单核能量0.01MeV~500MeV碳离子,单核能量为0.01MeV~700MeV氖离子在水、空气、骨骼和肌肉辐射等效材料中的射程。研究各带电粒子在治疗能量范围(质子:70MeV-250MeV,碳离子:单核能量80MeV~500MeV,氖离子:单核能量为100MeV--700MeV)在各种辐射组织等效材料中的射程与此能量带电粒子束在水中的射程的比例关系,将此比值定义为射程比例系数(CZEi)。分析此射程比例系数(CZEi)值随入射带电粒子的种类和能量改变的变化趋势。研究发现:在治疗能量范围内质子、碳离子和氖离子在骨骼等效材料、肌肉等效材料和空气中的射程比例系数(CZEi)为一恒定值,且射程比例系数的大小主要决定于辐射等效材料的性质,与入射带电粒子的种类和能量的大小关系不大。 利用蒙特卡罗方法SRIM2008程序,分别选择不同的入射带电粒子能量(质子:150MeV和250MeV,碳离子:单核能量350MeV和450MeV,氖离子:单核能量400MeV和600MeV)验证此比例系数(CZEi)。特定能量带电粒子入射到辐射组织等效材料中的实际射程,可以根据各种材料与水的射程比例系数(CZEi)将其转化为此能量入射带电粒子在水中的等效射程。不同能量带电粒子的水中等效射程的平均值与水中实际射程的差异都在1%以内,并且差异随入射粒子的能量增加而减小,随入射粒子原子序数的增加而减小。 通过Origin8.0软件对此射程比例系数(CZEi)和相应辐射组织等效材料的CT值进行指数函数拟合,研究CT值与射程比例系数的函数关系。研究发现CT值与射程比例系数存在相关系数为r=0.999的函数关系。各种入射带电粒子对应的函数的相关参数的差异较小。利用此函数和CT值可以计算出各种辐射组织等效材料的射程比例系数(CZEi)。 在医学实际应用当中,可以利用CT扫描,精确的得到带电粒子入射路径上的各肌体组织体积单元的CT值,和能满足治疗要求的带电粒子应需的实际射程。利用机体各体积单元的CT值和公式3.1的函数关系,得到带电粒子入射路径上的各体积单元机体组织的平均射程比例系数(CZEi)。利用此平均射程比例系数(CZEi)和公式3.2将各体积单元的实际长度转化为水中的等效长度,此等效长度加权求和便得到入射带电粒子束穿过组织实际射程的水等效射程。特定能量的带电粒子在水中具有确定的射程。己知带电粒子的水中等效射程,能够计算出Bragg峰位落在肿瘤部位所需的入射带电粒子束的能量。本研究为CT技术用于带电粒子治疗计划系统提出了一种新的探索。……   
[关键词]:带电粒子治疗;治疗计划系统;CT技术;射程比例系数;水中等效射程;带电粒子入射能量
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:兰州大学2011年
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