相比傳統(tǒng)的光子放射治療和被動散射質子放射治療,質子調強放射治療可以更好地發(fā)揮布拉格峰特性的優(yōu)勢,在靶區(qū)形成一個高度適形的劑量分布的同時,大幅度地減小周圍正常組織的照射劑量。由于質子調強放療的技術特性,質子調強放療更加容易受到放療過程中各種不確定性因素的影響,導致病人實際接受到的劑量分布與計劃照射的劑量分布出現偏差。因此如何減小放療過程中不確定性因素對質子調強放射治療的影響是目前質子精準放療的主要研究方向之一。本論文針對質子調強放射治療過程中的射程不確定性、擺位不確定性以及劑量投放控制精度,以質子調強放射治療計劃系統(tǒng)和治療裝置中的劑量監(jiān)測平板電離室為切入點,研究并提出了新的應對方案來解決不確定性因素對質子放射治療的影響,主要研究內容包括:1.針對質子調強放射治療中的射程不確定性和擺位不確定性,從質子調強放射治療計劃系統(tǒng)的劑量優(yōu)化入手,提出了改進最差場景算法這一新的魯棒性優(yōu)化方法。在優(yōu)化過程中以標稱場景優(yōu)化為主,在每次迭代時計算每個體素在n種場景下（在本研究采用的是9種場景）的劑量值,取其與標稱場景下該體素劑量值的最大差值作為魯棒性優(yōu)化項添加入優(yōu)化目標函數進行優(yōu)化。同時引入權重因子P

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)上海市

【文章頁數】：100 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

首臺國產質子治療示范裝置（上海先進質子治療裝置）示意圖

質子調強放射治療不確定性的相關技術研究4繁地發(fā)生非彈性庫倫散射而損失動能，因為質子的靜止質量遠遠大于核外電子，所以在此過程中質子沒有改變行進軌跡。相比而言，質子與原子核的庫倫散射發(fā)生較少，但由于原子核的質量大于或接近質子，質子與原子核的彈性庫倫散射時質子會偏離原來的行進軌跡。同時質子也會和原子核發(fā)生核反應，核反應會產生次級粒子，如次級質子、中子、氘等。相比前兩種反應，核反應的發(fā)生幾率最小，但其會減少質子束的初始質子數目，對在物質中形成的劑量分布產生影響。圖1.2質子與吸收物質相互作用機理示意圖（a）質子和核外電子的非彈性庫倫散射（b）質子與原子核的彈性庫倫散射（c）質子與原子核的核反應相互作用（p:質子，e:電子，n:中子，γ:γ射線）Figure1.2Schematicillustrationofprotoninteractionmechanisms:(a)energylossviainelasticCoulombicinteractions,(b)deflectionofprotontrajectorybyrepulsiveCoulombelasticscatteringwithnucleus,(c)removalofprimaryprotonandcreationofsecondaryparticlesvianon-elasticnuclearinteraction(p:proton,e:electron,n:neutron,γ:gammarays)[13]帶電粒子與物質相互作用的能量損失可以Bethe-Bloch公式[14]表示

質子調強放射治療不確定性的相關技術研究6圖1.3160MeV質子束在水中的布拉格曲線和橫向分布。上方圖中的實線和點線分別代表初始質子數和總質子數隨入射深度的變化，虛線表示質子束在水中的能量沉積Figure1.3Dashedlineandrightaxis:Braggcurve(dosedepositedafunctionofdepthfora160MeVprotonbeam).Thelowergraphshowsthedoseprofile,illustratingthebroadeningofthebeamduetomultipleCoulombscattering.[16]質子放射治療最顯著的優(yōu)勢就是其布拉格峰特性，圖1.4是光子與質子束在水中的深度劑量曲線，相比于光子劑量分布，質子束在淺層處沉積的能量較小且上升緩慢，可以減小對腫瘤位置前部的正常組織的劑量照射；質子束的主要能量沉積都集中在布拉格峰位置，可以通過調制將質子束布拉格峰位置調整到腫瘤位置，將最大劑量沉積到腫瘤位置；質子束劑量曲線在布拉格峰后迅速下降，在曲線尾部的劑量幾乎為零，對于腫瘤位置后部的正常組織劑量損傷較校因此，從物理特性上而言，質子更具有潛力實現放射治療的基本原則，即最大可能殺傷腫瘤組織并且最大可能減少對正常組織的損傷。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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