碳离子治疗计划中的RBE加权剂量鲁棒优化方法

提出基于混合束模型的相对生物学效应(RBE)加权剂量鲁棒优化方法,用于减少碳离子束射程和摆位偏差对生物剂量分布的影响。建立概率组合鲁棒优化模型,利用二次型目标函数表达式,分别制定针对物理吸收剂量和RBE加权剂量的碳离子束治疗计划,并基于共轭梯度优化算法求解出各自最优的权重解,使得靶区和危及器官(OAR)实际剂量分布在射程和摆位偏差组合情况下尽量满足剂量要求。采用C型靶模型测试鲁棒优化方法的有效性。与基于计划靶区(PTV)的常规优化方法相比,针对物理吸收剂量的鲁棒优化计划临床靶区(CTV)的$ \Delta {D}_{95{\text{%}} } $减少10.00 cGy,OAR的$ \Delta {D}_{5{\text{%}} } $和$ \Delta {D}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $分别减少21.50和35.97 cGy,计划的鲁棒性得到了很好的提升。针对RBE加权剂量的鲁棒优化计划CTV的$ \Delta {D}_{95{\text{%}} } $降低14.00 cGy(RBE),OAR的$ \Delta {D}_{5{\text{%}} } $和$ \Delta {D}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $分别减少19.00和26.28 cGy(RBE),说明该方法不仅减少了CTV的生物剂量变化,也减少了OAR的生物剂量热点。该结果证明了基于混合束模型的RBE加权剂量鲁棒优化方法在有效提高碳离子放疗计划鲁棒性的同时使OAR也得到了很好的保护。     

碳离子治疗中分野照射技术的Monte Carlo模拟

为阐述分野照射治疗方式应用于中国科学院近代物理研究所(IMP) 肿瘤重离子临床治疗试验研究的理论基础,利用Monte Carlo (MC) 软件包Gate/Geant4 模拟计算了碳离子束分野照射分衔接处的横向剂量分布,得到了患者摆位误差±1.0 mm范围内的横向剂量分布和分野衔接处中心剂量随分野间距的变化关系,计算了分野间距5.0 mm的横向剂量分布。将分野间距5.0 mm的分野照射与整野照射的MC结果进行比较,发现:在靶区范围内两者模拟的剂量偏差在6.8% 以内,符合程度较好,并提出了在患者定位精确度较高的情况下(即患者治疗体位摆位误差在±1.0 mm范围) 解决分野衔接处剂量热点问题的可行方法,从而较大幅度地提高了分野照射时靶区范围内的剂量均匀性。To characterize the theoretical basis of eld patching technique in carbon ion beam therapy, Monte Carlo software package Gate/Geant4 was used to simulate the lateral dose distribution of matched elds. The lateral dose distribution of the matched elds within 1.0 millimeter of patient positioning error and the relationship between the central dose of the matched elds and the eld patching gap were obtained. Moreover, the lateral dose pro le of eld patching irradiation with 5.0 mm gap was simulated. While comparing the lateral dose distribution of eld patching irradiation with 5.0 mm gap with the undivided eld irradiation, a good agreement between both results with a maximum dose deviation of 6.8% was observed within the target volume.Hence a feasible method for solving the issue of dose hotspots during eld patching under the condition of higher patient positioning accuracies (patient positioning error within 1.0 millimeter) was proposed and the dose homogeneit within the target volume could be greatly improved when eld patching technique is adopted in carbon ion beam therapy.     

椭圆封头圆柱形爆炸容器动力响应的数值模拟

采用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,在不同TNT当量下对椭圆封头圆柱形爆炸容器进行了数值模拟。模拟结果表明:对椭圆封头与圆筒组合而成的理想结构,爆心环面的应变在初始响应阶段就达到了最大值,并且其值大于筒体上其他点的最大应变;实际结构中法兰对爆炸容器的动力响应有很大的影响,当法兰的质量超过一定值之后,容器爆心环面会产生应变增长现象。在容器的设计工作中要加强容器的爆心环面并适当地选择法兰。     

碳离子束混合LET辐照的EBT3辐射变色胶片剂量修正方法

针对EBT3辐射变色胶片对碳离子束混合LET辐照的剂量欠响应比较了两种剂量修正方法。利用260 MeV/u的碳离子束通过被动降能得到多种剂量平均LET的碳离子束,利用这些碳离子束进行了胶片剂量响应刻度辐照,选择最佳的拟合公式得到了胶片剂量刻度曲线。使用RE(Relative Efficiency)量化了EBT3胶片随LET的剂量欠响应,并使用RE剂量修正法修正了混合LET辐照胶片的剂量。此外,根据剂量刻度曲线公式中拟合参数随不同LET所占剂量比例的变化规律,提出了拟合参数剂量修正法并修正了混合LET辐照胶片的剂量。最后比较了这两种方法的结果,表明拟合参数方法得到的剂量偏差在5%以内,优于RE方法10%以内的剂量偏差。     

HIRFL装置主动式点扫描束流配送系统的Monte Carlo模拟优化

为获得适用于HIRFL 装置主动式点扫描束流配送系统配送的碳离子束,利用Monte Carlo (MC) 工具SHIELD-HIT12A 研究了配送距离和微型脊形过滤器结构周期对治疗室等中心处束斑半高宽(FWHM) 和剂量平坦度的影响。模拟研究发现:束流配送距离越短,束斑FWHM越小,但剂量平坦度越差;微型脊形滤器结构周期是影响剂量平坦度的关键因素,周期越小,剂量平坦度越好。通过模拟研究得出:在HIRFL装置重离子治疗终端将真空窗设置在距等中心距离小于125 cm 时,采用结构周期为2 mm微型脊形过滤器可以满足主动式点扫描照射对束斑FWHM和剂量平坦度的要求。To obtain carbon ion beams suitable for the active spot scanning beam delivery system at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), the Monte Carlo program SHIELD-HIT12A was used to study the influences of beam delivery distance and structure period of mini ridge filter on full width at the half maximum (FWHM) of beam spot and dose flatness at the isocenter of the treatment room. The present simulation study shows that the shorter was the beam delivery distance, the smaller was the FWHM of beam spot, but the worse was the dose flatness. The structure period of mini ridge filter was a key factor to account for the dose flatness at the isocenter. The smaller was the structure period of mini ridge filter, the better was the dose flatness. Based on the simulation results, we conclude that 2 mm structure period for a mini ridge filter statisfies the requirements on the FWHM of beam spot and dose flatness at the isocenter for the active spot scanning beam delivery system at HIRFL when the distance between the vacuum window and the isocenter is set shorter than 125 cm in the nozzle.     

带时间限制的最小费用运输问题的求解方法

本文研究了带时间限制的最小费用运输问题。首先分析了运输量与运输时间的关系,并把运输时间划分成两部分,一部分与运输量无关,一部分与运输量有关;进一步根据运输时间与运输量的关系,把带时间限制的最小费用运输问题转化为变量有上界的运输问题,给出了求解该问题的有效算法,并通过实例进行了计算。     

采用Ga掺杂的具有低泄漏电流和高稳定性避雷器ZnO压敏电阻

为了获得性能更为稳定的ZnO压敏电阻,研究了含有Ga掺杂的ZnO压敏电阻的稳定特性,对所获得的实验样品的微观结构和电气特性进行了电子显微镜扫描测试、电压-电流非线性特性测试、电容-电压特性测试、X-射线衍射谱测试、能谱扫描测试、介质损耗测试及交流加速老化测试.实验结果表明,随着Ga掺杂量的进一步增加, Ga离子占据了ZnO晶格上的空位,增加了界面态密度,提高了肖特基势垒高度,一方面降低了ZnO压敏电阻的泄漏电流密度,另一方面抑制了耗尽层中自由电子的迁移,提高了ZnO压敏电阻在高荷电率环境下的稳定特性. Al离子固溶到ZnO晶格当中,产生大量的自由电子,降低了ZnO晶粒的电阻率,从而有效降低了ZnO压敏电阻在通过大电流时的残压比.当Ga的掺杂摩尔分数达到0.6%时,泄漏电流密度为0.84μA/cm²,残压比为1.97,非线性系数为66,其肖特基势垒高度为1.81 eV.在115℃环境下,对试验样品施加87%E1 mA,89%E1 mA和91%E1 mA的交流加速老化电压,老化时间为1000 h,老化系数分别为0.394, 0.437和0.550.此研究将有助于进一步...