一、肿瘤放射治疗物理的进展（论文文献综述）
严俊芳[1]（2021）在《电离辐射诱导非小细胞肺癌DNA损伤与线粒体功能紊乱的应答机理研究》文中提出肺癌作为全球第一大癌症,是威胁人类健康的凶险癌症类型。放射治疗作为疗效明确的肺癌治疗手段,被应用于肺癌治疗的各个阶段。放射治疗的辐射效应主要引起核基因组的损伤和细胞质损伤比如线粒体功能紊乱。重离子治癌作为先进的放射治疗手段,因其独特的物理优势,能诱发显着的生物学效应,明显提高肺癌病人的治愈率,但其机理仍不清楚。本文以非小细胞肺癌为研究对象,首先探究了X射线和碳离子以及两者联合博来霉素诱导的复杂DNA损伤的动态应答机制。其次,围绕碳离子单独或协同替加环素诱导线粒体功能紊乱展开研究,并对DNA损伤应答与线粒体功能紊乱的相互作用机制做了初步探究,重点阐述重离子治癌的生物学效应机理,使其治癌优势发挥更大。首先,本文对比X射线发现肺癌细胞对碳离子辐照更加敏感,且碳离子诱导的复杂DSB损伤频率较X射线增加。两种射线联合博来霉素后复杂DSB损伤频率为X射线<X射线联合博来霉素<碳离子<碳离子联合博来霉素。随着损伤频率的增加,识别因子γH2AX和53BP1更难募集到损伤位点,募集出现滞后现象。通过修复蛋白的差异表达分析发现,除X射线辐照外,其余各组非同源末端连接（NHEJ）修复因子Ku70的表达上调,而同源重组（HR）修复因子Rad51表达没有显着性差异,表明复杂DSB损伤修复可能以NHEJ为主。碳离子组和碳离子联合博来霉素组中单链损伤识别蛋白XRCC1的表达均下调,说明DNA单链断裂（SSB）逐渐被修复。下一步,对比抗肿瘤药物替加环素发现碳离子、替加环素及两者联合能够抑制A549和H1299细胞增殖并诱导线粒体功能紊乱,且联合作用诱导的毒性作用和线粒体功能紊乱最显着。线粒体功能紊乱体现在ATP产生降低,线粒体膜电势降低和线粒体Ca2+摄入量增加。在A549细胞中,碳离子、替加环素及两者联合作用诱导细胞凋亡。而在H1299细胞中,碳离子及两者联合作用诱导凋亡和自噬水平增加。在分子水平上,对比于替加环素的应答通路AMPK/mTOR,碳离子及联合作用通过Akt/AMPK/mTOR通路调控线粒体翻译蛋白影响线粒体翻译,从而调控线粒体功能,且P53缺陷株H1299细胞对线粒体翻译抑制敏感。最后,初步探究发现ATM/p53/mTOR信号通路是DNA损伤和线粒体功能紊乱的共同调控通路。ATM抑制增加了A549细胞对碳离子的辐射敏感性,主要表现在ATM抑制能够下调碳离子辐照后DSB修复因子Ku70和γH2AX的表达,降低DNA损伤修复能力,同时增加线粒体对Ca2+的摄取,导致线粒体功能紊乱。另外,抑制ATM能够降低辐照后p53磷酸化水平,增加mTOR的磷酸化。进一步发现p53磷酸化抑制后可通过降低AMPK磷酸化水平和激活Akt,从而上调mTOR活性。以上结果表明ATM不仅参与DSB修复,还可通过p53调控mTOR通路,进而调控线粒体功能。碳离子辐照24小时后,LC3-II/I比值发生下调,caspase-3活性增加,ATM抑制则能够下调LC3-II/I比值。因此,自噬水平的降低和细胞凋亡的增加共同决定了细胞的命运,ATM抑制则加重了这一现象。综上所述,本研究对比了X射线和重离子诱导的DNA损伤识别修复的动态应答过程,同时为重离子诱导线粒体功能紊乱提供了新的见解。最后,探究了DNA损伤修复和线粒体功能紊乱的的共同调控机制,连接了碳离子辐射后细胞核和线粒体的直接的双向信号,为重离子治癌提供了直接的生物学依据。
张雨[2]（2021）在《用于紧凑型质子治疗装置的高梯度S波段加速结构的研制》文中研究表明质子治疗及其装置是当前医学物理界中一大热点,由于其对正常组织极好的保护性及其在布拉格峰附近的生物效应,质子治疗获得了越来越多医生的认可和患者的青睐,是目前世界上最前沿的放射治疗方式之一。然而,先进的质子治疗设备巨大且昂贵。要解决这个问题,必须实现质子治疗设备的小型化。自此紧凑型质子治疗设备应运而生,高梯度射频技术的发展有助于实现更紧凑、更高效的质子治疗装置。根据当前提出的单室治疗、质子CT和FLASH闪疗的新要求,研制紧凑高效的质子治疗加速器受到了大家的重视。为了满足紧凑型、小型化与能量快速可调的质子治疗装置的技术要求,需要解决加速结构的高场问题、高梯度驻波加速结构和永磁四极铁聚焦等关键技术。通过调研国际上提出的质子治疗装置的方案,并结合我国对于质子治疗装置的需求,确定了S波段驻波加速结构的设计方案。与同步辐射加速器和回旋加速器相比,直线加速器因其具有能量连续快速可调;输出束流尺寸和发射度小;控制系统相对简单;束流品质高;可能量升级等优势,基于直线加速器的质子治疗方案可以发挥更好的性能。论文首先介绍了质子治疗技术的概况,然后系统性的论述了50 MV/m的高梯度S波段驻波加速结构的设计研究工作。利用仿真计算软件MWS-CST、HFSS和Superfish完成了加速结构的仿真工作,并利用多项式拟合的方法对加速结构的尺寸参数进行了优化。通过先进的加工制造技术完成了国内首根用于紧凑型质子治疗直线加速器中主加速结构的样机。样机加工完成后,在测量间建立了完善的测量平台,使用拉珠法测量（微扰法）对微波参量进行了测量。经过调谐过程,达到了可以进行高功率测试的条件。随后在上海软X射线自由电子激光装置（Shanghai soft X-ray Free Electron Laser facility,简称SXFEL）平台上完成了高功率实验。从实验平台的设计到搭建以及最后的实验结果的分析,最后测量到的有效加速梯度值达到了46 MV/m,显示样机的测试结果达到了预期的设计目标,至此完成了高梯度S波段驻波加速结构的可行性研究。最后,本课题的展望,将研制成功的高梯度、紧凑型的S波段驻波加速结构进行束流实验,进一步验证高梯度的有效性。
李玥[3]（2021）在《基于蒙特卡罗算法的医用重离子加速器束流配送系统和治疗计划的研究》文中进行了进一步梳理重离子治疗肿瘤因其优越的深度剂量分布和高的相对生物学效应特性,使其成为当今国际上最先进、最科学和最有效的放疗手段。尽管快速发展的放疗技术减少了放疗的不确定性,但是粒子治疗中由于摆位误差、射程转换、入射粒子误差等因素仍然存在着很多的不确定性,研究并克服这些不确定性可以提供更精确的治疗。本文对粒子治疗的物理和生物过程和不确定性的主要影响因素进行了调研和分析,发现治疗计划系统和剂量配送中的不确定性对整个临床结果的影响最大。此外,点扫描的束流配送系统由于其自身的特殊性,使其对这些不确定性尤为敏感。基于此,本文利用FLUKA蒙特卡洛代码建立了HIMM的主动式束流扫描头模型,开展了医用重离子加速器束流配送系统和治疗计划关键问题的模拟和优化研究。（1）研究束流配送系统的不确定性对射野区束流均匀性和半影的影响。首先,利用FLUKA蒙特卡罗代码和实验分别对190 Me V/u和260 Me V/u碳离子束的百分深度剂量曲线和布拉格峰位置的横向剂量分布进行了模拟计算和测量。考虑到低剂量束流包络对碳离子笔形束空间剂量分布的贡献,本论文使用不同的笔形束模型对不同深度碳离子束的横向剂量分布进行了模拟。同时模拟计算了束流配送系统存在点剂量精度误差和点位置误差时放疗靶区的剂量均匀性和半影。结果表明,FLUKA的模拟结果和测量结果具有很好的一致性。二重高斯-逻辑斯蒂模型可以更好地模拟笔形束的空间分布,其对射野区点剂量精度误差和点位置误差相比于二重高斯模型更加敏感。（2）采用mat RAD软件开展了头部肿瘤重离子放疗计划系统的模拟优化研究。本文利用建立好的主动式扫描治疗头的基础物理数据,将其植入开源治疗计划系统软件mat RAD中,对生物学模型、束斑间距、摆位等因素对治疗计划的影响进行了分析。结果表明,两种不同的生物学效应模型计算得到的剂量分布差异不大。当束斑间距小于5 mm时治疗计划的适形指数和靶区剂量分布的均匀性优于5 mm的束斑尺寸。而当病人的摆位出现较大误差时就会导致剂量分布的严重偏差。（3）利用FLUKA蒙特卡罗代码构建ICRP110和CRAM人体体素模型,使用主动式束流配送系统模拟研究碳离子束照射人体头部时,人体的剂量分布和能量沉积情况。我们也模拟研究了当拟人体出现摆位误差时,不同组织器官的吸收剂量变化。结果表明,ICRP110和CRAM人体体素模型在主动式束流配送系统中不同组织器官的吸收剂量差异不大。当出现摆位误差时,临近组织的吸收剂量会出现差异,这就提示我们,对于辐射敏感的组织器官,我们在选择照射体位时要尽量避开直接对其照射。这些结果有助于医学物理师更加深入了解放射治疗过程,可为放射治疗的精细化调试提供重要线索,为优化放射治疗计划系统提供参考依据。通过分析一系列误差,对提高放射治疗计划的鲁棒性和进一步发展更加精准的点扫描技术具有非常重要的意义。
郑钧正[4]（2020）在《历史见证了X射线发现125周年之辉煌》文中指出适值伦琴射线发现125周年之际,在人类科技史上这空前伟大的划时代成就,深刻地影响和改变了世界,给科技进步和社会文明带来了无比辉煌的硕果。抚今追昔,紧密结合国内、外相关领域由其所持续绵延激发出的杰出成就,谨从四大方面追踪评述相关发展状况与趋势,聊表崇敬与缅怀之情,祈盼获得宝贵的启迪与裨益。鉴往知来,基于电离辐射技术是把双刃剑,由此深感能不懈为发展核科学技术及其广泛应用保驾护航是非常荣幸的。
刘攀[5]（2020）在《ALDH2和C12orf30基因多态性与新疆汉族、哈萨克族食管鳞癌的易感性及预后的相关研究》文中进行了进一步梳理目的:探讨新疆汉族、哈萨克族人群染色体12q24区域中ALDH2（乙醛脱氢酶2）基因单核苷酸多态性rs671（G>A）和c12orf30（N-α-乙醛转移酶）基因单核苷酸多态性rs4767364（A>G）与食管癌易感性及预后的关系。方法:新疆地区食管癌患者哈萨克族65例,汉族62例;同一地区无肿瘤病史的正常人群对照哈萨克族75例,汉族50例。采用Taq Man等位基因鉴别技术检测研究对象染色体12q24区域中ALDH2基因rs671位点和c12orf30基因rs4767364位点的多态性基因型分布;采用Hardy-Weinberg平衡定律检验基因型分布情况。分析rs671位点和rs4767364位点各基因型与食管癌患者预后的关联。结果:新疆哈萨克族食管癌组与对照组中,ALDH2基因rs671位点GG、GA、AA基因型频率分别为46.15%、40.00%、13.85%和68.00%、26.67%、5.33%,ALDH2基因rs671位点基因型频率在新疆哈萨克族食管癌组与对照组之间有显着性差异（P<0.05）;新疆汉族食管癌组与对照组中,rs671位点GG、GA、AA基因型频率分别为54.84%、40.32%、4.84%和58.00%、38.00%、4.00%,rs671位点基因型频率在新疆汉族食管癌组与对照组之间无显着性差异（P>0.05）。新疆哈萨克族食管癌组与对照组中,c12orf30基因rs4767364位点AA、AG、GG基因型频率分别为75.38%、21.54%、3.08%和78.67%、18.67%、2.67%,c12orf30基因rs4767364位点基因型频率在新疆哈萨克族食管癌组与对照组之间无显着性差异（P>0.05）。新疆汉族食管癌组与对照组中,c12orf30基因rs4767364位点AA、AG、GG基因型频率分别为64.52%、32.26%、3.23%和66.00%、30.00%、4.00%,c12orf30基因rs4767364位点基因型频率在新疆汉族食管癌组与对照组之间无显着性差异（P>0.05）。ALDH2基因rs671位点与新疆哈萨克族、汉族食管癌预后均相关（P<0.05）,c12orf30基因rs4767364位点与新疆哈萨克族食管癌预后相关（P<0.05）,与汉族食管癌患者预后无关（P>0.05）。结论:染色体12q24区域中,ALDH2基因rs671（G>A）与新疆哈萨克族食管癌易感性及哈萨克族、汉族的食管癌患者预后可能均相关。c12orf30基因rs4767364位点与哈萨克族食管癌患者预后可能相关。通过对ALDH2基因、C12orf30基因多态性与吸烟、饮酒及体重指数的相关性研究得出,ALDH2基因的rs671位点在饮酒人群和不饮酒人群中,以及在不同分级的BMI指数人群中,病例组和对照组分布差异均不显着。C12orf30基因rs4767364位点在饮酒人群和不饮酒人群中、吸烟人群和不吸烟人群中,病例组和对照组分布差异均不显着。C12orf30基因rs4767364位点基因型、等位基因频率在III+IV级人群中分布差异显着,经性别、诊断年龄、家族史、吸烟、饮酒等因素调整后则无显着相关性。在进一步的研究中发现,ALDH2基因、C12orf30基因多态性与新疆汉族、哈萨克族ESCC放射敏感性的相关性研究,显示ALDH2基因rs671位点的AA基因型的放疗疗效与其他两个基因型比较,有统计学差异。余均与放射敏感性不相关。
杨成文[6]（2020）在《放射组学在食管癌个体化精准放射治疗中的应用研究》文中进行了进一步梳理食管癌是目前世界范围内最常见的恶性肿瘤之一,放射治疗在食管癌的临床治疗中起着关键作用。利用临床数据和放射组学数据对食管癌进行预后评估,是开展个体化精准放射治疗行之有效的方法。本课题回顾性研究579例食管癌放射治疗的数据,探索临床数据规范化自动提取的新方法,研究建立基于机器学习算法的食管癌放射治疗后两年生存情况预测模型。通过机器学习和大数据分析为个体化精准放射治疗提供更加准确的参考和建议。具体完成工作如下:1.准确高效的采集临床数据是大数据研究的基础,本课题首先研究放射治疗计划大数据的规范化自动提取新方法,研究开发一套自动化分析系统。新方法和系统从治疗计划的原始底层数据入手,可实现快速地解析治疗流程中的临床数据和自动化地采集大批量样本患者的临床数据。该方法摆脱了传统方法对治疗计划系统的依赖,提取和采集临床数据更加灵活快速。2.放射组学可以为个体化精准放射治疗提供有价值的信息。目前的放射组学特征量化缺乏规范,本课题从纹理特征量化流程入手制定了标准化的量化协议,研究放射组学特征规范化提取方法。同时放射组学在放射治疗中的应用尚处于起步阶段,本课题将基于影像图像的放射组学概念应用在放射治疗剂量数据中,定义并提取基于剂量数据的剂量学特征。为放射治疗的大数据研究补充新特征参数。提取579例食管癌患者的放射组学特征。3.在放射组学研究基础上,增加放射治疗的临床与剂量学特征参数,建立并改进基于支持向量机、逻辑回归和随机森林等机器学习算法,构建食管癌放射治疗后两年生存情况的预测模型。现有放射组学研究的预测准确性不高,本课题从特征预处理、特征参数选择和算法参数优化等方面,改进模型并提高预测准确性。其中随机森林预测模型的准确性最高,分类准确率可达到90.0%（AUC=0.94）。本研究将放射组学方法、剂量学特征以及机器学习算法相结合,探索预测食管癌放射治疗后生存情况的新方法,为放射组学在个体化精准放射治疗中进一步应用提供了一个新的范例。
张丽媛[7]（2020）在《IMRT中子野形状生成优化算法研究》文中研究指明放射治疗为治疗肿瘤的三大常规手段之一,超过半数的癌症患者在治疗过程中需要接受放射治疗。放射治疗利用射线照射病灶,通过射线能量破坏癌细胞染色体以达到杀死癌细胞、治疗肿瘤的目的。放射治疗在利用射线照射病灶时,会不可避免地照射到病灶周围的正常组织,从而引起辐射损伤。为了减少正常组织在放射治疗过程中所接收的剂量、降低正常组织并发症发生的概率,调强放射治疗（Intensity-modulated Radiation Therapy,IMRT）应运而生。IMRT利用多种调强技术,依据优化算法所得放射治疗计划设置子野形状和权重,使得照在人体上的射线高剂量区域与靶区区域高度重合,降低靶区周围正常组织所接收到的剂量。本研究立足于IMRT的多叶准直器静态调强技术,对子野形状生成优化算法展开了深入研究,主要工作如下:（1）针对在IMRT方案优化中,物理准则目标函数无法准确反映生物组织在非均匀剂量照射下的生物反应、有限内存的BFGS算法（Limited memory BFGS,L-BFGS）无法直接求解IMRT方案优化问题等问题,提出一种基于生物准则的IMRT方案优化方法,并应用于求解采用两步法实现IMRT静态调强过程中的注量图优化（Fluence Map Optimization,FMO）问题。所提方法首先将生物准则引入到IMRT方案优化问题的总目标函数构造中,研究生物准则的特性以及对应子目标函数的函数性质,并对比基于物理准则目标函数和基于生物准则目标函数对优化结果的影响;然后采用带边界约束的L-BFGS算法（L-BFGS for bound constrained,L-BFGS-B）求解FMO问题,对比L-BFGS算法与L-BFGS-B算法在求解FMO问题过程中的异同之处。研究表明,在优化问题的总目标函数中引入生物准则子目标函数,能够更准确地反映生物组织的放射剂量学效应,合理预测正常组织的并发症概率并予以反馈;采用L-BFGS-B算法直接求解IMRT方案优化问题,能够进一步降低求解问题的计算量。（2）针对列生成（Column Generation,CG）算法直接利用子野梯度信息生成临床可接受的治疗计划存在计算量大的问题,提出一种基于区域生长的CG算法,以降低CG算法生成子野形状的计算量。首先,对经计算所得的子野梯度图进行非线性变换,研究子射束梯度与子野形状之间的关系。其次,对处理后的子野梯度图进行区域生长,并对区域生长后的梯度图进行合并,分析所提方法降低计算量的性能。然后,利用处理后的子野梯度图构造图论方法所需的网络图,采用最短路径算法求解代价问题,获得临床可接受的子野形状,并将其添加到治疗计划中。最后,对已生成的子野的权重进行优化。研究表明,相较于一般的CG算法,所提方法能够在不改变算法结构的基础上降低生成子野的计算量,实现算法加速,并且能够提高所得治疗计划质量。（3）针对采用负梯度下降方向搜索极值、在极值附近存在收敛速度变慢的问题,提出一种基于动量梯度下降方向的子野形状生成算法,用以加速现有CG算法采用负梯度下降方向搜索子野形状的收敛进程。在子野形状生成过程中,首先,获得子野梯度图,研究相较于最速下降法,动量梯度下降法加速搜索进程、减少搜索方向振荡的原理。然后,根据子野梯度图中的梯度元素计算动量梯度,分析动量梯度不改变极值的特性。最后,构造动量梯度下降方向用以搜索临床可接受的子野形状,研究动量梯度下降方向的加速性能。研究表明,所提方法能够利用更少的子野获得比一般的CG算法的优化结果质量要好的治疗计划。（4）此外,为了克服CG算法采用负梯度下降方向生成子野形状存在收敛速度慢的缺陷,提出基于共轭梯度下降方向的CG算法。所提方法在子野形状生成过程中,利用子野梯度图中梯度构造共轭梯度下降方向,用以搜索临床可接受子野形状。实验结果表明,所提方法能够在减少治疗计划所需的子野数目的同时,降低算法优化时间,同时改善各个器官上的剂量分布。进一步地,为了加快基于单一的共轭梯度下降方向搜索子野形状的进程,提出了基于两种共轭梯度下降方向联合决策的CG算法。在代价问题求解过程中,根据子野梯度图中的梯度信息分别构造两种共轭梯度下降方向,然后随着迭代次数的增加,调节两种共轭梯度下降方向在决定子野形状搜索方向时的权重,以获得临床可接受的子野形状并加入到治疗计划中。研究表明,相较于一般的CG算法和基于单一的共轭梯度下降方向的CG算法,所提方法的目标函数的下降速度最为理想,算法速度最快,并且所得治疗计划的质量得到了提高。
孟乾乾[8]（2020）在《磁共振引导碳离子放疗中剂量学的蒙特卡罗模拟研究》文中进行了进一步梳理为了克服常规放疗技术存在的不能进行肿瘤的剂量雕刻以及对正常组织的保护不足、不能克服肿瘤乏氧、不能区别肿瘤异质性等瓶颈问题,质子/重离子放射治疗应运而生。质子/重离子放疗与传统光子放疗最大的区别在于:质子/重离子束流会停止在人体内的一定深度,并在此释放出大部分的能量,从而在一定程度上实现“靶向放疗”。但在实际治疗过程中,肿瘤的部位可能由于患者的呼吸运动、胃肠道蠕动、吞咽动作、肌肉收缩以及心脏搏动等生理运动而发生改变,躺在治疗床上的患者也可能由于疼痛或者治疗时紧张而不自主地活动。这些患者的生理运动和不自主活动会造成治疗区域的不确定,导致医生在勾画治疗靶区时不得不外放一定的边界,从而增大了治疗体积。过宽的外放边界对于质子/重离子放疗而言,很可能并不能够被接受。因此在治疗前和治疗过程中获得肿瘤靶区和危及器官的实时图像,对于质子/重离子放疗变得更为重要。当前已经有多种成像方式应用于图像引导放射治疗,如X射线成像、超声成像、光学成像和磁共振成像等。但是X射线成像会给患者带来额外的电离辐射,超声图像分辨率不高且有较强的操作者依赖性,而光学成像只能反映患者的体表变化,因而这三种成像方式均不适用于实时图像引导放疗。磁共振图像因其较高的软组织分辨率、无电离辐射等优势从而成为图像引导放疗的最佳候选者。当前世界上已经有多家机构开展了集成磁共振成像部件与加速器装置的系统研发,并建造出可商用的磁共振引导放疗系统。考虑到粒子束陡峭的布拉格峰特性,磁共振引导技术将会给粒子放疗带来更大的临床增益。但与光子不同,碳离子带有电荷在磁场中会由于洛伦兹力而发生偏转,整个剂量分布都会较大程度上改变。而且这种剂量分布的改变,不可忽略、也不可避免,只有研究磁场中碳离子束剂量分布的改变,以及尽可能地减小或修正这一剂量改变,才能使磁共振引导的碳离子放疗技术成为可能。本论文用蒙特卡罗模拟软件Gate v8.2,基于近代物理研究所深层治疗终端的束流配送系统,对于磁场中碳离子束在模体中的剂量分布情况进行了模拟研究。（1）因为当前磁共振引导放疗系统中的磁场方向有垂直和平行两种模式,我们首先模拟研究了不同磁场方向下碳离子束在水模体中的剂量分布,结果显示平行磁场对于碳离子剂量分布的影响并不明显,而正交磁场中碳离子束的剂量分布会发生明显改变。（2）与质子放疗不同,碳离子束进入介质中会产生大量次级粒子,在计算剂量分布时这些次级粒子的剂量分布不可忽略。我们利用Gate v8.2中“particleFilter”模块,分析了磁场中碳离子束在水模体中产生的各种次级粒子的剂量分布。结果显示磁场中次级粒子的运动轨迹与磁场中C12主束基本一致。（3）粒子放疗有着均匀扫描和点扫描两种扫描方式,我们分别模拟了正交磁场环境中均匀扫描和点扫描的碳离子束在水模体中的剂量分布情况。（4）最后基于带电粒子在磁场中的运动情况,得到了一个计算正交磁场中碳离子束运动轨迹的方程;并在已有的研究基础上,创新性地提出了利用碳离子束束流配送系统上的扫描磁铁装置来修正由磁场引起的碳离子束布拉格峰位置的改变,并给出了计算扫描磁铁位置处束流修正角度的计算方法。本文所做的工作为磁共振引导碳离子放射治疗装置的治疗计划系统提供了参考数据和研究方向,为在有磁场存在的环境中进行碳离子放射治疗提供了指导。本文中所提到的扫描磁铁修正方法,同样适用于质子放疗。
林宇[9]（2020）在《安罗替尼联合高氧改善肿瘤乏氧微环境对提高非小细胞肺癌放疗敏感性的研究》文中进行了进一步梳理研究目的:本研究拟采用安罗替尼抑制肿瘤血管新生,改善非小细胞肺癌的乏氧微环境,再结合Carbogen气体给予高浓度氧气吸入,再联合同时结合现代放疗技术,研究其对非小细胞肺癌放射治疗敏感性的影响。研究方法:通过安罗替尼联合Carbogen作用于裸鼠成瘤模型后,利用小动物PET-CT的乏氧探针进行检测其肿瘤区域氧合状态的变化,并联合放射治疗作用于裸鼠成瘤模型,然后利用免疫组化方法检测乏氧因子和凋亡因子的表达水平,并在细胞水平通过低氧和常氧联合安罗替尼和放射治疗作用后检测肺癌细胞株A549的增殖和凋亡水平的变化;在临床试验中,安罗替尼和Carbogen共同作用联合放射治疗非小细胞肺癌患者进行评价疗效,最终明确在非小细胞肺癌中安罗替尼联合Carbogen是否能够增加非小细胞肺癌细胞的凋亡进而提高放疗敏感性。研究结论:安罗替尼结合Carbogen可以改善肿瘤微环境,并通过作用于肿瘤细胞引起HIF-1表达下降,并导致凋亡因子Bcl-2表达下降和Caspase3表达升高,抑制肿瘤细胞增殖能力,提升放疗敏感性;三者联合可以提高非小细胞肺癌的放疗敏感性,治疗相关的不良反应临床上患者可以耐受,可以安全用于临床,值得进一步推广和研究。第一部分安罗替尼结合Carbogen吸入对非小细胞肺癌裸鼠放射治疗敏感性的作用及其机制的研究研究目的本研究拟探讨安罗替尼联合Carbogen对肿瘤微环境的影响,及其联合放射治疗在非小细胞肺癌裸鼠成瘤模型中的协同作用。研究方法利用A549细胞株构建非小细胞肺癌裸鼠成瘤模型,联合安罗替尼和Carbogen作用后,通过微型PET检测裸鼠模型肿瘤组织的乏氧改善情况,并对肿瘤组织中乏氧区域进行免疫荧光和放射自显影检测,明确乏氧标记物哌莫硝唑和GULT-1的表达变化,同时在裸鼠成瘤模型安罗替尼和Carbogen联合放疗作用后,制备肺癌病理标本,采用免疫组化检测标本中HIF-1a、Ki-67、凋亡因子Caspase3和Bcl-2的表达水平。研究结果1.本研究成功构建非小细胞肺癌裸鼠成瘤模型,经18F-FDG微型PET检查,安罗替尼联合Carbogen作用组中裸鼠肺癌组织中对于18F-FDG的摄取显着低于空气吸入组（P=0.02）,单纯Carbogen吸入组中裸鼠肺癌组织对18F-FDG的摄取也显着低于空气吸入组（P=0.03）,而在裸鼠正常组织中,实验组和对照组对于18F-FDG的摄取几乎没有影响;2.免疫荧光检测显示单纯空气吸入后,裸鼠肺癌肿瘤组织区域内乏氧探针哌莫硝唑和GULT-1表达升高,组织乏氧区域显示清晰,而在实验组安罗替尼联合Carbogen吸入组和单纯Carbogen吸入组中,乏氧区域内则出现哌莫硝唑表达下降和GLUT-1表达升高,说明之前的乏氧区域在联合作用和单纯Carbogen作用后,均已经处于氧合状态;3.在放射自显影研究中,安罗替尼联合Carbogen吸入后,裸鼠成瘤模型肿瘤组织中检测18F-FDG的摄取,其摄取量（4.19±1.32%）显着低于空气吸入组的摄取量（9.67±4.35,n=5 mice,P<0.01）。并且,在安罗替尼联合Carbogen组中,肿瘤组织GLUT-1表达高的区域中哌莫硝唑表达降低;4.免疫组化检测结果则显示,在安罗替尼联合Carbogen协同放射治疗组中HIF-1a、Ki-67和Bcl-2的表达水平比单纯放疗组的表达水平显着升高,而凋亡因子Caspase3的表达水平则明显下降。研究结论1.非小细胞肺癌裸鼠成瘤模型中,安罗替尼联合Carbogen作用后能够提升肿瘤乏氧区域氧合状态,可以改善乏氧微环境。2.非小细胞肺癌裸鼠成瘤模型中,安罗替尼联合Carbogen并给与放射治疗后,肿瘤组织中HIF-1α的表达下降,Ki-67表达下降,凋亡因子Bcl-2表达下降和Caspase3表达升高,肿瘤的增殖水平明显减低,放射敏感性得到提升。第二部分安罗替尼结合高氧联合放射治疗对A549肺癌细胞的作用及其机制的研究研究目的本研究为了明确安罗替尼改善乏氧微环境后,不同氧浓度条件培养下的A549细胞株射线敏感性改变的机制。研究方法在A549细胞株低氧培养联合放疗和常氧培养联合放疗,并同时加入安罗替尼作用后,通过MTS和划痕方法检测细胞的增殖水平,并利用流式细胞术检测细胞的凋亡水平,western blot检测细胞中HIF-1a、Ki-67、凋亡因子Caspase3和Bcl-2的表达水平。研究结果1.MTS检测结果显示,在常氧24h+放疗4Gy+安罗替尼组的细胞增殖水平最低,而在单纯低氧组的细胞增殖水平最高（P=0.01）;2.在划痕实验中,结果发现与常氧24h+放疗4Gy+安罗替尼组相比较,对照组低氧24h的细胞划痕生长速度最快,而常氧24h+放疗4Gy细胞划痕生长速度也快于常氧24h+放疗4Gy+安罗替尼组;3.流式细胞术检测分析,结果显示与低氧24h+放疗4Gy+安罗替尼组细胞的凋亡水平相比较,常氧24h+放疗4Gy+安罗替尼组的晚期凋亡率显着增高（P<0.05）;4.Western blot检测结果显示,在常氧24h+放疗4Gy+安罗替尼组中Caspase3表达降升高,HIF-1a、Ki-67和Bcl-2的表达水平均下降。研究结论安罗替尼和高氧联合使A549细胞放射治疗敏感性提高机制之一,可能是二者相互作用改善肿瘤微环境后,使非小细胞肺癌A549细胞的HIF-1表达下降,并导致凋亡因子Bcl-2表达下降和Caspase3表达升高,导致增殖能力下降。第三部分安罗替尼结合Carbogen联合放射治疗局部晚期非小细胞肺癌的临床观察研究目的本临床研究,拟观察安罗替尼结合Carbogen联合三维适形放疗是否能够提高非小细胞肺癌患者局控率和近期疗效。研究方法50例病理确诊的Ⅲ期非小细胞肺癌老年患者,随机分为实验组（安罗替尼结合Carbogen联合放疗）和对照组（Carbogen联合放疗）。两组患者均接收处方剂量:60-66Gy/30-33次,相同标准的三维适形放疗,并且自放射治疗计划开始实施起,每次放射治疗前5min开始给予Carbogen气体吸入,至放射治疗结束停止,吸入时间为15±6min,设置气体流量10L/mi。安罗替尼用法:实验组患者按照推荐剂量12mg/次,每日1次,早餐前口服,连续服药2周,停药1周。研究结果所有入组患者全部完成预定治疗及随访。在治疗结束3个月、和6个月时,实验组和对照组之间的CR分别是52%和24%,60%和32%（p<0.05）,总有效率分别为84%和48%,84%和56%（p<0.05）。本研究得出Carbogen联合放疗PR增敏比为1.35,CR增敏比1.2。实验组在30-40Gy之间,两组的消退率相差不大,但50-60Gy时,二者的消退具有统计学意义,说明实验组的局控率更好。不良反应的观察,结果未见明显的肝、肾和神经毒性反应,心脏毒性未观察到Ⅲ级及以上反应,临床未观察到Ⅳ级不良放疗反应。血压升高在实验组高于对照组,但经加强降压治疗,继续完成放疗;手足综合征在对照组未出现。胃肠道反应两组相似。研究结论1.安罗替尼和Carbogen联合放射治疗非小细胞肺癌能够提高局控率、PR率和CR率,提示二者联合应用能够提高非小细胞肺癌的放射治疗敏感性。2.安罗替尼结合Carbogen联合放射治疗临床应用于老年非小细胞肺癌患者时,安罗替尼自身副作用高血压及手足综合征经过积极处理可以耐受,但治疗过程中需要密切关注。
戴天缘[10]（2020）在《基于微剂量学及纳剂量学的离子束相对生物学效应研究》文中认为离子束由于具有倒转的深度剂量分布和Bragg峰附近相对较高的生物效应,被国际肿瘤放射治疗界公认为是目前最先进,最有发展前景的放疗用射线。相对生物学效应（RBE）是离子束治疗中极为重要的参数,实现离子束RBE精确计算是实现离子束精准治疗的重要前提。由于离子束RBE的影响因素十分复杂,因此需要建立相应的生物物理模型才能实现临床治疗中的离子束RBE计算。然而,当前国内外的RBE模型均存在各种局限,因而严重地制约了离子束治疗的进一步发展。因此,本文将围绕离子束RBE这一核心问题展开研究,一方面以微剂量学量为基础对现有RBE计算模型进行改良并适当拓展,另一方面以纳剂量学量为基础建立全新的RBE计算模型。此外,还对具体临床应用中需要解决的RBE相关问题进行了研究。具体工作内容如下:（1）以微剂量动力学模型（MKM）的理论为基础,引入理想组织等效正比计数器和基于Gate软件包的微剂量学量蒙特卡罗（MC）模拟技术,改良MKM模型计算参数确定方法,建立了基于微剂量学量MC模拟的离子束生物有效剂量精确计算方法。该方法提高了以MKM模型为基础的离子束RBE计算的精确性和可靠性,并且可以方便的应用到不同的离子束治疗中心,为临床治疗提供有益的参考。（2）以径迹结构MC模拟得到的纳剂量学量数据集为基础,结合浓缩历史MC模拟实现了离子束相关纳剂量学量的计算。建立了国内外首个基于纳剂量学量的离子束RBE计算模型（Logistic nanodosimetry model,简称LNDM）,并建立了基于LNDM模型的临床RBE精确计算方法。本文的系统验证结果显示LNDM模型的计算精度优于现有其他模型。此外,该模型实现了离子束RBE计算从微米尺度向纳米尺度的跨越,提高了离子束RBE计算模型的精确性和可靠性,改善了现有RBE模型中存在的较多不足,有助于离子束在临床治疗中充分发挥其物理学和生物学优势。（3）首次实现了磁场对离子束微剂量学量影响的理论研究,结合磁场对离子束纳剂量学量的影响得到的结论为:在临床MRI的磁场强度范围内,磁场对离子束的微剂量学量和纳剂量学量均无影响,亦不会因此使离子束RBE发生变化。对碳离子治疗中RBE与分次剂量的依赖关系的研究发现:随碳离子分次剂量的增加,不论正常组织细胞与肿瘤细胞的辐射敏感性值如何搭配,肿瘤细胞的RBE值始终大于正常组织细胞的RBE值;此外,还发现了RBE随剂量递增的反常现象。上述结果对MRI引导和大分割离子束放射治疗技术的发展具有重要的意义。本文的研究建立了精确可靠的离子束RBE计算方法,改善了当前离子束RBE计算中存在的一些问题,为实现离子束精准肿瘤治疗提供了有益参考。
二、肿瘤放射治疗物理的进展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、肿瘤放射治疗物理的进展（论文提纲范文）
（1）电离辐射诱导非小细胞肺癌DNA损伤与线粒体功能紊乱的应答机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 肺癌现状与放射治疗 |
| 1.1.1 肺癌现状 |
| 1.1.2 肺癌放射治疗及综合治疗进展 |
| 1.2 DNA损伤形成及应答 |
| 1.2.1 DNA损伤在放射治疗中的形成 |
| 1.2.2 DNA损伤监督 |
| 1.2.3 DNA损伤识别修复 |
| 1.2.4 DNA损伤诱导的细胞死亡 |
| 1.3 线粒体功能紊乱 |
| 1.3.1 线粒体功能紊乱与癌症的形成和发展 |
| 1.3.2 线粒体与辐射抗拒性 |
| 1.3.3 Ras/PI3K/Akt/mTOR通路 |
| 1.3.4 线粒体翻译 |
| 1.4 DNA损伤应答和线粒体功能紊乱的相互作用 |
| 1.4.1 细胞核与线粒体之间的双向信号 |
| 1.4.2 DNA损伤应答与线粒体功能的共同调控通路 |
| 1.5 本文研究目的及意义 |
| 第2章 重离子诱导非小细胞肺癌复杂性DNA损伤的识别及修复 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 材料与试剂 |
| 2.2.1 细胞来源 |
| 2.2.2 试剂及药品 |
| 2.2.3 主要使用仪器 |
| 2.3 实验方法与步骤 |
| 2.3.1 细胞培养传代 |
| 2.3.2 辐照与博来霉素处理 |
| 2.3.2.1 X射线辐照 |
| 2.3.2.2 碳离子辐照 |
| 2.3.2.3 博来霉素处理 |
| 2.3.3 细胞增殖检测CCK-8 实验 |
| 2.3.4 克隆形成实验 |
| 2.3.5 DNA凝胶电泳及DNA损伤频率的计算 |
| 2.3.6 免疫荧光试验 |
| 2.3.7 Western blot蛋白免疫印迹实验 |
| 2.3.8 数据统计分析 |
| 2.4 实验结果 |
| 2.4.1 非小细胞肺癌对X射线和碳离子的辐射敏感性具有差异 |
| 2.4.2 X射线辐照及联合博来霉素对A549 细胞活性的影响 |
| 2.4.3 碳离子联合博来霉素诱导最明显的复杂DSB损伤 |
| 2.4.4 复杂DSA损伤的动态识别 |
| 2.4.5 复杂DNA损伤的主要修复方式可能为非同源末端连接(NHEJ) |
| 2.5 讨论 |
| 第3章 重离子联合替加环素诱导非小细胞肺癌线粒体功能紊乱的机理研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料与试剂 |
| 3.2.1 细胞来源 |
| 3.2.2 试剂及药品 |
| 3.2.3 主要使用仪器 |
| 3.3 实验方法与步骤 |
| 3.3.1 细胞培养 |
| 3.3.2 辐照与替加环素处理 |
| 3.3.2.1 碳离子辐照 |
| 3.3.2.2 替加环素处理 |
| 3.3.3 克隆形成实验 |
| 3.3.4 免疫荧光实验 |
| 3.3.5 细胞凋亡实验 |
| 3.3.6 细胞内ATP检测 |
| 3.3.7 线粒体膜电势检测 |
| 3.3.8 线粒体内Ca~(2+)水平检测 |
| 3.3.9 Western blot蛋白免疫印迹实验 |
| 3.3.10 数据统计分析 |
| 3.4 实验结果 |
| 3.4.1 碳离子、替加环素以及两者联合作用均能显着抑制肺癌细胞增殖 |
| 3.4.2 碳离子、替加环素以及两者联合作用均诱导线粒体功能紊乱 |
| 3.4.3 碳离子、替加环素及两者联合作用诱导细胞凋亡 |
| 3.4.4 碳离子、替加环素及两者联合作用在H1299 细胞中诱导自噬 |
| 3.4.5 碳离子通过Akt/AMPK/mTOR通路调控线粒体翻译蛋白 |
| 3.4.6 碳离子通过p53和Akt/AMPK/mTOR通路调控线粒体翻译蛋白 |
| 3.4.7 P53 缺失的H1299 细胞对线粒体翻译抑制更加敏感 |
| 3.5 讨论 |
| 第4章 DNA损伤与线粒体功能紊乱的共同应答通路 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料与试剂 |
| 4.2.1 细胞来源 |
| 4.2.2 试剂及药品 |
| 4.2.3 主要使用仪器 |
| 4.3 实验方法与步骤 |
| 4.3.1 细胞培养 |
| 4.3.2 辐照与抑制剂处理 |
| 4.3.2.1 辐照 |
| 4.3.2.2 抑制剂处理 |
| 4.3.3 克隆形成实验 |
| 4.3.4 线粒体内Ca~(2+)水平检测 |
| 4.3.5 Western blot蛋白免疫印迹实验 |
| 4.3.6 数据统计分析 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.4.1 ATM抑制剂KU-55933 增加A549 细胞对碳离子的辐射敏感性 |
| 4.4.2 抑制ATM下调碳离子辐照后DSB损伤修复蛋白的表达 |
| 4.4.3 KU-55933 增加碳离子辐照后线粒体Ca~(2+)水平 |
| 4.4.4 ATM调控p53和mTOR参与碳离子辐照应答 |
| 4.4.5 自噬受ATM通路的调控参与碳离子应答 |
| 4.5 讨论 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文及研究成果 |
（2）用于紧凑型质子治疗装置的高梯度S波段加速结构的研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 放射治疗 |
| 1.2 质子治疗技术简介 |
| 1.2.1 质子治疗的发展历史和现状 |
| 1.2.2 质子治疗的原理和优势 |
| 1.3 质子加速器 |
| 1.3.1 质子治疗加速器 |
| 1.3.2 质子直线加速器 |
| 1.3.3 高梯度加速结构 |
| 1.4 论文的主要内容与创新点 |
| 1.4.1 本论文的主要内容 |
| 1.4.2 本论文的创新点 |
| 第2章 驻波加速结构的相关物理理论 |
| 2.1 高频谐振腔的微波电磁场理论 |
| 2.1.1 波动方程 |
| 2.1.2 圆波导中的电磁场分布 |
| 2.2 圆柱形谐振腔中的场分布 |
| 2.2.1 谐振腔理论 |
| 2.2.2 TM01模的场分布 |
| 2.3 驻波加速结构的工作原理 |
| 2.3.1 驻波加速原理 |
| 2.3.2 驻波加速结构中的电磁场分布 |
| 2.4 驻波加速结构的色散关系 |
| 2.4.1 单周期加速腔链的等效电路及色散关系 |
| 2.4.2 双周期加速腔链的等效电路及色散关系 |
| 2.5 驻波加速结构的微波特性参数 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 S波段高梯度驻波加速结构的RF设计与优化 |
| 3.1 加速结构的设计目标 |
| 3.1.1 驻波加速结构的设计要点 |
| 3.1.2 驻波加速结构的设计参数 |
| 3.2 加速腔的设计 |
| 3.2.1 腔体设计流程 |
| 3.2.2 加速单腔的设计优化 |
| 3.3 耦合腔的设计 |
| 3.4 整管的调频 |
| 3.5 加速管的整体参数 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 S波段驻波加速结构的加工、测量和调谐 |
| 4.1 S波段驻波加速结构的机械设计 |
| 4.2 试验腔体的设计与冷测 |
| 4.2.1 试验腔体的机械设计 |
| 4.2.2 试验腔体的冷测 |
| 4.3 样机的设计和冷测 |
| 4.3.1 样机的机械设计 |
| 4.3.2 样机的加工工艺流程与冷测 |
| 4.3.3 加工焊接过程中出现的问题总结与分析 |
| 4.4 样机的调谐过程及后处理 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 S波段驻波加速结构的高功率测试 |
| 5.1 高功率测试平台的设计与安装 |
| 5.1.1 高功率实验平台的介绍和安装 |
| 5.1.2 速调管的性能介绍 |
| 5.2 高功率实验的过程 |
| 5.3 高功率实验的实验结果和结果分析 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作的总结 |
| 6.2 论文工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）基于蒙特卡罗算法的医用重离子加速器束流配送系统和治疗计划的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第1章 前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 放射治疗肿瘤的发展现状 |
| 1.2.1 放射治疗肿瘤的必要性 |
| 1.2.2 近代物理研究所放射治疗的研究 |
| 1.3 碳离子放射治疗的优势 |
| 1.3.1 碳离子束的物理优势 |
| 1.3.2 碳离子放射治疗的生物学优势 |
| 1.4 重离子与物质的相互作用 |
| 1.4.1 能量损失 |
| 1.4.2 多库仑散射 |
| 1.4.3 核碎裂 |
| 1.5 束流配送系统 |
| 1.5.1 被动式束流配送系统 |
| 1.5.2 主动式束流配送系统 |
| 1.6 治疗计划 |
| 1.7 剂量计算算法 |
| 1.7.1 扫描笔形束的剂量算法 |
| 1.7.2 蒙特卡罗模拟 |
| 1.8 课题的目的和意义 |
| 1.9 课题的主要研究内容 |
| 第2章 放射治疗的不确定性 |
| 2.1 放射治疗中不确定性的影响 |
| 2.2 放射治疗中不确定性的来源 |
| 2.3 患者固有的参数 |
| 2.3.1 组织参数的不确定性 |
| 2.3.2 剂量计算模型 |
| 2.3.3 放疗过程中受照射组织的变化 |
| 2.4 治疗计划中的不确定性 |
| 2.4.1 治疗计划成像 |
| 2.4.2 吸收剂量计算 |
| 2.4.3 RBE加权剂量的计算 |
| 2.4.4 次级粒子光谱 |
| 2.4.5 范围不确定性 |
| 2.4.6 控制参数的计算 |
| 2.5 束流配送的不确定性 |
| 2.5.1 束流的产生 |
| 2.5.2 剂量或粒子监测器的校准 |
| 2.5.3 光束传输系统的精度 |
| 2.5.4 剂量计和剂量测定标准 |
| 第3章 基于FLUKA的 HIMM治疗终端建模 |
| 3.1 FLUKA蒙特卡罗代码及其图形用户界面 |
| 3.1.1 FLUKA的几何模型 |
| 3.1.2 FLUKA输入文件 |
| 3.1.3 FLUKA采用的物理模型 |
| 3.2 HIMM治疗终端结构 |
| 3.2.1 1号治疗终端空气段束流纵向设备布局 |
| 3.2.2 终端真空膜窗结构 |
| 3.2.3 固定分条电离室结构布局 |
| 3.3.4 剂量电离室结构布局 |
| 3.3.5 HIMM主动式扫描治疗头的建模 |
| 第4章 束斑不确定性对笔形束扫描碳离子放射治疗剂量均匀性和半影的影响 |
| 4.1 材料与方法 |
| 4.1.1 190 Me V/u和260 Me V/u碳离子束深度剂量分布和横向剂量分布的测量 |
| 4.1.2 FLUKA中 HIMM扫描治疗头的建立 |
| 4.1.3 笔形束束流模型 |
| 4.1.4 方形场的叠加 |
| 4.1.5 束斑位置的变化 |
| 4.1.6 数据分析 |
| 4.2 结果和分析 |
| 4.2.1 深度剂量分布和侧向剂量分布 |
| 4.2.2 束流模型 |
| 4.2.3 不同类型错误的影响 |
| 4.3 讨论 |
| 第5章 基于开源治疗计划软件mat RAD的头颈部肿瘤放疗计划优化 |
| 5.1 mat RAD开源软件包功能介绍 |
| 5.2 治疗计划优化 |
| 5.3 鲁棒性 |
| 5.4 生物模型 |
| 5.4.1 微剂量学 |
| 5.4.2 离子的RBE模型 |
| 5.5 治疗计划流程的具体实现 |
| 5.5.1 基础数据的生成 |
| 5.5.2 患者数据的导入 |
| 5.5.3 辐射几何的定义 |
| 5.5.4 剂量计算 |
| 5.5.5 治疗计划的优化 |
| 5.6 材料与方法 |
| 5.6.1 碳离子治疗基础数据的产生 |
| 5.6.2 肿瘤体积和危险器官的勾画 |
| 5.6.3 治疗计划和优化标准 |
| 5.6.4 评估标准和统计分析 |
| 5.7 结果 |
| 5.7.1 点扫描碳离子治疗和调强放疗头颈部恶性肿瘤的治疗计划比较 |
| 5.7.2 生物学效应模型和RBE×D生物模型对治疗计划结果的影响 |
| 5.7.3 束斑间距对治疗计划结果的影响 |
| 5.7.4 病人摆位误差对治疗计划结果的影响 |
| 5.8 讨论 |
| 第6章 碳离子头颈部肿瘤放疗中各器官吸收剂量的计算 |
| 6.1 材料与方法 |
| 6.1.1 ICRP110 体素化人体模型和CRAM体素模型的创建 |
| 6.1.2 比较ICRP110 模型和CRAM的体素模型的吸收剂量差异 |
| 6.1.3 病人出现摆位误差时各器官吸收剂量的变化 |
| 6.2 结果 |
| 6.2.1 ICRP110 体素模型和CRAM体素模型 |
| 6.2.2 ICRP110 模型和CRAM的体素模型的吸收剂量差异 |
| 6.2.3 摆位误差对CRAM体素模型组织器官吸收剂量的影响 |
| 6.3 讨论 |
| 第7章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 下一步工作计划 |
| 7.2.1 分析均匀扫描中束流配送系统的不确定性对射野区域剂量均匀性和半影的影响 |
| 7.2.2 基于FLUKA的束流配送过程中次级粒子的剂量贡献研究 |
| 7.2.3 优化mat RAD软件中的碳离子治疗基础数据 |
| 参考文献 |
| 附录1 部分FLUKA模拟代码 |
| 附录2 点扫描辐射场叠加MATLAB代码 |
| 附录3 用于获取组织器官材料的Python脚本 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）历史见证了X射线发现125周年之辉煌（论文提纲范文）
| 1 19世纪末的系列杰出发现引发改变世界的深远影响 |
| 2 一百多年来奇迹般陆续激发出33项相关荣膺诺贝尔奖成果 |
| 3 促使医学发生革命而催生放射诊疗极大地丰富了现代医学 |
| 4 应运而生放射防护学为发展核科学技术及其广泛应用保驾护航 |
（5）ALDH2和C12orf30基因多态性与新疆汉族、哈萨克族食管鳞癌的易感性及预后的相关研究（论文提纲范文）
| 中英文缩略词对照表 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 前言 |
| 第一部分 ALDH2 基因rs671、C12orf30 基因rs4767364 多态性在新疆汉族、哈萨克族ESCC中的分布情况 |
| 1 研究内容与方法 |
| 1.1 研究对象 |
| 1.2 实验方法 |
| 1.3 质量控制 |
| 1.4 随访 |
| 1.5 统计学分析 |
| 2 结果 |
| 3 讨论 |
| 4 小结 |
| 第二部分 新疆汉族、哈萨克族食管鳞癌ALDH2 基因、C12orf30 基因多态性与吸烟、饮酒及体重指数的相关性研究 |
| 1 研究内容与方法 |
| 1.1 研究对象 |
| 1.2 实验方法 |
| 1.3 统计学分析 |
| 2 结果 |
| 3 讨论 |
| 4 小结 |
| 第三部分 ALDH2 基因、C12orf30 基因多态性与新疆汉族、哈萨克族ESCC放射敏感性的相关性研究 |
| 1 研究内容与方法 |
| 1.1 研究对象 |
| 1.2 实验方法 |
| 1.3 统计学处理 |
| 2 结果 |
| 3 讨论 |
| 4 小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 综述 食管癌相关基因研究进展 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间获得的学术成果 |
| 个人简历 |
| 新疆医科大学博士研究生学位论文导师评阅表 |
（6）放射组学在食管癌个体化精准放射治疗中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 食管癌肿瘤及其放射治疗现况 |
| 1.2 放射治疗技术及其应用概述 |
| 1.3 放射治疗大数据收集所面临的问题 |
| 1.4 放射组学现况及其在食管癌肿瘤中应用所面临挑战 |
| 1.5 本课题的研究内容 |
| 1.5.1 本课题的研究目的和意义 |
| 1.5.2 本课题准备解决的主要问题 |
| 1.5.3 研究方法和方案 |
| 第二章 治疗计划自动分析系统的开发研究 |
| 2.1 放射治疗计划的自动分析系统的开发 |
| 2.1.1 底层数据解析模块 |
| 2.1.2 计划重组模块 |
| 2.1.3 计划数据分析模块 |
| 2.2 利用模体治疗计划数据评估新系统性能 |
| 2.2.1 材料和方法 |
| 2.2.2 结果 |
| 2.2.3 讨论 |
| 2.3 利用临床治疗计划数据评估新系统准确性 |
| 2.3.1 材料和方法 |
| 2.3.2 结果 |
| 2.3.3 讨论 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 食管癌放射治疗临床数据自动分析 |
| 3.1 材料和方法 |
| 3.1.1 患者基本信息 |
| 3.1.2 食管癌的治疗方案 |
| 3.1.3 放射治疗计划的自动化分析 |
| 3.2 从食管癌放疗数据中提取临床数据及分析结果 |
| 3.2.1 从HIS系统中提取患者治疗方案和随访结果 |
| 3.2.2 从治疗计划中提取临床大数据内容 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 放射治疗中放射组学纹理特征的提取 |
| 4.1 材料和方法 |
| 4.1.1 放射组学数据源和软件配置 |
| 4.1.2 放射组学纹理特征的标准化提取流程 |
| 4.1.3 放射组学特征提取的参数设置 |
| 4.2 结果与讨论 |
| 4.2.1 从计划中提取一阶统计学特征参数分布情况分析 |
| 4.2.2 从计划中提取高阶纹理特征的自相关性分析 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 放射治疗中剂量学特征的提取 |
| 5.1 剂量学特征原理和提取流程图 |
| 5.2 剂量学参数的定义和特征参数的分析结果 |
| 5.2.1 一阶统计学剂量学参数的定义、提取与分析 |
| 5.2.2 治疗计划特征参数的定义、提取与分析 |
| 5.2.3 治疗计划中轮廓空间位置特征参数的定义、提取与分析 |
| 5.2.4 生物学剂量特征参数的定义、提取与分析 |
| 5.2.5 空间剂量特征参数的定义、提取与分析 |
| 5.3 小结 |
| 第六章 食管癌放射治疗后两年生存情况的预测模型 |
| 6.1 食管癌放射组学特征数据集和机器学习算法 |
| 6.1.1 食管癌特征数据集 |
| 6.1.2 数据预处理 |
| 6.1.3 机器学习算法 |
| 6.1.4 十折交叉验证 |
| 6.1.5 性能评估 |
| 6.2 食管癌两年生存情况的分析结果 |
| 6.2.1 放射组学特征预处理 |
| 6.2.2 食管癌的两年生存情况的预测模型 |
| 6.2.3 放射治疗剂量学参数对预测模型影响 |
| 6.3 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A1 放射组学特征参数 |
| A1.1 灰度共生矩阵特征 |
| A1.2 灰度游程特征 |
| A1.3 领域灰度差特征 |
| A1.4 Laws滤波特征 |
| A2 生成放射组学的特征参数程序的配置文件 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（7）IMRT中子野形状生成优化算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 中英文缩略词表 |
| 符号说明 |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 IMRT方案优化 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 两步法 |
| 1.3.2 DAO |
| 1.4 本文主要内容 |
| 2 基于生物准则的IMRT方案优化方法 |
| 2.1 IMRT方案优化基本流程 |
| 2.2 评价准则 |
| 2.2.1 物理准则约束函数 |
| 2.2.2 生物准则等效凸函数 |
| 2.3 大规模梯度类算法 |
| 2.3.1 拟牛顿算法 |
| 2.3.2 评价准则约束函数的一阶导函数 |
| 2.4 基于生物准则的IMRT方案优化方法 |
| 2.5 实验结果与分析 |
| 2.5.1 实验设置 |
| 2.5.2 实验结果 |
| 2.5.3 分析与讨论 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于区域生长的CG算法 |
| 3.1 CG算法的基本原理 |
| 3.1.1 剂量计算 |
| 3.1.2 CG算法求解过程 |
| 3.2 图像处理方法 |
| 3.2.1 灰度变换 |
| 3.2.2 区域生长 |
| 3.3 基于区域生长的CG算法 |
| 3.3.1 非线性变换 |
| 3.3.2 区域生长 |
| 3.3.3 合并并求解代价问题 |
| 3.4 实验结果 |
| 3.4.1 头颈部肿瘤病例实验 |
| 3.4.2 前列腺肿瘤病例实验 |
| 3.4.3 实验结果的统计分析 |
| 3.5 分析与讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于动量梯度下降方向的子野形状优化算法 |
| 4.1 CG算法中负梯度下降方向 |
| 4.2 梯度下降法 |
| 4.2.1 最速下降法 |
| 4.2.2 动量梯度下降法 |
| 4.3 基于动量梯度下降方向的子野形状优化算法 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.4.1 评价标准 |
| 4.4.2 目标函数 |
| 4.4.3 实验结果 |
| 4.5 分析与讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于共轭梯度下降方向的CG算法 |
| 5.1 剂量计算及KKT条件 |
| 5.2 梯度类算法介绍 |
| 5.2.1 牛顿法 |
| 5.2.2 拟牛顿法 |
| 5.2.3 共轭梯度算法 |
| 5.3 子野形状搜索方向的改进 |
| 5.3.1 基于共轭梯度下降方向的CG算法 |
| 5.3.2 基于混合共轭梯度下降方向的CG算法 |
| 5.4 实验结果 |
| 5.4.1 基于共轭梯度下降方向的CG算法 |
| 5.4.2 基于混合共轭梯度下降方向的CG算法 |
| 5.5 分析与讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结和展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文、参与项目情况 |
| 致谢 |
（8）磁共振引导碳离子放疗中剂量学的蒙特卡罗模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 肿瘤防治形势概况 |
| 1.1.1 肿瘤放射治疗技术历史沿革 |
| 1.1.2 放射治疗介绍 |
| 1.2 碳离子放射治疗技术 |
| 1.2.1 碳离子治疗技术的优势 |
| 1.2.2 碳离子治疗技术的临床应用概况 |
| 1.2.3 碳离子束流配送系统 |
| 1.3 常用图像引导放射治疗技术介绍 |
| 1.3.1 光学图像引导 |
| 1.3.2 X射线图像引导 |
| 1.3.3 超声图像引导 |
| 1.3.4 磁共振图像引导 |
| 1.4 磁共振引导粒子治疗剂量学的蒙特卡洛研究进展 |
| 1.4.1 磁共振引导质子治疗的剂量学研究进展 |
| 1.4.2 磁共振引导碳离子治疗的剂量学研究进展 |
| 1.5 课题研究目的 |
| 第2章 研究工具与方法 |
| 2.1 蒙特卡罗模拟 |
| 2.1.1 蒙特卡罗模拟的基本思想 |
| 2.1.2 蒙特卡罗模拟在医学物理领域的应用 |
| 2.1.3 GATE模拟平台介绍 |
| 2.2 模拟设置 |
| 2.2.1 HIRFL-CSR深层治疗终端束流配送系统 |
| 2.2.2 模拟模型的建立 |
| 2.2.3 模拟参数的选择 |
| 第3章 磁场中碳离子束在模体内的剂量分布 |
| 3.1 不同磁场方向时,碳离子束在水模体内的剂量分布 |
| 3.1.1 平行磁场情况 |
| 3.1.2 正交磁场情况 |
| 3.2 正交磁场中,次级粒子在水模体内的剂量分布情况 |
| 3.2.1 磁场中次级粒子的运动情况 |
| 3.2.2 磁场中次级粒子的剂量分布 |
| 3.3 MR磁环与患者体表间的空气层厚度对于磁场中碳离子束剂量分布的影响 |
| 3.3.1 等空气层的情况 |
| 3.3.2 等治疗深度的情况 |
| 3.4 不同扫描模式下磁场中碳离子束在模体内的剂量分布 |
| 3.4.1 被动式束流扫描 |
| 3.4.2 主动式束流扫描 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 磁场中碳离子束布拉格峰位置的修正 |
| 4.1 机架旋转修正法 |
| 4.2 扫描磁铁修正法 |
| 4.2.1 碳离子束的射程-能量关系式 |
| 4.2.2 磁场中碳离子束的运动径迹计算 |
| 4.2.3 束流修正角度的计算 |
| 4.3 TG119模型的验证 |
| 4.4 立方体模型的剂量学验证 |
| 4.5 球形靶体的剂量学验证 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）安罗替尼联合高氧改善肿瘤乏氧微环境对提高非小细胞肺癌放疗敏感性的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 序言 |
| 一、研究背景 |
| 二、本研究目的和意义 |
| 三、实验设计 |
| 参考文献 |
| 第一部分 安罗替尼和Carbogen联和放射治疗对非小细胞肺癌裸鼠的作用及其机制研究 |
| 一、研究背景与目的 |
| 二、实验材料和仪器 |
| 三、实验方法 |
| 四、结果 |
| 五、讨论 |
| 六、结论 |
| References |
| 第二部分 安罗替尼和高氧联合放射治疗对A549肺癌细胞的作用及其机制的研究 |
| 一、研究背景与目的 |
| 二、实验材料与仪器设备 |
| 三、实验方法 |
| 四、结果 |
| 五、讨论 |
| 六、结论 |
| References |
| 第三部分 安罗替尼联合Carbogen提高非小细胞肺癌放疗敏感性的临床研究 |
| 一、研究背景与目的 |
| 二、临床资料与设备材料 |
| 三、临床研究方法 |
| 四、结果 |
| 五、讨论 |
| 六、结论 |
| References |
| 总结和展望 |
| 一、主要成果 |
| 二、创新点 |
| 三、不足之处 |
| 四、展望 |
| 综述 非小细胞肺癌乏氧微环境与放疗敏感性研究现状 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表论文、参编专着等情况 |
| 英文缩略词表 |
| 致谢 |
（10）基于微剂量学及纳剂量学的离子束相对生物学效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 放射治疗的发展历程 |
| 1.2 离子束放射治疗的发展历程 |
| 1.3 离子束放射治疗原理 |
| 1.4 RBE在离子束治疗中的作用 |
| 1.5 本文研究内容及章节安排 |
| 第2章 相对生物学效应生物物理模型 |
| 2.1 生物效应及其模型 |
| 2.2 靶模型与线性平方模型 |
| 2.3 基于LET的 RBE模型 |
| 2.4 混合束模型 |
| 2.5 MKM,LEM,RMF,Nan Ox模型 |
| 第3章 基于微剂量学量的离子束相对生物学效应 |
| 3.1 离子束微剂量学量及其测量 |
| 3.1.1 微剂量学量 |
| 3.1.2 组织等效正比计数器 |
| 3.2 组织等效正比计数器壁对离子束微剂量学量测量的影响 |
| 3.2.1 壁效应 |
| 3.2.2 组织等效正比计数器壁引起的离子束辐射场畸变 |
| 3.2.3 TEPC壁对微剂量学量测量的影响 |
| 3.3 基于微剂量学量蒙特卡罗模拟的离子束生物有效剂量精确计算方法 |
| 3.3.1 离子束微剂量学量的蒙特卡罗模拟 |
| 3.3.2 基于微剂量学量的离子束相对生物学效应和生物有效剂量精确计算 |
| 第4章 基于纳剂量学量的离子束相对生物学效应 |
| 4.1 径迹结构与纳剂量学量 |
| 4.2 纳剂量学量初探 |
| 4.3 纳剂量学量 |
| 4.4 离子束纳剂量学量测量 |
| 4.5 离子束纳剂量学量的蒙特卡罗模拟方法 |
| 4.6 单能离子束纳剂量学量数据集的构建 |
| 4.6.1 单能离子束纳剂量学量计算 |
| 4.6.2 单能离子束纳剂量学量结果 |
| 4.7 离子束混合辐射场的纳剂量学量计算 |
| 4.7.1 离子束混合辐射场的纳剂量学量M_1~(C1)和F_2~(C1)的计算 |
| 4.7.2 离子束混合辐射场的纳剂量学量M_1~(C2)和F_3~(C2)的计算 |
| 4.7.3 离子束混合辐射场的纳剂量学量计算方法验证 |
| 4.7.4 碳离子束混合辐射场的纳剂量学量计算结果 |
| 4.8 LNDM模型理论推导 |
| 4.9 基于LNDM模型的离子束生物RBE计算 |
| 4.9.1 LNDM模型参数确定 |
| 4.9.2 基于LNDM模型的离子束LQ模型参数与细胞存活分数计算 |
| 4.9.3 基于LNDM模型的离子束生物RBE计算 |
| 4.9.4 基于LNDM模型的单能离子束辐射生物学相关数据计算 |
| 4.9.5 基于LNDM模型的离子束Bragg峰展宽 |
| 4.9.6 LNDM模型讨论 |
| 4.10 基于LNDM模型的离子束临床RBE计算 |
| 4.10.1 基于LNDM模型的离子束临床RBE计算方法 |
| 4.10.2 基于LNDM模型的离子束临床RBE转化因子计算结果 |
| 4.11 基于LNDM模型的离子束临床剂量精确计算 |
| 4.11.1 前列腺癌简化模型 |
| 4.11.2 前列腺癌离子治疗中的不同临床效应终点 |
| 4.11.3 不同临床效应终点的临床剂量计算 |
| 4.11.4 离子束临床剂量精确计算 |
| 第5章 特殊情况下的离子束相对生物学效应 |
| 5.1 磁场对离子束微剂量学量及相对生物学效应的影响 |
| 5.1.1 磁场对离子束剂量分布的影响 |
| 5.1.2 磁场对离子束微剂量学量的影响 |
| 5.1.3 磁场对离子束RBE的影响 |
| 5.2 大分割离子束放射治疗中RBE与剂量的依赖关系研究 |
| 5.2.1 大分割离子束放射治疗 |
| 5.2.2 大分割碳离子放射治疗中RBE随分次剂量的变化 |
| 5.2.3 正常组织细胞与肿瘤细胞RBE随分次剂量递增现象 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 离子束RBE研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、肿瘤放射治疗物理的进展（论文参考文献）
- [1]电离辐射诱导非小细胞肺癌DNA损伤与线粒体功能紊乱的应答机理研究[D]. 严俊芳. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021(01)
- [2]用于紧凑型质子治疗装置的高梯度S波段加速结构的研制[D]. 张雨. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2021(01)
- [3]基于蒙特卡罗算法的医用重离子加速器束流配送系统和治疗计划的研究[D]. 李玥. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021(01)
- [4]历史见证了X射线发现125周年之辉煌[J]. 郑钧正. 辐射防护通讯, 2020(06)
- [5]ALDH2和C12orf30基因多态性与新疆汉族、哈萨克族食管鳞癌的易感性及预后的相关研究[D]. 刘攀. 新疆医科大学, 2020(03)
- [6]放射组学在食管癌个体化精准放射治疗中的应用研究[D]. 杨成文. 天津大学, 2020(01)
- [7]IMRT中子野形状生成优化算法研究[D]. 张丽媛. 中北大学, 2020(09)
- [8]磁共振引导碳离子放疗中剂量学的蒙特卡罗模拟研究[D]. 孟乾乾. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2020(01)
- [9]安罗替尼联合高氧改善肿瘤乏氧微环境对提高非小细胞肺癌放疗敏感性的研究[D]. 林宇. 苏州大学, 2020(06)
- [10]基于微剂量学及纳剂量学的离子束相对生物学效应研究[D]. 戴天缘. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2020(01)