低能质子的Bragg曲线测量

正本研究中,利用射程移位装置和剂量胶片相结合的测量方法,得到了22 MeV低能质子贯穿深度与吸收剂量之间的关系,再通过理论拟合得到了如图1所示的质子的Bragg曲线(虚线),并与理论计算得到的LET与吸收剂量之间的关系(实线)进行了对比。结果显示,当离子束照射注量为1.99×10~8 cm~(-2)时,相对剂量从1Gy到2.98Gy逐渐增大,然后达到最大剂量5Gy后迅速降低,测得的曲线表现出典型的Bragg曲线的特点。与理论计算的结果相比,Bragg峰区有明显的展宽,这可能是由于随     

单细胞凝胶电泳技术检测碳离子束和X射线照射对Lewis肺癌细胞的DNA损伤

比较研究了 89.63 MeV/u 的碳离子束和 6 MeV 的 X 射线照射 Lewis 肺癌细胞所致的细胞克隆存活和DNA 损伤效应,以探讨单细胞凝胶电泳检测细胞辐射敏感性及重离子束治疗肿瘤的优势.结果表明,在 10%细胞存活水平上碳离子束的相对生物学效应(Relative biological effectiveness,RBE)值达到1.77.单细胞凝胶电泳检测损伤 DNA 尾部百分含量(Tail DNA,TD)和Olive尾矩(Olive tail moment,OTM)的剂量效应曲线表明,X射线的剂量效应曲线为线性,而碳离子束诱导出-个包含线性和指数项的双阶段效应曲线.碳离子束辐照剂量大于8 Gy后TD和OTM都存在饱和效应.在2 Cy的剂量点,高传能线密度(LET)碳离子束比X射线产生更低的存活分数和更高的初始 OTM.本研究提示:在Lewis肺癌细胞中,碳离子束照射比x射线产生更为强烈的细胞致死和DNA损伤效应,可使肿瘤治疗具有更高效率.     

重离子与X射线沿水介质入射深度诱导癌细胞失活的比较

采用Hela、B16两种细胞分别研究了X射线和重离子在水介质中入射的深度与相应细胞的存活率（1－失活率）。结果表明：X射线与重离子在入射深度与细胞存活关系上有明显不同的变化规律。X射线的入射深度与其细胞存活率呈高度正相关,r=0.92;而重离子通过路径的细胞损伤率较小、且在一个细胞存活较高的坪区（86％－92％）,到射程末端细胞损伤率剧增,出现倒Bragg峰。提示：重离子在深层肿瘤治疗上具有比X射线好的深度治疗分布。     

基于染色体畸变的细胞存活模型研究

为评估质子和重离子的辐射生物效应，建立了基于染色体畸变的细胞存活机理模型。开发了纳剂量生物物理蒙特卡罗模拟程序（NASIC）的DNA损伤修复模块，用于模拟不同射线类型、不同传能线密度（LET）辐射所致细胞核内染色体畸变产额。在分析辐射所致染色体畸变产额规律的基础上，建立了基于染色体畸变的细胞存活机理模型，并根据细胞存活实验数据拟合模型参数。以V79细胞为例，对于X射线和不同LET的质子，细胞存活分数的模型计算值与实验数据符合得很好，相关系数为0.985 3。采用⁴He离子的实验数据对模型及参数进行了验证，模型计算值与实验数据的相关系数为0.931 1。可见，模型能较好地区分不同射线类型、不同LET辐射在细胞致死效应上的差异。     

TEPC壁对重离子束微剂量学测量及相对生物学效应计算的影响

组织等效正比计数器(TEPC)广泛应用于重离子束微剂量学测量,提供用于计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。为研究TEPC壁对重离子束微剂量学测量及RBE计算的影响,在蒙特卡罗(MC)模拟中引入理想组织等效正比计数器(Ideal-TEPC),精确计算得到碳离子束不同水等效深度处的微剂量学量及RBE。Ideal-TEPC和常规TEPC的计算结果表明:TEPC壁会使碳离子束产生较大的辐射场畸变,且会使TEPC测量结果及RBE计算结果产生较大偏差,该偏差随贯穿深度的增加而增大。将TEPC壁视为具有固定水等效厚度的水层可在数值上抵消TEPC壁对RBE计算的影响,但在展宽Bragg峰(SOBP)后端会产生过修正现象。Ideal-TEPC结合MC模拟能有效避免TEPC壁效应及TEPC壁引起的辐射场畸变对重离子束微剂量学量和RBE计算的影响。     

重离子束水吸收剂量的电离法实验研究

重离子束水吸收剂量是开展重离子束治疗最基本的物理量。在开展重离子束水吸收剂量的量值复现研究前，需用间接测量的方法开展相关工作以熟悉实验条件。本文用传统电离法开展了能量400 MeV/u、具有6 cm展宽Bragg峰的碳离子束的水吸收剂量测量研究，并评价了重离子束条件下的相关电离室的极化、离子复合修正因子。在电离室的极化和离子复合修正项方面，重离子束水吸收剂量测量的相关不确定度分量显著大于60Co γ辐射水吸收剂量的相关值。用不同电离室测量重离子束水吸收剂量的结果在不确定度允许的范围内符合。以电离室测量为基础，开展更深入的包括量热法绝对测量在内的辐射剂量学研究，对进一步优化重离子束水吸收剂量测量的不确定度至关重要。     

TEPC壁对重离子束微剂量学测量及相对生物学效应计算的影响

组织等效正比计数器（TEPC）广泛应用于重离子束微剂量学测量，提供用于计算相对生物学效应（RBE）的基础数据。为研究TEPC壁对重离子束微剂量学测量及RBE计算的影响，在蒙特卡罗（MC）模拟中引入理想组织等效正比计数器（Ideal-TEPC），精确计算得到碳离子束不同水等效深度处的微剂量学量及RBE。Ideal-TEPC和常规TEPC的计算结果表明：TEPC壁会使碳离子束产生较大的辐射场畸变，且会使TEPC测量结果及RBE计算结果产生较大偏差，该偏差随贯穿深度的增加而增大。将TEPC壁视为具有固定水等效厚度的水层可在数值上抵消TEPC壁对RBE计算的影响，但在展宽Bragg峰（SOBP）后端会产生过修正现象。Ideal-TEPC结合MC模拟能有效避免TEPC壁效应及TEPC壁引起的辐射场畸变对重离子束微剂量学量和RBE计算的影响。     

12C6+离子辐照诱发人类肝L02细胞hprt基因突变的研究

本文研究12C6 离子辐照人类肝细胞系L02细胞诱发hprt基因突变与剂量的效应关系,为正确评价重离子对人体正常组织细胞的辐射风险及危害提供基础数据和依据.分别用12C6 离子束(LET为30 keV/μm)和X射线(LET为0.2 keV/μm)对L02细胞进行0～6Gy照射后,用克隆形成法检测细胞的存活分数,另外在含有6-TG的培养基中克隆、筛选hprt突变细胞株,测定突变频率.结果表明:12C6 离子辐照后L02细胞的存活分数明显小于X射线照后.两种射线照射后,每106个存活细胞中突变克隆的个数随照射剂量增大而增大,受照细胞的突变频率也都在1Gy处最大.但相对于X射线,人类肝细胞系L02细胞对高LET重离子辐射更敏感,而且12C6 离子束诱发更多的存活细胞hprt基因突变.     

不同LET碳离子对V79细胞辐射敏感性的影响

以中国仓鼠肺V79细胞为材料,利用兰州近代物理研究所重离子研究装置（HIRFL）产生的碳离子,研究了不同线性能量传递（LET）的重离子对体外培养细胞的存活效应,并与γ射线的结果作了比较。结果表明,不同LET碳离子引起细胞失活效应由大到小的顺序依次为125、200、700keV/μm。碳离子表现为无肩区的存活曲线,属单靶单击模型,γ射线表现为有肩区的存活曲线,属多靶单击模型。LET值为125、200、700keV/μm时得到的失活截面分别为35、12、8μm^2。当细胞存活比率为0.1和0.37,在LET为125keV/μm时得到相对生物学效应（RBE）值为1.47和2.19。     

高电荷态重离子束流产生技术的研究

为了提高北京HI-13串列加速器束流的硅中射程和LET值,本文开展了高电荷态束流引出技术及pA级弱束流诊断技术研究。采用电刚度和磁刚度模拟技术,配合pA级弱束流束斑观测和束流强度监测技术,获得能量360 MeV、峰总比80%的¹⁹⁷Au离子束流,其在Si中的表面LET为86.1 MeV•cm²•mg^-1、射程为30.1 μm,满足单粒子效应（SEE）实验的要求,拓展了北京HI-13串列加速器上单粒子效应实验所用离子的能量和LET值范围。     

Extending Bragg peak of heavy ion beam and melanoma cell inactivation measurement

A rotating range modulator was designed and manufactured.which is applied to extend Bragg peak of heavy ion beam.Bragg curves of 75MeV/u ^16O and 75MeV/u ^12C ion beams through this range modulator were measured respectively and two evident spread-out Bragg peaks corresponding to the modulated beams above are shown.In addition,inactivation effect of the modulated 75MeV/u ^16O ion beam at nine different penetration depths on melanoma cells(B16) was measured.Results indicate that lethal effects at the spread-out Bragg peak region are larger than at the plateau of the particle beam entrance.     

75MeV/u￣(12)C离子Bragg曲线及黑色素瘤细胞失活的测量

用双电离室法测定了ＨＩＲＦＬ提供的７５ＭｅＶ／ｕ１２Ｃ离子经不同厚度降能片后的相对剂量，将降能片厚度等效为组织等效材料一水中的深度，得到了碳离子在水介质中的Ｂｒａｇｇ曲线，与计算的Ｂｒａｇｇ曲线进行了比较。同时测定了离子经不同厚度降能片后对黑色素瘤（Ｂ１６）细胞的失活效应，得到了离子束在不同贯穿深度上的Ｂ１６细胞存活数据。     

采用电离室测定重离子束的Bragg峰位

从探索定点定位诱变要求出发，提出了重离子束Ｂｒａｇｇ峰可作为一个有用手段，阐述了测量重离子束Ｂｒａｇｇ峰的原理和实验装置，采用一对电离室测定初始能量为５０ＭｅＶ／ｕ左右＾１４Ｎ＾７＋离子束在物质密度归一到小麦材料后的Ｂｒａｇｇ峰位。最终得到峰位深度约为４．８５ｎｍ，离子束的最大射程为５．５ｍｍ左右。     

290MeV/u ~9C离子束在液态水靶中输运的蒙特卡洛模拟

9C离子束是双重辐射源于在治疗肿瘤有明显优势。我们用蒙特卡洛程序FULKA模拟了290 MeV/u 9C离子束在水靶中的输运,研究其能量沉积、核碎片分布以及核碎片注量的深度分布,可为9C离子束肿瘤治疗剂量学提供参考。     

50MeV/u12C6+离子辐照B16细胞氧效应研究

实验以体外培养的小鼠Ｂ１６黑色素瘤细胞为材料,在５０ＭｅＶ／ｕ ＾１２Ｃ＾６＋离子的展宽Ｂｒａｇｇ峰区辐照细胞,得到的结果是这种离子的ＯＥＲ值为１．２５。说明这种能量的离子具有低的氧效应。     

GATE simulation based feasibility studies of in-beam PET monitoring in 12C beam cancer therapy

In comparison with conventional radiotherapy techniques,12C beam therapy has its significant advantage in cancer treatment because the radiation dose are mostly concentrated near the Bragg peak region and damage to normal tissues along the beam path is thus greatly reduced.In-beam PET provides a way to monitor dose distribution inside human body since several kinds of positron-emitting nuclei are produced through the interaction between 12C beam and body matters.In this work,we study the quantitative relationship between the spatial location of the Bragg peak and the spatial distribution of positrons produced by positron-emitting nuclei.Monte Carlo package GATE is used to simulate the interactions between the incident 12C beam of different energies (337.5,270.0 and 195.0 MeV/u) and various target matters (water,muscle and spine bone).Several data post-processing operations are performed on the simulated positron-emitting nuclei distribution data to mimic the impacts of positron generation and finite spatial resolution of a typical PET imaging system.Simulation results are compared to published experimental data for verification.In all the simulation cases,we fred that 10C and 11C are two dominant positron-emitting nuclei,and there exists a significant correlation between the spatial distributions of deposited energy and positrons.Therefore,we conclude that it is possible to determine the location of Bragg peak with 1 mm accuracy using current PET imaging systems by detecting the falling edge of the positron distribution map in depth direction.     

Experimental Study for Absorbed dose to Water of Heavy Ion Beam via Ionization Method

The absorbed-dose to water of heavy ion beam is a fundamental quantity for heavy ion therapy. It is necessary to perform the relevant work with in-direct measurement prior to the study of the reproduction for the absorbed-dose to water of heavy ion beam. The absorbed-dose to water of a carbon ion beam, whose incident energy was 400 MeV/u and spread-out Bragg peak was 6 cm, was studied with conventional ionization method. The correction factors of polarity and ion recombination for the ionization chambers were evaluated with the incident heavy ion beam. The uncertainty components for the measurement of the absorbed-dose to water of heavy ion beam are significantly larger than that of the 60Co γ radiation, in terms of the corrections for the polarity and ion recombination of the ionization chambers. The absorbed-dose to water of heavy ion beam deduced from different ionization chambers is consistent within the acceptance of uncertainty. Based on the measurement with ionization chambers, it is crucial to conduct more intensive research activities of radiation dosimetry including the absolute measurement with calorimetric facility, with the purpose of further optimizing the uncertainty in the measurement for the absorbed-dose to water of heavy ion beam.