模拟动力学方法应用于调强放射治疗的研究

通过建立调强放射治疗计划中的笔束强度和模拟动力学系统中的粒子位置之间的联系，模拟动力学方法可以应用于解决调强放射治疗中的优化问题。本文研究了模拟动力学方法在肿瘤的临床调强放射治疗中的应用。研究表明，在引入软约束、硬约束和剂量体积约束等约束条件后，模拟动力学方法可以满足临床的调强放射治疗计划的要求。     

模拟动力学方法应用于调强放射治疗的研究

通过建立调强放射治疗计划中的笔束强度和模拟动力学系统中的粒子位置之间的联系,模拟动力学方法可以应用于解决调强放射治疗中的优化问题.本文研究了模拟动力学方法在肿瘤的临床调强放射治疗中的应用.研究表明,在引入软约束、硬约束和剂量体积约束等约束条件后,模拟动力学方法可以满足临床的调强放射治疗计划的要求.     

千伏级锥形束CT在摆位误差对鼻咽癌放疗剂量分布影响中的应用探讨

目的：探讨千伏级锥形束CT在鼻咽癌调强放射治疗中摆位误差的监测及分析鼻咽癌（NPC）调强放射治疗（IMRT）中误差对靶区和危及器官物理剂量学的影响。方法：随机抽取鼻咽癌患者5例。应用医科达Synergy肿瘤治疗系统IGRT-CBCT（Conebeam CT，CBCT），每次照射钱获取X线容积图像（XVI），将CBCT图像与计划CT图像靶中心匹配。获得x（左右）、y（头脚）、z（腹背）方向误差，并通过Pinnacle治疗计划系统研究误差在鼻咽癌放疗中对剂量分布的影响。结果：系统误差（均数）±随机误差（标准差）在x、y、z方向分别为（-0．55±1．14）mm、（-0．20±2．52）mm、（-0．56士1．18）mm，GTVnd总剂量变化范围0．29—11．54％，GTVnx为-0．27～0．54％，左晶体为-11．95～0．10％，右晶体为-18．27— -0．04％，脊髓为-0．15～8．35％，脑干为-5．50—6．15％。结论：鼻咽癌IMRT具有一定程度的摆位误差。在KV—CBCT系统下进行实时摆位误差纠正，可进一步降低摆位系统误差和随机误差，提高摆位精度。并提高靶区及周围器官所受计量的准确性。     

直肠癌静态调强与容积旋转调强放疗剂量学研究

目的比较直肠癌术后放疗中静态调强放疗(IMRT)和容积旋转调强放疗(VMAT)的剂量学差异,为临床治疗方法的选择提供参考.方法对10例Ⅱ～Ⅲ期直肠癌术后放疗患者分别进行双弧VMAT和7野IMRT的计划设计,利用剂量体积直方图评价靶区剂量分布以及危及器官的照射剂量,并进行比较分析.结果 IMRT和VMAT治疗计划的治疗剂量均能满足临床要求.IMRT和VMAT计划的适形指数(CI)及均匀指数(HI)比较差异均无统计学意义.IMRT和VMAT计划的正常组织如小肠、膀胱、骨盆和股骨头的剂量均相似.IMRT和VMAT计划的平均机器跳数分别为581.80和960.37(P=0.001),相应的治疗时间分别为558 s和170 s(P=0.003).结论直肠癌VMAT和IMRT计划均可满足患者临床要求,采用VMAT计划的患者治疗时间明显缩短,治疗效率明显提高.     

三维适形及调强放疗技术在非小细胞肺癌中的临床应用

目的探讨适形调强放疗在非小细胞肺癌中的临床疗效。方法选择非小细胞肺癌患者83例，实施三维适形和调强放射治疗。结果完全缓解（CR）25例（30．1％），部分缓解（PR）53例（63．9％），无变化（NC）5例（6．0％）。总有效率为94．0％，临床疗效满意。结论三维适形及适形调强放疗在局部中晚期NSCLC患者的治疗中起着非常重要的作用。     

一种仿生手指机构的优化计算

以再现手指握拳动作姿态和运动轨迹为主要目标，探讨一种带关节仿生手指的优化计算．文中重点讨论了运动矩阵的建立，仿生手指的结构模拟与教学描述，给出了预期目标的采样式，总优化目标Ｆ（ｘ）与约束函数ｇ１（ｘ）～ｇ４２（ｘ）．求出数学模型的逼近解，其与预期目标曲线的逼近度高达 ９５％以上，优化计算获得了较好的仿生效果．     

调强放射治疗的剂量验证

目的验证逆向调强治疗计划计算的位置及剂量的准确性。方法：我院从2004年8月开始用Varian CadPlan逆向放射治疗计划系统。通过MED～TEC固体水、美国Sunnyclear MapCheck（Model-1175）、0．6cc电离室、Kodak慢感光胶片等验证后,在Varian2300C／D直线加速器上开展多子野的动态及静态调强适形放射治疗技术。现已治疗了70多例,近期效果良好。射野设置方式一般是5．7,9个均分圆 周角度固定射野,静态调强采用10-12个剂量调强水平,剂量学验证的内容包括调强剂量强度分布,位置准确度、相对及绝对剂量、射野误差等。     

优化角度分组对宫颈癌容积旋转调强计划剂量分布的影响

为了明确Monaco计划系统中优化角度分组(increment,Inc)的选择对宫颈癌患者的单弧容积旋转调强放射治疗(vol-umetric-modulated arc therapy,VMAT)剂量分布的影响,指导临床选择合适的Inc参数用于宫颈癌患者的VMAT计划设计.首先选取了15例宫颈癌患者,在Inc=30°下设计全弧VMAT计划,再将治疗计划结果分别在Inc=10°、20°、40°下进行计算,比较4种不同Inc下计划靶区(planning target volume,PTV)的D2、D50、均匀性指数(homogeneity index,HI)、适形度指数(con-formity index,CI)和危及器官中的左右股骨头、盆骨、直肠、小肠、膀胱、乙状结肠、脊髓等器官的相关剂量学参数的差异(Dx表示x％的体积包含的剂量).其结果表明,与对照组Inc=30°相比较,Inc=10°中PTV的CI、骨盆V10、V20、Dmean明显减小(Vx表示x Gy剂量所占的体积百分比),直肠膀胱的D2及PTV的D50明显增加,差异均具有统计学意义(P＜0.05),Inc=40°中PTV的D2、左股骨头及盆骨的Dmean均显著增加(P＜0.05),其余靶区及危及器官的差异不明显(P＞0.05),Inc=20°的靶区和危及器官与Inc=30°时相比,差异全部不明显,所有计划的平均跳数和平均计划时间均随着Inc的增大而增加.因此对于宫颈癌病例,选择用Inc=30°能满足大多数患者,在保证靶区剂量充足和分布均匀的条件下,可以更好地减少跳数和计划时间,当计划优化结果较差时,将Inc设置为20°,其精度更高,可以得到更好的结果.     

放射性125I粒子组织间植入对人前列腺癌裸鼠皮下移植瘤（DU145）抑制作用的实验研究

目的：观察125I例子组织间植入对人前列腺癌裸鼠皮下移植瘤（DU145）的抑制作用。方法：:雄性裸鼠50只,建立DU145前列腺癌细胞裸鼠移植瘤动物模型,分成5组（每组10只）,5只分别植入125I粒子,给予不同时间,不同剂量的照射、5只植入假源。每天观察肿瘤横径,垂直径,记录移植瘤体积变化。处死动物后,对取下的瘤体做免疫组化及病理学分析。结果：各粒子植入植入组与假源组比较,肿瘤体积有不同程度的改变（植入组＜对照组）,证明125I粒子植入对前列腺癌细胞DU145移植瘤有抑制作用,但144h组、216h组之间瘤重抑制率相比无统计学意义(P>0.05)。各粒子植入组Bax、Caspase-3、Caspase-9蛋白表达的相对含量较假源组增多（P<0.05）;组织病理学研究显示不同剂量,不同照射时间,肿瘤细胞凋亡程度不同。结论:125I粒子持续低剂量率照射可以抑制前列腺癌裸鼠皮下移植瘤（DU145）的生长,照射时间,照射剂量不同,抑制的效果不同。     

松针热解的实验和数值模拟研究

文章选取松针作为典型的生物质,对其热解动力学展开研究。在惰性气体中分别在升温速率为10、30、50 K/min下开展松针热重实验,质量损失速率曲线中出现2个特征峰,分别对应半纤维素和纤维素的热解。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算松针热解的活化能,分别为63.90～205.23 kJ/mol和59.56～203.85 kJ/mol。采用分布活化能模型(distributed activation energy model, DAEM)计算指前因子的值。利用shuffled complex evolution(SCE)方法优化热解动力学参数,优化热解动力学参数预测的热重曲线与实验数据高度吻合。利用开发的多组分生物质热解求解器biopyrolysisFOAM进一步模拟松针热解,并将优化后的热解动力学参数作为初始参数。模拟结果显示,在不同的升温速率下,模拟结果与实验数据吻合度较高。     

一种提高激光光束强度分布检测精度的算法研究

提出了一种新的提高测量激光光束横向强度分布的方法.利用取样窗口内被测量点光强度值是取样窗口的小区域强度积分值的特点和相邻取样窗口的小区域强度积分值的积分区域的相互交迭的性质,借助于线性方程组理论,可提高激光光束横向强度分布测量方法的精度;采用该算法对多种模式的高斯光束进行了模拟比较计算,在不改变取样窗口大小的情况下,光束强度分布的精度有了明显提高.     

局部钢纤维混凝土梁腐蚀后弯曲性能试验研究

为了研究海洋防腐蚀结构工程耐久性,采用局部钢纤维混凝土制作了9根试验梁,通过模拟海洋环境中进行干湿交替的循环腐蚀作用,进行腐蚀电位测试.对不同钢纤维体积率、不同钢纤维铺设厚度、不同腐蚀程度的钢纤维钢筋混凝土梁进行四点弯曲静力试验研究.结果表明:混凝土中的分布于钢筋周边的钢纤维,改变了含水腐蚀介质中离子的汇聚方式,阻止了内部钢筋的腐蚀.钢纤维的加入对于提高钢筋混凝土梁的开裂载荷和耐久性具有重要作用.当钢纤维体积率为1.25%、钢纤维混凝土厚为50 mm时效果最为显著.采用钢纤维作为主动防止钢筋锈蚀的工程技术具有广泛的应用前景.     

多光束超分辨显微成像系统的设计与光束重合度优化

为了提升超分辨显微成像系统的分辨能力,自主设计并搭建了一套多光束超分辨显微成像系统。该成像系统包括有3束激光束,分别为405 nm实心激发光束、488 nm实心激发光束以及488 nm空心损耗光束。通过Labview程序控制纳米位移台与单光子测器间的数据采集,采用80 nm金纳米颗粒探针扫描方式对该成像系统进行纳米尺度的光束调制,完成了多光束显微成像系统的光学调节,主要包括有多光束的光斑整形、多光束间的光束空间重合度优化以及对应光斑强度分布的仿真模拟。通过已知绿色荧光蛋白样品的测试结果,说明了该方法对于系统中光束空间重合度的提升作用与效果。     

多重边界约束对三壁碳纳米管振动特性的影响

主要研究了三壁碳纳米管在多重边界约束条件下的振动特性. 基于Euler 梁模型将三壁碳纳米管模拟成三重相合梁系统, 其中管间通过范德华力 (van der Waals force) 相合, 但内管、中管、外管处于不同的边界约束中, 并研究了FFC (free-free-clamped) 型多重边界约束对 三壁碳纳米管振动的影响. 结果表明, FFC 型多重边界约束会导致三壁碳纳米管共振频率的降低, 尤其在低阶振动模态上; 同时, 这种影响会随着碳纳米管长度的增加而减弱.     

空间波片偏振调制生成矢量光束的模拟研究

为了研究空间可变波片偏振调制生成矢量光束的方法,本文借助琼斯矢量和琼斯矩阵较深入地分析了任意阶拉盖尔-高斯螺旋光束通过空间偏振转换器件生成矢量光束的过程,并根据数学模型对矢量光束的远场强度分布进行了数值仿真.仿真结果表明:线偏振和圆偏振的基模光束可分别通过空间半波片和空间四分之一波片转化生成矢量光束,且随着空间波片阶数的提高,输出光束暗核逐渐增大;空间波片对螺旋光束的作用可以等效为两个正交圆偏振的螺旋分量的叠加,通过轨道角动量偏振检测仿真,证实了该方法的正确性.     

径向偏振无衍射光束的产生及其传输特性研究

从理论和实验两方面对径向振无衍射束进行了研究.理论上数值模拟了径向振无衍射束传输特性.模拟结果表明,径向振无衍射光束既具有径向振特性又具有无衍射特性.实验上我们利用高斯束经过径向振转换器后由轴棱锥聚焦获了径向振无衍射束,并使其经过不同角度振后到同振方向上强分,实验结果与理论结果一致.这种既具有径向振特性又具有无衍射特性束具有阔应用前景.     

一种输出无衍射光束的金属环状波导激光器的光场特性

介绍一种输出无衍射光束的金属环状波导激光器,以横向电(TE)模为例详细分析了金属环状波导谐振腔内的电磁场分布,耦合损耗,输出光束近、远场特性.通过几何光学分析了产生无衍射光的原理,计算了无衍射光的相关参数.由衍射积分理论分析和模拟了输出光束的光强分布特性,所得分析结果与几何光学分析是一致的.结果表明,该器件能够输出无衍射光束.     

大气湍流强度对受限拉盖尔高斯光束轴向光强分布影响的模拟

由Huygens—Fresnel原理,给出了在大气湍流中受到发射圆孔限制的拉盖尔高斯光束轴向光强的表达式．运用MAPLE模拟,得到了不同湍流强度、不同波长、不同发射圆孔孔径下轴上光强的分布图形．结果表明：在不同的拉盖尔高斯光束阶数下,轴上光强在近场发生振荡,幅度随湍流的增强而降低,周期随传输距离的增加而拉大,在远场,随着传输距离的增加,振荡逐渐消失,光强下滑平稳;最后一个平均光强极大值大小与湍流强度关系密切,湍流弱,其大小变化小,孔径大,其位置远;阶数大或波长相对长,轴上光强相对高．