利用蒙特卡罗模拟评估医用电子直线加速器非均整模式的光子束软化特性

本文利用蒙特卡罗模拟评估不同能量、不同射野下医用电子直线加速器非均整模式(Flattening Filter Free, FFF)光子束的软化特性.基于本院的Varian Edge加速器的组件参数和测量数据，利用通用蒙卡程序EGSnrc/BEAMnrc构建6 MV均整模式(Flattening Filter, FF)、6 MV FFF和10 MV FFF下的机头模型，使用EGSnrc/DOSXYZnrc程序模拟获得5 cm×5 cm和10 cm×10 cm射野下的百分深度剂量(Percentage Dose Depth, PDD)和横向剂量离轴比(Off Axis Ratio, OAR),与测量数据进行比较，确定不同模式的源参数；在此基础上模拟三种光子束模型在上述两种射野射野条件下非均匀模体(水-骨-肺-水)内的PDD,并对其相空间文件进行能谱分析，评估FFF光子束的软化特性.三种光子束模式在非均匀模体内的PDD趋势相似，但在小野时扰动更大，FFF模式相较于FF模式，包含更多的低能光子和更少的机头散射；在低能、小野时，6 MV FFF模式的光子束软化特性带来的剂量影响与6 MV FF模...     

用蒙特卡罗模拟评估小野条件下骨介质中AAA算法的精度

用蒙特卡罗模拟评估放射治疗剂量计算使用的各向异性分析算法(Aniso-tropic Analytical Algorithm,AAA)在小野条件下骨介质中的计算精度.建立一包含骨介质的水模体,分别用AAA算法、PBC算法(作为对比)和蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟计算2 cm×2 cm到8 cm×8 cm射野条件下该模体中的深度剂量和离轴比,并以MC模拟为标准比较深度剂量,用一维伽马分析对离轴比进行分析.结果显示,与MC模拟的结果相比,AAA算法与PBC算法均高估了骨介质区域的剂量,高估的剂量偏差范围分别为2.16%～2.7%、1.4%～2.03%.AAA算法与PBC算法均低估了(PBC算法2 cm×2 cm射野除外)肺介质后区域的剂量,低估的剂量偏差范围分别为-0.39%～-1.19%、-0.13%～-0.4%.AAA算法和PBC算法分别略高估了射野内边缘和外边缘的剂量.一维伽马分析显示AAA算法和PBC算法(以MC模拟结果为基准)在2 cm×2 cm到8 cm×8 cm射野,通过率分别为100%、100%1、00%、86%,100%、100%、72%、64%.总之,AAA算法在骨介质中剂量计算的结果略高于MC模拟的结果,与PBC算法相比,计算精度没有显示出明显的优势.     

小野下光子特征线混合笔束模型肺部剂量算法

为了准确计算小射野下肺模体中精确的三维剂量分布,本文提出了光子特征线混合笔束模型.该模型首先采用光子特征线算法获得参考射野下肺模体的中心轴深度剂量,然后在此基础上对肺模体笔束核进行等效深度修正和加权密度修正.本文利用该算法计算了6 MV光子束在不同射野下不同肺模体的中心轴深度剂量分布,并与蒙特卡罗模拟结果相比较以验证其精度.结果表明,两种方法计算得到的剂量基本一致,大多数深度处的相对误差小于3%.主要差异表现在介质交界处及肺组织前部,其相对误差随着射野尺寸和肺密度的增大而减小,最大相对误差范围为7.8%～36.9%.在肺组织前部,相对误差大于3%的深度范围随射野尺寸的增大和肺密度的减小而增大.因此,该算法在小射野下的肺部剂量计算中具有潜在的研究价值.     

小射野条件下高能和低能X射线在非均匀介质中的剂量特性的比较研究

利用蒙特卡罗方法模拟计算了临床上常用的高能(15 MV)和低能(6 MV)点源光子束在有限宽非均匀模体中的沉积能量,研究了不同射野条件下中心轴上的剂量分布,并用剂量扰动因子(DPF)定量分析了剂量增强或减弱效应的强度.模拟结果表明在小射野情况下,异质组织界面处出现了较大的剂量跃变,剂量扰动效应的强弱程度取决于射线的能量、射野的大小和模体介质的不同等多种因素,高能X射线条件下的剂量扰动效应大于低能X射线条件下的剂量扰动;在入射X射线能量相同的条件下,剂量扰动效应随射野尺寸的减小而增强,并呈现一种非线性关系.     

用Monte Carlo方法设计X射线均整器

在以电子直线加速器为X射线源的工业CT和辐射治疗中,需要较均匀的X射线剂量率空间分布。利用MonteCarlo方法,设计了6MeV和9MeV的X射线均整器。对9MeV的X射线均整器进行了实验。实验结果表明:在距靶1m处测得均整后0°处的剂量率约为均整前的74%,7.5°处的剂量率约为0°处的69%。满足Varian标准。该均整器在满足平坦度要求的同时提高X射线剂量利用率,不经过打磨便可得到较好的均整结果。     

小射野条件下高能和低能Χ射线在非均匀介质中的剂量特性的比较研究

利用蒙特卡罗方法模拟计算了临床上常用的高能（15 MV）和低能（6 MV）点源光子束在有限宽非均匀模体中的沉积能量，研究了不同射野条件下中心轴上的剂量分布，并用剂量扰动因子（DPF）定量分析了剂量增强或减弱效应的强度.模拟结果表明：在小射野情况下，异质组织界面处出现了较大的剂量跃变，剂量扰动效应的强弱程度取决于射线的能量、射野的大小和模体介质的不同等多种因素，高能X射线条件下的剂量扰动效应大于低能X射线条件下的剂量扰动；在入射X射线能量相同的条件下，剂量扰动效应随射野尺寸的减小而增强，并呈现一种非线性关系     

电子束辐照材料剂量分布的蒙特卡罗计算

采用蒙特卡罗程序EGSnrcMP模拟软件的用户代码DOSXYZnrc模拟计算了能量为4.0MeV在聚苯乙烯材料的三维剂量分布;计算了在2.5~4.0 MeV能量范围内电子在聚苯乙烯材料和水中的剂量深度分布;计算了不同电子束射野大小对剂量分布的影响.计算的结果以绝对剂量的形式给出,误差在1%以内.该程序能够提供优化电子束辐射加工工艺的一种高效实用的理论估算方法.     

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。     

一种改进的多叶准直器射野分割算法

针对多叶准直器射野分割中使用过多的子野个数和总机器跳数的问题,结合Engel算法和Luan算法的优点,提出了一种改进的多叶准直器射野分割算法.首先将射野强度矩阵按行分割,然后将每一行分割成若干个多叶准直器开口形状和机器跳数对,并将这些准直器开口形状和机器跳数对整合成相应的子野.在整合子野时,每次选取的机器跳数为所有行中最大可选取的机器跳数,从而使得每次分割时尽可能多地减少射野强度矩阵的复杂度.实验结果表明:该算法在减少总子野个数和总机器跳数的同时,能够保证每行中准直器的开口最大;与Engel算法相比,该算法所需计算时间更短.     

气体通过内置不同液体分布器吸收塔的压降实验研究

压降是吸收塔设计及操作的重要参数,吸收塔内置不同结构的液体分布器时产生压降情况不同。为此,搭建1.2 m吸收塔实验平台,基于不同液体分布器,针对气速与喷淋密度对整塔及局部内件压降的影响进行实验研究。结果表明,吸收塔中分布器、填料、集液器等部件压降都较小,绝大部分压降集中在除沫器部分;吸收塔内置管式和槽式分布器时,整塔压降随喷淋密度增大有下降的趋势,整塔压降随气速增大而变大。在1 326 m~3/h和1 329 m~3/h的气速下,整塔压降峰值分别为0.45 k Pa和0.445 k Pa。吸收塔内置新型管槽式分布器,整塔压降随喷淋密度增大基本上保持不变,整塔压降同样随气速的增大而变大,在1 350 m~3/h气速下整塔压降峰值为0.375 k Pa,相比内置管式和槽式分布器有较大的优势,且在不同喷淋密度下表现更加平稳。经计算,u=1 362 m~3/h时,吸收塔内置新型管槽式液体分布器相对于内置管式和槽式分布器的整塔压降分别降低16%和12%。     

燃煤飞灰单极荷电对纤维滤料过滤性能的强化

细颗粒物的单极荷电能够改善细颗粒物被纤维滤料过滤的性能.本文设计搭建了由线板式预荷电器和纤维滤料集尘装置组成的复合静电增强过滤实验平台,分别研究了在不同荷电类型、不同荷电电压以及不同过滤风速三种工况下,单极荷电的燃煤飞灰颗粒被聚苯硫醚(PPS)纤维滤料捕集时捕集效率及阻力特性的变化规律.结果表明,随着荷电电压的升高,过滤风速的下降,纤维滤料对荷电燃煤飞灰颗粒物捕集效率提高的同时压差增量减小,且压差增长速率明显降低.粒径越小,过滤效果增加越明显,且负荷电提高效果优于正荷电.     

基于粒子群优化的移动机器人SLAM方法

针对传统Rao-Blackwellized粒子滤波器存在的粒子消耗问题,提出了一种基于粒子群优化的移动机器人同步定位与制图方法. 该方法在粒子重采样过程中利用粒子群优化算法获得机器人位姿的建议分布,并引入遗传算法中的交叉和变异操作对求得的粒子集进一步优化、调整. 改进后的粒子分布保持了粒子的多样性,有效提高了机器人位姿估计的一致性. 仿真结果表明,本文提出的方法与传统Rao-Blackwellized粒子滤波器相比,能有效解决粒子耗尽问题,使机器人获得更精准的定位和更准确的地图,具有可行性、实用性.      

离轴滤波全息术的理论与实验研究

提出了离轴滤波全息术。对圆形粒子模型,从理论上导出了再现像面上的强度分布表达式。采用数值分析技术研究了滤波器半径和吸收率对再现粒子像的强度分布的影响,获得了滤波器最佳参数选择的准则。实验结果与理论分析一致。     

郑州市大气可吸入颗粒物单颗粒污染特征分析

分析了2005年郑州市大气可吸入颗粒物(PM10)的污染特征,应用高分辨率场发射扫描电镜(FESEM)和图像分析技术,研究了郑州市2005年夏季大气单颗粒物的形貌特征以及PM10的数量-粒度和体积-粒度分布.研究表明,2005年郑州市大气PM10污染比较严重,其污染程度从高到低依次为春、冬、秋、夏:烟尘集合体、不规则状矿物颗粒物在郑州市2005年夏季大气PM10中占有较大数量,PM10的数量-等效球直径分布的峰值在0.1～0.2 μm,PM10的体积.等效球直径分布的峰值则出现在0.7～0.8 μm和1～2.5μm范围内,说明在郑州市夏季大气PM10中,细粒子数量占优势,较粗颗粒(主要是矿物颗粒)在数量上对PM10贡献很小,但是对总体积(总质量)的贡献很大.     

上/下向流生物活性炭处理效果比较

为了优化臭氧-生物活性炭(O3-BAC)工艺运行条件,提高出水水质,该文以O3-BAC工艺现场试验为基础,比较上向流/下向流生物活性炭滤池对污染物质的去除效果。试验结果表明:上向流BAC出水耗氧量平均1.6mg/L,去除率38%左右,高于同期下向流BAC 10%。出水浊度0.55散射浊度单位(NTU),比下向流BAC出水高15%,30d内水头损失平均维持在40cm,有效延长了反冲洗周期。在按设计参数运行的试验中也取得了较好的效果,说明上向流BAC相比传统的下向流BAC具有一定的优势。     

环境大气可吸入颗粒物的矿物学研究

首先介绍了可吸入颗粒物中矿物颗粒的研究意义，随后对国内外矿物颗粒的研究现状和研究方向进行了详细论述；使用X射线衍射(XRD)和带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)对北京春季可吸入颗粒物中矿物组分进行了初步研究，结果表明，北京春季可吸入颗粒物中的矿物有石英、粘土矿物、硅铝酸盐矿物、硫酸盐矿物等，以硅铝酸盐矿物为主，同时存在新生的矿物颗粒，新生矿物的存在表明有活跃的大气化学反应发生；在研究的基础上，对今后开展矿物颗粒的研究提出了建议。     

60 km 高空大气等离子体中离子密度随时间演化的数值模拟

利用建立的大气化学零维模型,模拟了60 km高空的大气化学反应,研究了带电粒子在化学反应中的动力学规律,计算得出电子在60 km高空的寿命为1.107 8×10-5 s,给出了电子密度及其他带电粒子密度随时间的演化图,并与地面附近的数值模拟进行了比较.所得结果对探讨大气物理化学反应的机制具有重要意义,为等离子体隐身及再入技术的研究和环境污染的监测提供了有用的参考.     

基于容积原则的概率假设密度滤波算法

为改善多目标跟踪问题中概率假设密度滤波精度与算法运行时间之间的关系,提高目标状态和数目的实时估计性能,提出了基于容积原则的概率假设密度滤波算法. 该算法在高斯混合粒子概率假设密度的框架下,利用容积数值积分原则直接计算非线性随机函数的均值和方差, 产生粒子滤波算法的重要性函数,实现高精度粒子的重构,来近似目标状态和数目的概率分布,并且在高斯混合概率假设密度滤波算法中进行采样和更新. 仿真验证了所提出算法的有效性,其Wasserstein误差距离优化了17.32%,目标数估计均值也提高了23.72%.      

基于分布式无味边缘粒子滤波的同步定位与地图构建

针对复杂环境下同步定位与地图构建(SLAM)中分布式粒子滤波算法存在计算量大、粒子退化严重的问题,在分布式算法的基础上结合无味粒子滤波和边缘化算法,提出了一种基于分布式无味边缘粒子滤波的算法.该算法依据分布式思想将系统分解为多个仅包含部分状态量的子系统,各子系统均采用无味粒子滤波算法进行状态估计,通过边缘化算法优化无味粒子滤波算法的边缘分布函数,主滤波器融合各子滤波器的数据计算最终结果,克服了滤波精度低、计算复杂度高的问题.最后,通过仿真试验证明改进的分布式边缘粒子滤波算法能够抑制粒子退化现象,具有较好的实时性和滤波精度,是解决SLAM的新的有效方法.