本书是继2012年8月出版的论述质子治疗系统基本工作原理的《质子和重离子治疗及其装置》基础理论著作后，又一本专门讲述“质子治疗系统的质检、调试、测量和实施”的实用技术著作，是《质子和重离子治疗及其装置》一书的深入应用和实践发展。本书概括了2012年前后国际上质子治疗的新成就以及最新的质子治疗装置和系统的研制与进展，将重点放在系统、质检、调试和实施四个命题上。质检和调试是保证系统安全运行的关键，实施是将系统落实到应用的具体方法。这些命题都具有非常重要的现实意义。
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第1章 绪言 1
1.1 引言 1
1.2 全球质子治疗的发展及其前景 3
1.2.1 全球质子治疗的初期发展过程 3
1.2.2 2000年后全球质子治疗的发展情况 4
1.2.3 2013年全球质子治疗中心的发展现状 4
1.2.4 全球质子治疗的发展前景 6
1.3 全球质子和重离子治疗中心的建造数量比值 8
1.3.1 前言 8
1.3.2 质子和重离子治疗的优缺点 8
1.3.3 全球质子和重离子治疗建造规律 9
1.4 全球质子和重离子治疗中心的最新PTCOG数据 11
1.4.1 已停止运行的装置 11
1.4.2 运行中的装置 12
1.4.3 正在建造中的专用质子和重离子治疗中心 14
1.4.4 新建中心初期的年平均治疗患者数 15
参考文献 16
第2章 中国质子与重离子治疗事业的发展 18
2.1 发展的历史和现况 18
2.1.1 1996～2006年 19
2.1.2 2007年前的发展特点 20
2.1.3 2007年至今的引进项目 20
2.1.4 2007年后的质子研制项目 23
2.1.5 2007年后的重离子研制项目 24
2.1.6 2007年后的发展特点和难点 27
2.2 发展粒子治疗事业是我国的战略需要 29
2.2.1 粒子治疗癌症比其他治疗法有更多优点 29
2.2.2 改“好死不如赖活”为“健康地活着”的治疗观 30
2.2.3 强国强民,爱国爱民的行为 30
2.2.4 具有最优良的治疗性能 31
2.2.5 尊重人性,确保患者身心健康 34
2.2.6 高新科技交叉集合体 21世纪的领军产业 34
2.2.7“国内投资商”最有价值的投资对象 35
2.3 总结教训和改进意见 35
参考文献 37
第3章 质子治疗系统的发展趋向 38
3.1 引言 38
3.2 质子治疗及其系统的进展 38
3.2.1 前言 38
3.2.2 质子物理性能是质子治疗优势的基石 38
3.2.3 质子治疗和X放疗的碰撞 39
3.2.4 目前全球对质子治疗的评估意见 40
3.2.5 正确认识质子治疗系统中各部件的功能 42
3.2.6 全面提高质子治疗性能的具体技术措施 42
3.2.7 用高科技和新原理创新研究设备小型化,系统紧凑化,占地直线化,安装快速化,机房旧改新,价格普及化 44
3.3 质子治疗专用加速器的进展 47
3.3.1 前言 47
3.3.2 加速器性能和治疗性能之间的依赖关系 47
3.3.3 质子治疗所需的加速器的性能指标 47
3.3.4 20多年来全球研制质子治疗加速器的若干特点 48
3.3.5 创新原理的下一代DWA治疗装置的开发 51
3.3.6 超导较小型回旋加速器的开发 51
3.3.7 研制质子治疗用加速器的不同阶段的线加速器 52
3.3.8 2015年以后加速器的质量验证 53
3.4 粒子治疗中的先进铅笔束扫描装备 54
3.4.1 前言 54
3.4.2 铅笔束扫描的原理 54
3.4.3 铅笔束扫描法的类型 55
3.4.4 铅笔束扫描法的基本原理 57
3.4.5 铅笔束扫描的剂量精度 58
3.4.6 扫描的测试方法 60
3.4.7 扫描治疗中器官的运动问题 60
3.5 质子治疗散射法和扫描法的选择准则 62
3.5.1 前言 62
3.5.2 被动束流传递法 62
3.5.3 主动点束流扫描治疗法 63
3.5.4 散射法和扫描法的优缺点比较 63
3.5.5 两种传递方法和TPS的关系 65
3.5.6 当前选择散射法和扫描法的一些参考意见 65
参考文献 66
第4章 21世纪的商销质子治疗系统 67
4.1 引言 67
4.2 2010～2014年全球质子治疗系统的销售榜 67
4.2.1 前言 67
4.2.2 2010～2014年全球粒子治疗装置的销售榜 68
4.2.3 多治疗室粒子治疗装置的销售榜表 69
4.2.4 单治疗室粒子治疗装置的销售榜 72
4.2.5 质子治疗装置的最新特点 73
4.3 美国VarianProBeam质子治疗系统 74
4.3.1 前言 74
4.3.2 VarianProBeam技术 75
4.3.3 VarianProBeam 250MeV超导回旋加速器 76
4.3.4 VarianProBeam降能器 79
4.3.5 VarianProBeam旋转机架 79
4.3.6 VarianDynamicPeak集成扫描技术 80
4.3.7 VarianEclipse稳健的质子点扫描治疗计划 83
4.3.8 Varian锥形束CT 83
4.3.9 VarianProBeam医疗中心土建防护平面图 86
4.3.10 VarianProBeam紧凑型质子治疗系统 86
4.3.11 最新消息 87
4.4 日本日立ProBeat质子治疗系统 88
4.4.1 前言 88
4.4.2 中心总体安排 89
4.4.3 同步加速器 89
4.4.4 呼吸门控制技术 90
4.4.5 引出束流强度反馈系统 90
4.4.6 旋转机架和治疗室 91
4.4.7 点扫描治疗 92
4.4.8 肿瘤动态跟踪 92
4.5 美国Protom Radiance-330质子治疗系统 93
4.5.1 前言 93
4.5.2 设计指导思想 94
4.5.3 Radiance-330的总体安排 95
4.5.4 Radiance-330的加速器 95
4.5.5 Radiance-330旋转机架 97
4.5.6 FidelityTM束流扫描技术 97
4.5.7 固定束和旋转束治疗室 98
4.5.8 新水平的图像措施 99
4.5.9 财政上的可行性 99
4.5.10 有关Radiance-330的开发历史和应用的信息 99
4.5.11 McLaren质子治疗中心 100
4.5.12 Protom RedianceG 300系统的调试 101
4.5.13 美国MGH的第二台质子治疗中心 102
4.6 日本住友P 235型质子治疗系统 105
4.6.1 前言 105
4.6.2 总体系统 105
4.6.3 超导加速器 108
4.6.4 紧凑型旋转机架 109
4.6.5 旋转治疗室内的轨道CT 109
4.6.6 旋转治疗室内的在线PET 110
4.6.7 多叶准直光阑 110
4.7 比利时iBAProteusGPlus质子治疗系统 111
4.7.1 前言 111
4.7.2 系统总体 111
4.7.3 束流产生系统 112
4.7.4 旋转机架 112
4.7.5 固定束治疗室 113
4.7.6 旋转束治疗头 113
4.7.7 患者精确定位 114
4.7.8 iBA系统的设备订购和可选iBA硬件 116
4.7.9 iBA专用质子治疗软件 117
4.7.10 CBCT和Adaptinsight的技术性能 118
4.8 美国Mevion-S250超导紧凑型单室质子治疗系统 121
4.8.1 前言 121
4.8.2 设计指导思想 122
4.8.3 Mevion-S250的系统特点 123
4.8.4 Mevion-S250质子治疗系统的加速器 124
4.8.5 AMS的支持 125
4.8.6 Mevion第一年的治疗成果 126
4.8.7 有关Mevion的一些最新进展 126
4.8.8 有关Mevion的最新事件 129
4.8.9 后记 130
4.9 比利时iBAProteus-ONE质子治疗系统 131
4.9.1 前言 131
4.9.2 总体设计思想 131
4.9.3 总体安排 132
4.9.4 加速器 133
4.9.5220°旋转机架和滚动地板 134
4.9.6 有关其他系统 134
4.10 美国CPACGDWA型质子治疗系统 135
4.10.1 前言 135
4.10.2 工作原理 136
4.10.3 目前的情况 138
4.11 美国CPAC的新方案——Petite肿瘤质子枪 139
4.12 其他 140
4.12.1 美国Optivus公司的Conforma-3000质子治疗系统 140
4.12.2 日本三菱多治疗室粒子治疗系统 141
参考文献 142
第5章 质子治疗系统的质量保证体系 144
5.1 基本概况 144
5.1.1 质量保证的必要性 144
5.1.2 放疗“错误”和“误差”的根源和类别 145
5.1.3 质量保证体系 146
5.1.4 质量保证体系中的术语 150
5.2 质子治疗中的质量保证体系 151
5.2.1 治疗过程中“误差”和“质量保证”的矛盾统一 151
5.2.2 放射治疗中物理内在的不确定性 151
5.2.3 治疗中心的设备运行和常规定期QA 157
5.2.4 剂量学QA和患者治疗前QA 157
5.2.5 美国M.D.Anderson质子治疗中心的质量验证 158
5.2.6 美国Scripps质子治疗中心的质量验证 159
5.2.7 美国McLaren质子治疗中心的质量验证 161
5.3 铅笔束点扫描的质量验证 162
5.3.1 前言 162
5.3.2 系统的整体(设备和治疗)QA的工作流程 163
5.3.3 铅笔束点扫描治疗头的硬件结构 164
5.3.4 点扫描束流参数的性能要求 165
5.3.5 点扫描时的动态质量要求 167
5.3.6 iBA点扫描治疗用束流的尺寸 168
5.3.7 患者治疗前的质量验证过程 169
5.4 铅笔束点扫描QA的测试模板和伽马指示 170
5.4.1 前言 170
5.4.2 建立治疗头的束流数学模型和患者治疗QA流程 170
5.4.3 LynxPTQA测量仪 171
5.4.4 测试板及其图案 172
5.4.5 伽马指示的判别准则 173
5.4.6 判断调试方法实例 174
5.4.7 铅笔束点扫描患者治疗的QA过程 175
5.4.8 点扫描束专用QA的参数分析 176
5.5 质子治疗系统的质量验证及其质检指标 178
5.5.1 前言 178
5.5.2 质检的最终目的和判断方法 179
5.5.3 影响剂量不均匀度的束流参数因素 180
5.5.4 伽马判断DTA和DD参数与各主要参数稳定度的关系 180
5.5.5 确定质子治疗系统的质量验证指标 181
参考文献 182
第6章 质子治疗系统的调试 183
6.1 引言 183
6.1.1 调试的目的 183
6.1.2 调试的类型 183
6.1.3 调试的系统型号 185
6.2 比利时iBA Proteus-Plus系统的调试 185
6.2.1 前言 185
6.2.2 束流产生系统的调试 186
6.2.3 旋转机架,定位床和治疗头的调试 190
6.2.4 OIS和TPS在质子治疗系统中的作用 192
6.2.5 系统的整合和集成——加入OIS和TPS的必要性 195
6.2.6 TPS的初始调试 199
6.2.7 散射治疗法的调试 200
6.2.8 铅笔扫描法的开发和调试 203
6.3 日本日立ProBeat系统的调试 215
6.3.1 日本筑波大学样机的调试 215
6.3.2 美国M.D.Anderson质子治疗中心 219
6.3.3 美国M.D.Anderson散射治疗的TPS调试 221
6.3.4 美国M.D.Anderson的散射治疗头的调试 224
6.4 美国M.D.Anderson中心开展质子点扫描治疗工作的研究和调试工作 225
6.4.1 概况 225
6.4.2 点扫描治疗的点和剂量的格式 226
6.4.3 点扫描治疗头的MCNPX①Monte Carlo数学模型 227
6.4.4 调试验证一个TPS的点扫描治疗用的新剂量计算算法 228
6.4.5 点扫描治疗用的TPS调试 229
6.4.6 点扫描治疗法的测量方法 230
6.5 用MCNPX Monte Carlo数学模型调试一个点扫描治疗头 232
6.5.1 基本命题 232
6.5.2 库仑散射和算法 232
6.5.3 铅笔束扫描治疗头 233
6.5.4 质子源 234
6.5.5 验证用的剂量测量方法 234
6.5.6 理论和实测比较 235
6.5.7 结论 239
6.6 调试验证一个TPS用的高精度点扫描治疗剂量算法 239
6.6.1 点扫描治疗用的传递系统 239
6.6.2 Eclipse TPS和铅笔束流的剂量算法 240
6.6.3 初级和次级粒子的散射及TPS的输入数据 241
6.6.4 单高斯和双高斯的束流通量模型 242
6.6.5 调试Eclipse TPS的双高斯模型 244
6.6.6 MC产生TPS的输入数据 244
6.6.7 对新算法的TPS计算值和实测值进行比较和验证 247
6.6.8 讨论和总结 249
6.7 一个最新的铅笔束在水中形成剂量分布的物理模型 250
6.7.1 前言 250
6.7.2 原子核反应物理的基本知识 251
6.7.3 从实验参数来评估光区的半径 254
6.7.4 基本实验的测量方法 255
6.7.5 铅笔束质子在水中的剂量分布图 256
6.7.6 建立完整的铅笔束扫描整体模型 258
6.8 美国Protom Radiance-300系统的调试 259
6.8.1 调试的项目和TPS性质 260
6.8.2 调试前的预先要求和必需工具 261
6.8.3 EclipseTPS上的束流模型 261
6.8.4 TPS参数的验证测试 262
6.8.5 小结 264
6.9 美国VarianProBeam系统的调试 264
6.9.1 前言 264
6.9.2 每天的机器QA 264
6.9.3 每周的机器QA 265
6.9.4 每月的机器QA 265
6.9.5 每年的机器QA 266
6.9.6 患者专用治疗QA 267
参考文献 267
第7章 质子治疗系统的剂量测量 269
7.1 引言 269
7.2 剂量测试的目的和任务 270
7.3 剂量学的分类:标准、参考和相对剂量学 271
7.3.1 标准剂量学 271
7.3.2 参考剂量学 272
7.3.3 相对剂量学 274
7.4 质子剂量学中常用的剂量探头 274
7.4.1 PTW布拉格峰游离室 274
7.4.2 Advanced Markus型游离室 275
7.4.3 Pinpoint游离室 275
7.4.4 布拉格峰游离室和Advanced Markus型游离室的差别 276
7.4.5 测试方案和条件的建立 276
7.5 测试不同剂量特性的一些测量方法 277
7.5.1 原始布拉格峰PBP图 277
7.5.2 空气中通量纵向截面 278
7.5.3 空气中通量横向截面 278
7.5.4 空气中半边照射野的横向截面 279
7.5.5 小型质子束的测试水箱法 280
7.5.6 扫描束的测试水箱法 281
7.5.7 MLIC测小型质子束的纵向性能SOBP 282
7.5.8 MLIC测铅笔扫描束的纵向性能SOBP 282
7.5.9 32×32矩阵型IC组 283
7.5.10 荧光屏和CCD照相的二维剂量仪 283
7.5.11 测量二维剂量分布的高分辨率闪烁体的敏感器 284
7.5.12 变色膜 284
7.5.13 Kodak肿瘤胶片 285
7.6 质子束测量用的剂量仪 285
7.6.1 PTW公司出品的MP3-P型测试水箱 287
7.6.2 带omniPro-Acept的蓝色测试水箱 288
7.6.3 带omniPro-Incline的iBA Zebra(Girafc) 289
7.6.4 iBA LynxPT测量仪 289
7.6.5 iBA带MatriXX的DigiPhant仪 290
7.6.6 均匀扫描用rfGDAILY QA 3测试仪 291
7.6.7 Octavius探测器729XDR 291
7.6.8 BQ-CHECK测试目标 292
7.6.9 WPID绝对剂量仪用水箱 293
7.6.10 固体水箱SP33和SP34 293
参考文献 294
第8章 系统的实施和使用 295
8.1 引言 295
8.2 质子治疗中心的工程特点和建造方法 295
8.2.1 工程特点 295
8.2.2 建造方法 296
8.2.3 行政公关,审批工作 296
8.3 质子装置楼的工程设计依据——IBD 297
8.3.1 前言 297
8.3.2 质子治疗中心的工程项目和任务 297
8.3.3 “质子楼”的建筑界面图 298
8.3.4 规定设备在安装后的周围最小间隙 299
8.3.5 地区辐射防护的屏蔽设计 299
8.3.6 水?电?气?空调等通用设备的沟管 300
8.4 中心的分区和其他用房 301
8.4.1 治疗系统各地区和房间的分布 301
8.4.2 质子治疗装置以外的设备用房 302
8.5 通用设备 303
8.5.1 iBA回旋加速器变配电站 303
8.5.2 冷却水系统的要求 304
8.5.3 空调系统的要求 305
8.5.4 供气系统的要求 305
8.5.5 接地系统的要求 306
8.5.6 计算机网的要求 306
参考文献 307
第9章 建造粒子治疗中心的各阶段的工作流程 308
9.1 引言 308
9.2 筹建和设计施工阶段 309
9.3 设备安装阶段 310
9.4 分系统调试 311
9.4.1 束流产生系统和旋转机架的调试 311
9.4.2 治疗头的调试 312
9.5 TPS的调试 313
9.6 验收 315
9.7 治疗第一个患者 316
9.8 进度和计划 317
参考文献 318
附录一 “2000～2015年质子和重离子治疗及其装置论文集”的目录 319
附录二 作者简介 321
附录三 媒体对作者工作的评论 322
索引词 323
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