开题报告-杨尧.docx

重庆大学本科学生毕业设计（论文）附件附件B：开题报告附件B：毕业设计（论文）开题报告1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）随着科技的发展，越来越多的领域使用到了加速器，如原子核试验、放射性医学、放射性化学、非破坏性探伤、放射性同位素的制造等。它是一种增加带电粒子能量的装置，粒子增加的能量一般都在0.1兆电子伏以上。加速器的种类很多，如回旋加速器、直线加速器、粒子加速器、静电加速器、倍压加速器等。自从1895 年德国物理学家伦琴发现了具有穿透力的X 射线,人类在肿瘤界取得了巨大的突破。1902年X射线被用于治疗皮肤癌,并取得显著疗效，此后加速器就被广泛应用于肿瘤放射治疗。近代越来越多的人死于恶性肿瘤，对肿瘤治疗的研究已经成为医学界重点研究的课题。现目前，在肿瘤治疗界，普遍采用的方法有手术治疗、放射治疗、化学药物治疗、靶向治疗和中医药治疗等手段。国际卫生组织（WTO）的数据显示： 70%左右的肿瘤患者需要接受放射治疗；肿瘤治愈率为45%，其中手术治疗为22%，放射治疗为18%，化疗为5%。由此可见，放射性治疗对肿瘤的治疗作用是不可替代的。放射治疗已成为治疗和控制肿瘤的重要、有效手段之一，这一事实已众所公认。放疗技术已经发展了一百多年,放疗理论、设备、技术和疗效等都取得了长足的发展,如射线精确施照和靶区精确勾画的进步，但在某些方面也面临着巨大挑战, 如医疗费用太高、空间分辨率过低、不容易重复检查、缺乏临床应用的金标准以及放疗最佳剂量难以确定等，在这些方面还等待我们去探索和研究。医用直线加速器是对肿瘤进行放射治疗最基本的设备，它的原理通过电离辐射，对良、恶性肿瘤以及其他一些疾病进行放射治疗。由于电子直线加速器和其他治疗设备相比具有X射线和电子束输入量大、射野大的特点，因此医用直线加速器成为了目前最常用的放射治疗设备，这也是本题对其进行研究的根本原因。医用加速器是一种生物医学上用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置，根据粒子获得能量的方式又被分为不同类型的加速器，直线加速器（MLA）就是最典型的一种，它通过电场对具有一定能量的电子进行加速，然后重击金属靶，放出X射线，对人体特定部位进行治疗。早在1933年就有人成功用传输脉冲行波电场把电子直线加速到1.3兆电子伏，但由于原理核技术上的困难，这种加速器未能得到发展。1952年末在英国伦敦Hammersmith医院开始安装第一台直线加速器，为了适应医疗的要求，以医用直线加速器为代表的放疗设备技术快速发展、设备也不断更新。上世纪80年代以前一般是通过常规模拟定位机模仿各种治疗机对患者进行常规放疗，根据不同的条件制定治疗计划，并用铅块做遮挡以保护射野内的人体组织。20年代90世纪3D适形放射治疗发展成一种具有革命性的肿瘤治疗技术，被认为是21世纪肿瘤放射治疗发展的新方向，它以病人个体化为原则，采用CT模拟定位和三维治疗计划系统进行三维剂量计算和显示，使剂量分布与需要治疗的部位相匹配，尽量减少对其它组织的照射。后来在3D适形放射治疗的基础上形成了调强放射治疗，它跟3D适形放射治疗相比，能够产生更为适形的剂量分布，也就是说进一步减少了对健康组织的照射，提高了治疗精度和效率。调强放射治疗的最新进展是图像引导放射治疗设备，称为四维放射治疗，它是目前临床推广应用的最先进的医用直线加速器设备。它充分考虑了组织在治疗过程中的运动和分次治疗期间的位移误差，通过在新型加速器集成KV级X射线容积成像设备实现的。此外，这项技术采用了非晶硅平板探测器，它具有灵敏度高、射野范围宽和空间分辨率高等优点，可以对组织的形状和位置进行实时照射，是一种理想的放疗质量控制设备。随着智能技术的发展，为了进一步提高放疗的精确率和降低患者的副反应，放疗技术正朝着更接近人类智能的放疗机器人发展，例如由美国Stanford大学医疗中心和Accuray公司合作研制的赛博刀（Cyberknife），它的治疗误差可以达到亚毫米水平，这将是放射治疗的理想境界。医用直线加速器由加速管、大功率微波源和波导系统、控制系统、射线均整和防护系统等部分组成。按照产生的射线能量，医用直线加速器可以分为低能机、中能机和高能机；按照微波传输的特点又可分为行波和驻波直线加速器；按照X能量的档位还可分为单光子、双光子和多光子。低能机是一种经济实用的放疗设备，可满足约85%肿瘤患者的需要；中能机除了能治疗深部肿瘤外，还可治疗大部分表浅肿瘤，治疗范围比低能机大，适合大中型肿瘤医院配置；高能机能提供两档X-辐射甚至三档X-辐射，可实现X-辐射剂量的调节，此外它能提供更高能量的电子辐射，扩大了对表浅肿瘤的治疗深度范围。临床实践证明，约80% 的深部肿瘤可以用6mV 的X 线进行治疗，现在绝大部分的医用电子直线加速器均包含这一能量。其它在临床上常用的中高能X 线为10mV、15mV 和18mV，如较深部位（腹部）需X 射线1618mV ；对于比较表浅的肿瘤，有时也使用422MeV 的电子束进行治疗。由于放射线不可避免地同时存在治疗和损伤作用，该类设备配置需要全面考虑以保证其射线范围、定位、强度和剂量精准，操控智能便捷，维护维修成本低，不仅关系到疾病的治疗效果和效率，而且关系人体正常组织器官健康甚至生命安全。近年来医用直线加速器在国内的发展虽然呈现出良好的态势，但是与国外相比，整体上看国产设备无论从临床疗效还是科研水平，跟国际先进水平还有不小的差距，这主要是因为我国放疗技术起步晚、设备不够先进以及对研究的投资比不上国外。国外设备的技术的重心发展集中在放疗技术上，市场上则以精确放疗技术以及具有电子线和双光子的中高能加速器占据优势，其原理是利用加速管上的微波能量开关技术，使同一台急速器可生产高、低能两种X射线或者高、中、低三种X射线，能够兼顾对表浅和深部肿瘤的治疗，使一台机器实际起到了几台机器的作用，这给国产设备的发展带来了不小的压力，国产放疗设备的客户群有低层化和边远化趋势。如西门子医用直线加速器跟沈阳东软医疗系统有限公司研制的NMSR600医用直线加速器相比，西门子直线加速器存在很多优点，例如它融合了现代医学影像、立体定位技术、计算机、核医学、放射物理、自动化智能控制等多种高新科技。这些先进技术能实现对肿瘤的常规放射治疗，三维立体定向精确放疗，能够最大限度的杀死肿瘤细胞，减少对正常组织的损失，从而达到保护人体正常组织的目的。目前国产或者合资生产的医用直线加速器的质量和性能都未能达到进口设备的先进水平，而且由于进口设备昂贵，对于普通肿瘤患者治疗费用也是很大的负担，因此在国内尚未普及，只能在大中型肿瘤医院才能使用到进口设备。2、课题任务、重点研究内容、实现途径课题任务本课题拟对医用直线加速器的原理进行分析，了解其各大系统组成，结合公开文献给出的典型直线加速器实例，运用MATLAB数据处理软件对直线加速器进行研究设计。重点研究内容（1） 设计合理的加速电子的相位变化和速度的真空波导系统；（2） 研究加速器电子束能量与偏转电流的关系；（3） 选择合适的加速电子的高频功率源；（4） 对将电子束引向最终治疗部位的磁场偏转系统进行计算。实现途径通过阅读文献采集合理的数据，运用MATLAB对数据进行处理计算，设计合理的医用直线加速器各大系统，最终对其质量进行控制保证。参考文献：1 于金明.中国肿瘤放射治疗学的现状与展望.中国临床医生2005年第33卷第10期.2曾伟明.医用直线加速器的研究进展.当代医学2011年10月第17卷第29期.3许峰，陈薇薇.医用直线加速器技术简介.北京大学第三医院医学工程处，北京100191.4于金明，袁双虎.肿瘤放疗的发展与挑战.山东大学学报（医学版）第49卷第10期.5王曼曼，刘辉，孙华威.放射性治疗技术的临床应用.黑龙江医药科学2011年8月第34卷第4期.6翁邓胡，徐海荣.高能电子束放射治疗的研究进展.中国辐射卫生2011年9月第20卷第3期.7杨元第，王坤，张辉，王培玮，杨小元.加速器输出剂量研究 服务放射治疗.医学计量与人类健康管理篇.3、进度计划序号起止周次工 作 内 容11周至2周查阅相关文献并确定研究方向23周至3周指导老师对文献进行审核并重新确定调查文献34周至6周书写并提交开题报告4