用于碳離子束流布拉格峰展寬的新型多孔結構體的模擬

董思學 盛尹祥子 夏曉彬

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

3（上海市質子重離子醫院 上海 201321）

4（上海交通大學電子信息與電氣工程學院 上海 201210）

在腫瘤的放射治療中，粒子束流憑借特殊的布拉格峰（Bragg Peak，BP）能夠在精準消滅腫瘤細胞的同時，有效地保護正常組織［1-2］。區別于質子束流，離子束流（如碳離子束流）擁有較高的線性能量傳遞，從而具備較強的相對生物效應，有更高的概率使雙鏈DNA斷裂，可以更有效地對輻射不敏感的腫瘤進行治療［3-5］。

通過使用點掃描技術，能夠應用不同能量層對腫瘤進行劃分治療，這種方法可使粒子束流放射治療的劑量在腫瘤中分布得更加適形［6］，但是粒子束流特別是碳離子束流的BP十分尖銳（BP寬度定義為BP前后80%最大劑量之間的深度距離），這就意味著需要使用大量的能量層來完成治療［7］，治療效率也因此大幅下降。而第一代波紋濾波器（1DRipple Filter，1D-RiFi）的問世為解決這一問題開辟了思路［7］，通過精細的周期性凹槽結構增加能量展寬來提高治療效率，同時減輕了患者在治療時所受到的痛苦，隨后研發的第二代波紋濾波器（2D-RiFi）將凹槽結構優化為針型結構并加強了展寬能力［8-10］。盡管實現了BP的展寬與治療效率的提高，但是RiFi一類的展寬設備因其幾何設計會對束流造成不可避免的額外散射與短距離不均勻性，這就要求RiFi需放置在患者上游并遠離患者的位置，而這也就進一步放大了散射的效果，增加了腫瘤周圍的危機器官（Organs At Risk，OARs）所承受的劑量［8，11］。……