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第一部分 基础和概况3

第1章 绪言3

第2章 质子和重离子放射治疗的历史回顾6

2.1 放射治疗技术发展史6

2.2 质子治疗技术发展史7

2.3 重离子治疗发展史12

2.4 中国质子和重离子治疗的发展经历13

第3章 质子和重离子治疗的物理性能和基础17

3.1 质子治疗的物理性能和基础17

3.2 重离子治疗的物理性能30

第4章 质子和重离子治疗的生物性能36

4.1 离子治疗的生物效应36

4.2 相对生物有效性的一些特点37

4.3 扩展布拉格峰分布质子流的相对生物有效性39

4.4 辐照使癌细胞死亡的原因40

4.5 重离子治疗的生物效应41

4.6 扩展布拉格峰分布碳离子流的相对生物有效性42

4.7 氧增比43

4.8 治疗计划中对RBE的处理方法44

第5章 质子和重离子治疗的原理46

5.1 质子治疗的基本原理46

5.2 重离子治疗的原理50

第6章 质子和重离子治疗的临床治疗参数53

6.1 临床治疗参数53

6.2 美国能源部在1993年发表的质子医用装置的临床治疗参数55

第7章 质子和重离子治疗在放射治疗中的定位56

7.1 评估治疗效果的判断标准56

7.2 评估和比较不同粒子治疗优缺点的判断标准56

7.3 质子和重离子、X射线、电子在放射治疗中的比较57

7.4 质子和碳离子在放射治疗中的比较58

7.5 质子和重离子治疗发展的原因和局限性60

第8章 国际上对质子和重离子治疗的不同看法62

8.1 欧、美、日、中放疗界对质子和重离子治疗的看法63

8.2 美国官方对粒子和常规放疗的意见63

8.3 国际肿瘤医学界对质子和重离子治疗的意见66

8.4 对质子和重离子治疗持怀疑反对态度的意见67

第9章 质子和重离子治疗肿瘤的适应类型69

9.1 引言69

9.2 质子和重离子治疗的肿瘤适应类型的分类70

9.3 治疗肿瘤的适应性指示71

9.4 1968～1998年质子治疗总结72

9.5 2001～2009年质子治疗的肿瘤类型74

9.6 21世纪碳离子治疗的肿瘤类型82

9.7 质子和重离子治疗的肿瘤适应患者市场87

第10章 国际上质子和重离子治疗的发展概况88

10.1 美国质子治疗的发展概况88

10.2 日本质子和重离子治疗的发展概况90

10.3 欧洲建造重离子治疗中心的有关情况91

10.4 质子和重离子治疗装置的应用前景93

第11章 全球的质子和重离子治疗中心概况95

11.1 已停止运行的装置95

11.2 运行中的装置96

11.3 在建的专用质子和重离子治疗中心97

11.4 新建的中心平均年治疗患者数98

第12章 全球的质子和重离子治疗装置99

12.1 质子和重离子治疗装置分代方法99

12.2 国际上运行治疗的质子和重离子治疗中心（场所）的分类100

12.3 世界上正在建造的质子和重离子治疗中心（场所）的分类101

12.4 国际上能提供交钥匙整体治疗系统的供应商和类型101

第一部分参考文献103

第二部分 治疗装置和系统107

第13章 质子和重离子治疗系统的结构107

13.1 质子治疗系统的结构107

13.2 重离子治疗系统的结构109

第14章 质子和重离子的束流产生装置——加速器110

14.1 对质子和重离子加速器的要求110

14.2 质子和重离子治疗加速器的技术参数110

14.3 质子和重离子治疗加速器的类型112

14.4 世界上各治疗中心用的同步加速器性能特性113

14.5 直线加速器114

14.6 同步加速器117

14.7 回旋加速器132

第15章 质子能量选择系统138

15.1 引言138

15.2 系统的总体结构140

15.3 能量选择和发射度控制段141

15.4 束流能量和能散度控制段142

15.5 运用效率143

第16章 质子和重离子治疗用的旋转机架144

16.1 质子治疗用的旋转机架144

16.2 碳离子治疗用的旋转机架148

16.3 新型Riesenrad型离子旋转机架150

16.4 新型FFAG永磁结构的超轻质子旋转机架151

16.5 新型IBA的超导碳离子旋转机架方案152

16.6 旋转机架的技术要求153

16.7 旋转机架的类型153

16.8 等中心旋转机架的分类154

16.9 旋转机架的基本结构155

16.10 旋转机架的电子光学156

16.11 旋转机架的控制158

第17章 束流输运系统159

17.1 引言159

17.2 总体安排160

17.3 固定治疗头的支束线输运线160

17.4 直线节周期性输运段161

17.5 旋转治疗头的支束线输运线161

第18章 质子和重离子治疗用的治疗头162

18.1 引言162

18.2 束流横向扩展法162

18.3 散射法治疗头164

18.4 铅笔束扫描治疗头168

18.5 扫描治疗中器官的运动问题177

18.6 瑞士PSI旋转扫描治疗头的扫描方法181

18.7 世界各大治疗中心所采用的扫描方法184

18.8 世界各大治疗中心所采用的治疗头实例191

第19章 质子和重离子的精密定位和准直系统198

19.1 患者精密定位的内容198

19.2 患者肿瘤固定装置200

19.3 患者精密定位椅201

19.4 患者精密定位床202

19.5 患者精密准直系统203

19.6 数字化影像定位系统211

19.7 机器人患者定位系统214

19.8 影像引导下的放疗定位新技术216

19.9 动态适应的放疗定位新技术219

19.10 锥形束CT和四维CT222

19.11 容积CT扫描223

第20章 质子和重离子的治疗计划系统225

20.1 引言225

20.2 治疗计划系统的基本功能229

20.3 治疗计划系统的基本图像操作230

20.4 散射束流场的治疗计划设计工作231

20.5 扫描调强治疗计划设计工作235

20.6 美国瓦里安公司的Eclipse TM治疗计划系统238

20.7 国际医科达公司的XIO治疗计划系统242

第21章 质子和重离子治疗辐射安全系统245

21.1 引言245

21.2 安全要求和标准246

21.3 危险分析246

21.4 连锁分析和其质量论证247

21.5 断开束流的方法248

21.6 束流中断部件248

21.7 控制系统和安全系统之间的关系248

21.8 瑞士PSI的安全系统250

21.9 比利时IBA的安全连锁系统252

21.10 治疗参数的测量验证、数据库和档案管理系统256

21.11 水、电、空调、冷却水等通用系统的运行稳定性257

第22章 粒子束流测量和剂量学258

22.1 引言258

22.2 束流测量259

22.3 粒子剂量学264

22.4 绝对测量吸收剂量方法267

22.5 剂量的质量验证269

22.6 监示单位的计算271

第23章 质子和重离子治疗控制系统274

23.1 引言274

23.2 控制系统的设计目的274

23.3 控制系统的设计原则275

23.4 控制系统的分系统和控制功能276

23.5 治疗控制硬件系统的结构279

23.6 治疗控制硬件系统的层次281

23.7 治疗控制软件系统的设计准则284

23.8 质子治疗控制软件系统的层次和对应功能285

23.9 治疗控制软件系统的结构286

第24章 质子和重离子治疗系统的调试和验收288

24.1 引言288

24.2 验收测试和调试的区别289

24.3 治疗参数和束流参数间的关系290

24.4 验证系统的任务和分类292

24.5 调试和验收的基本原则294

24.6 测试、总调、验收和质量检验的准备工作296

24.7 测试总调和质量验证的表达方法299

第25章 质子和重离子治疗系统QA、调试和验收的实例302

25.1 引言302

25.2 质子和重离子放疗的QA303

25.3 美国M.D.Anderson质子治疗中心的调试和QA实例307

25.4 美国Florida质子治疗中心的调试和QA实例324

25.5 美国MGH质子治疗中心NPTC的患者专用装置和铅笔扫描调试实例334

25.6 韩国癌症中心建成验收实例344

第26章 肿瘤信息系统349

26.1 引言349

26.2 肿瘤信息系统的发展历史349

26.3 整合型计算机化的OIS中的功能件352

26.4 OIS的效果353

26.5 国际Elekta公司的IMPAC’s MOSAIQ OIS354

26.6 美国Varian公司的ARIA肿瘤信息系统357

第27章 专用质子和重离子治疗中心的系统集成和整合361

27.1 系统集成和整合361

27.2 系统集成所需的技术和方法362

27.3 专用质子和重离子治疗中心的系统集成363

27.4 中心系统集成的基本方案365

27.5 实施中的难点和关注点368

第28章 质子和重离子治疗装置的运行和维护371

28.1 引言371

28.2 装置的治疗控制系统的运行模式371

28.3 不同职员的控制权限373

28.4 患者定位装置的机械运动和操作373

28.5 质子和重离子的治疗辐照流程374

28.6 如何进行运行和维护379

28.7 治疗中心的人员编制383

第二部分参考文献384

第三部分 专用质子和重离子治疗中心391

第29章 美国和加拿大的质子治疗中心391

29.1 美国Loma Linda大学专用质子治疗中心391

29.2 美国M.D.Anderson质子治疗中心395

29.3 美国Florida质子治疗中心400

29.4 美国费城大学Roberts质子治疗中心404

29.5 美国中西部质子放疗研究所406

29.6 美国ProCure质子治疗中心409

29.7 美国麻省总医院Francis H.Burr质子治疗中心412

29.8 美国北Illinois质子治疗和研究中心414

29.9 美国Hampton大学质子治疗研究所415

29.10 加拿大TRIUMF癌症治疗中心417

第30章 日本专用质子和重离子治疗中心420

30.1 日本重离子医用加速器中心420

30.2 日本兵库重离子医学中心424

30.3 日本群马重离子治疗中心428

30.4 日本筑波大学质子医学研究中心432

30.5 日本若狭弯WERC的质子治疗中心433

30.6 日本南东北质子治疗中心435

30.7 日本松元相泽医院质子治疗中心436

第31章 德国和欧洲其他国家的质子和重离子治疗中心437

31.1 德国慕尼黑的Rinecker质子治疗中心437

31.2 德国海德堡重离子治疗中心441

31.3 瑞士PSI质子治疗中心451

31.4 德国GSI重粒子物理研究所454

31.5 奥地利离子治疗和研究中心456

31.6 捷克布拉格质子治疗中心459

31.7 意大利轻离子治疗中心460

第32章 中国质子和重离子治疗中心与韩国国家癌症中心464

32.1 中国淄博万杰医院博拉格质子治疗中心464

32.2 中国北京质子医疗中心467

32.3 中国兰州重离子治癌中心470

32.4 中国上海市质子重离子医院471

32.5 中国台湾长庚医院质子暨放射治疗中心473

32.6 中国台湾台大医院质子治疗中心476

32.7 中国香港养和医院质子治疗中心477

32.8 韩国国家癌症中心479

第33章 下一代紧凑型质子治疗装置481

33.1 引言481

33.2 美国MEVION S250（Monarch 250TM PBRT）紧凑型质子治疗装置483

33.3 美国介质壁型加速器小型质子治疗装置488

33.4 激光加速器型质子治疗装置492

33.5 美国ProTorn Radiance 330TM紧凑型质子治疗装置493

33.6 分布式质子放射治疗496

第34章 研制中的新型离子治疗方案498

34.1 美国BNL的快周期RCS方案498

34.2 医用粒子加速器的PAMELA方案500

34.3 意大利TERA的Cyclinac方案502

34.4 图像引导的直线强子治疗方案505

34.5 日本PMRC的激光治疗方案506

第三部分参考文献509

第四部分 治疗中心的设计和建造515

第35章 治疗中心的设计515

35.1 治疗中心的类型515

35.2 治疗中心的设备和面积516

35.3 资金和使用517

35.4 患者和工作人员的流向517

第36章 建造的阶段、要点、设备选型和谈判519

36.1 建造的工作内容和阶段519

36.2 筹建治疗中心的有关要点520

36.3 选择治疗装备的类型521

36.4 外商谈判的项目内容和方法523

第37章 治疗中心的建筑525

37.1 引言525

37.2 建筑要求526

37.3 辐射安全措施528

37.4 节能措施530

37.5 通用设备530

第38章 建筑的辐射屏蔽532

38.1 屏蔽的基本原理532

38.2 束流损失和辐射源534

38.3 辐射区的分类和剂量限值536

38.4 屏蔽材料538

38.5 迷宫和穿透管道539

第39章 环境保护安全541

39.1 概述541

39.2 系统运行时产生的辐射和有害物质541

39.3 质子束流损失及中子产额542

39.4 进入天空的中子源强543

39.5 气载放射性流出物排放量543

39.6 放射性固体废物和加速器结构材料的活化544

39.7 土壤和地下水的活化545

39.8 电磁辐射和噪声545

39.9 可能发生对环境影响的事故545

第40章 场所和环境的监测546

40.1 加速器的辐射场及对监测器的要求546

40.2 辐射监测器布点的选择547

40.3 （区域）高辐射水平中子和γ射线监测器547

40.4 （环境）低辐射水平中子和γ射线监测系统549

40.5 ANM型高灵敏度中子探测器550

40.6 AGM型区域γ射线监测器551

40.7 数据采集与处理系统552

第四部分参考文献553

附录一 “2000～2016年质子和重离子治疗与其装置论文集”的目录555

附录二 作者简介558

附录三 媒体对作者工作的评论559