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CT 222
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QA 303
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 OIS 354
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