重离子束由于具有特有的布拉格峰及较高的相对生物学效应,被认为是最有潜力的治疗射线。重离子治疗方法研究领域,各种周边辅助技术和重离子辐照方法同时得到了丰富的拓展和长足的进步。如x射线成像技术发展而来的定位验证技术结合重离子放疗流程的优化,形成了定位自动化的图像引导重离子放疗技术。基于纳剂量学量的重离子放射生物学效应评估技术更是使得重离子放疗迈向了生物适形调强精准照射技术的台阶。目前,在图像引导重离子放疗领域,磁共振成像（MRI）技术的发展,使得磁共振图像引导重离子治疗在放射肿瘤学中的作用和重要性正在迅速增加。重离子由于自身带有电荷,这使其在磁场中会受到光子没有的洛伦兹力,进而束流整体发生偏转,使得束流整体及剂量分布发生变化,同时重离子放射生物学效应评估技术的基本参数-束流的剂量平均LET及纳剂量学量-也会发生相应的改变,只有探究其变化量与磁场的关系,才能使得磁共振图像引导技术更好地与重离子放射治疗相结合。而在重离子辐照方法上,为了减轻与重离子治疗相关的治疗不确定性,同时保持增强肿瘤控制的潜力,使用单种离子和多种离子组合的优化策略的方法被提出。在多粒子照射方法中,通过结合两种或两种以上类型的离子辐照,可以在单个场中实现恒定RBE,在目标体积中同时实现均匀的物理剂量和RBE,在物理和生物上提供更稳健的分布。相比而言,常规粒子治疗中,只有通过提供多射野设置（例如对穿野）,才能实现恒定RBE。研究多粒子放射情况下的的剂量平均LET及纳剂量学量变化规律将有利于多粒子放疗方法的快速部署与实施。本文利用以GEANT4为内核的蒙特卡罗模拟平台GATE,面向磁共振引导离子放疗技术和多粒子放疗技术,分别模拟了磁场下碳离子束的剂量平均LET和纳剂量学量和多种离子束在模体中剂量平均LET和纳剂量学量的变化情况。本文首先模拟了垂直及平行磁场环境下碳离子束的剂量平均LET的分布情况,结果显示碳离子束在平行磁场的环境下剂量平均LET的变化均在1%范围内,而垂直磁场情况下碳离子束的剂量平均LET会发生较为明显的横向偏转。其次,纳剂量学作为将离子微观径迹结构在纳米尺度下进行描述的理论,在纳米层次下对离子微观径迹结构的表达能够比宏观的剂量平均LET和微剂量兰州大学硕士研究生学位论文不同场景下离子束治疗性能的蒙特卡罗模拟研究学量揭示更多的与生物学效应相关的信息。本文通过蒙卡模拟,探究了不同能量的碳离子束在不同磁场环境下纳剂量学量的分布情况。根据模拟结果分析,在平行磁场的环境下碳离子束纳剂量学量的变化并不显著,垂直磁场对纳剂量学的影响较为显著,这主要是由于垂直磁场使碳离子束发生偏转,使得射程提前,导致相同贯穿深度处的剂量平均LET发生变化,相应地导致碳离子束的纳剂量学量发生改变。最后,针对多粒子治疗情况,本文模拟了不同离子在模体中深度剂量和剂量平均LET的分布情况,再结合纳剂量学量的算法,比较了不同离子的纳剂量学的差异。具体方法中模拟了各个能量的不同离子束,拟合其射程与能量的关系曲线,统一取射程为15cm时进行研究。比较了相同质子数的不同离子的剂量和剂量平均LET分布的差异。进一步比较不同离子纳剂量学的分布。本文的研究表明,碳离子束在垂直磁场环境下剂量平均LET和纳剂量学的分布产生明显变化。为磁共振引导放射治疗时,碳离子束在磁场环境下各种物理量的变化提供了参考数据。同时对不同离子的纳剂量学进行了比较,为多离子混合治疗的发展提供了依据。