辐射剂量
点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模拟和验证
中华放射医学与防护杂志, 2019,39(8) : 635-640. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2019.08.014
摘要
目的

利用蒙特卡罗程序模拟点扫描质子束治疗机头,建立精准的质子束流蒙特卡罗模拟计算模型。

方法

利用蒙特卡罗程序FLUKA,结合上海市质子重离子医院治疗机头几何结构,建立点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模型。通过对不同能量下水中积分深度剂量分布,等中心点处空气中束斑大小的测量和模拟,建立精准的模拟模型。利用该模型模拟质子束扩展布拉格峰,并与对应治疗计划系统(treatment planning system, TPS)计算结果进行比较分析。

结果

对于射程末端90%积分深度剂量值,各能量下模拟和测量的偏差均不高于0.5 mm。而对于80%至20%末端跌落,各能量质子的模拟和测量的偏差在0.1 mm以内。质子束流束斑大小的模拟与测量结果偏差最大为0.45 mm。对扩展布拉格峰的剂量验证的模拟与TPS计算结果进行对比,γ分析通过率高于90%(2 mm,2%标准)。

结论

利用蒙特卡罗程序FLUKA可以建立点扫描质子治疗机头模型,该模型满足临床要求,可以精确地模拟点扫描质子束的输运。该模型通过测量验证,可以作为剂量验证工具,评估临床治疗计划,能够减少剂量验证所需的束流时间,从而增加患者治疗数量。

引用本文: 盛尹祥子, Kambiz Shanazi, 王巍伟, 等.  点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模拟和验证 [J] . 中华放射医学与防护杂志, 2019, 39(8) : 635-640. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2019.08.014.
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粒子治疗是放射治疗手段之一,主要包括质子治疗和碳离子治疗。相对于传统的放射治疗手段,粒子束可以在射程末端释放数倍于坪区的能量,因此能够在给予靶区剂量的同时,更好地保护正常组织。粒子治疗,尤其是质子治疗,在国内外发展迅速,临床需求日益增加,也使得质子束流用于科研和质量保证的时间十分有限。蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟方法作为一种模拟质子束流的手段,可以在一定程度上,作为质子束流测量的替代方案来进行对质子束流方面的研究工作。蒙特卡罗模拟技术可以模拟粒子在介质中的输运过程,在质子治疗中的应用主要包括设备调试[1]、剂量计算[2]、建立剂量验证模型[3,4]、质子相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)模型计算[5,6]、质子治疗中次级中子剂量计算[7,8]和质子治疗设备屏蔽计算[9,10]等。

 
 
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