不同蒙特卡罗径迹结构程序算出的电子截面的比较和评价

目的 :对各种实验方法和采用不同蒙特卡罗径迹结构程序的各种理论方法计算的电子截面进行比较和评价 ,测试由Kurbue程序计算的不同能量电子径迹间的差异。方法 :用 Kurbue蒙特卡罗径迹结构程序模拟能量范围在 10 e V～ 10 Me V间的水蒸气的电子径迹。截面的计算 :1弹性散射截面用 Rutherford公式计算 ;2电离和激发的非弹性截面由不同的低能和高能电子源计算 ,其中能量在 10 e V～1ke V间的截面从 Paretzke的数据中获得 ,能量大于 1ke V的截面用 Seltzer方法和 Berger- Wang的公式计算 ;2次级电子的能谱用 Seltzer方法计算 ;4能量低于 …     

蒙特卡罗方法在质子重离子加速器治疗场所屏蔽计算中的应用

目的 利用蒙特卡罗方法建立质子重离子加速器治疗场所的屏蔽计算模型,为治疗场所的屏蔽设计提供可靠的计算方法。方法 采用基于蒙特卡罗方法的FLUKA程序建立质子重离子治疗场所的屏蔽计算模型,模拟质子重离子加速器治疗场所辐射场的分布,通过对质子重离子加速器治疗场所的检测,验证计算模型。结果 FLUKA程序模拟计算结果与现场检测结果具有较好的符合性。结论 FLUKA程序建立的质子重离子加速器治疗场所屏蔽计算模型能够模拟质子重离子产生的辐射场。基于FLUKA程序建立的屏蔽计算模型,质子重离子治疗场所屏蔽设计应根据加速器最高可达的束流强度及能量进行计算。在质子和重离子加速器运行时的治疗室辐射场中,中子对剂量当量的贡献是主要的,因此,屏蔽设计中应重点考虑中子的屏蔽。     

SPECT/CT脑血流灌注显像两种半定量分析法诊断缺血性脑病价值比较

目的:比较SPECT/CT脑血流灌注显像两种半定量分析方法诊断缺血性脑病的价值。方法:选择无神经系统疾病15例为对照组,行SPECT/CT脑血流灌注显像检查,按照公式x-1.645s计算各部位与小脑比值下限值。选择缺血性脑病61例为观察组,在发病7天内行SPECT/CT脑血流灌注显像检查,由3名具备5年以上工作经验的核医学科医师单独阅片进行定性判断;然后分别采用对侧比值法和小脑比值法进行半定量分析,比较两种半定量分析方法对单侧病变和双侧病变的检出情况。结果:观察组61例中,定性判断缺血性病灶90个,其中单侧病变56个,双侧病变34个。对侧比值法检出单侧病变病灶55个,检出率98.2%,显著高于小脑比值法的80.4%(P<0.05);双侧比值法检出双侧病变病灶14个,检出率41.2%,非常显著低于小脑比值法的91.2%(P<0.01)。结论:SPECT/CT脑血流灌注显像的两种半定量分析方法各有优缺点,对于单侧病变的缺血性脑病推荐选择对侧比值法,而双侧病变则建议采用小脑比值法。     

环保型柔性医用X射线防护材料研制及其防护性能分析与优化

目的 针对传统医用 X 射线防护服研发存在的各种环保和能耗高等问题,研制了一种环保型柔性 X 射线防护材料,并对其性能进行分析和优化。方法 主要采用蒙特卡罗核粒子输运程序建立医用X射线光管简化模型,对屏蔽材料的X射线屏蔽性能进行数值模拟预测,再通过实验制备柔性X射线防护材料,并对其进行屏蔽性能测试验证,通过对比二者间的结果获得研制及优化的途径。结果 Bi是替代有毒Pb元素的首选,W可弥补Bi的X射线弱吸收区;掺杂25% Bi+25% W的复合材料在80和120 kV_p管电压下屏蔽率可达77.8% 和66.3%。结论 通过元素甄选和功能粒子优化组合研究表明,在医用诊断 X 射线能量范围内,钨+铋替代铅是经济、环保、高效的方式之一。研究表明数值模拟对实验材料性能评估具有一定的指导意义,利用数值模拟可减少实验成本、缩短研究周期、提高研发效率。     

基于实验与蒙特卡罗模拟法探究125I粒子间剂量衰减

目的 研究多颗¹²⁵I放射性粒子间剂量衰减规律.方法 利用Geant 4软件包进行蒙特卡罗模拟单颗粒子和多颗粒子周围剂量分布,将模拟结果与TG43-U1报告中推荐剂量计算方法所得结果进行对比,并利用实验测得数据验证蒙特卡罗模拟结果.结果 单颗粒子周围剂量分布的蒙特卡罗模拟结果与TG43-U1计算和实验结果差值分别在±3%和±5%以内.多颗粒子的蒙特卡罗模拟结果对比TG43-U1线性叠加结果,粒子间剂量衰减为3.8%~13.2%,平均剂量衰减为7.2%,实验所得结果与蒙特卡罗模拟结果差值在6%以内.结论 空间中存在多颗放射性¹²⁵I粒子时,由于粒子间的相互影响导致7%左右的剂量衰减,其最大值可超过13%,在人体组织中剂量衰减值会更大.因此,利用TG43-U1方法进行线性叠加计算临床中的剂量分布不够精确.     

蒙特卡罗程序MCNP、EGSnrc、DPM剂量计算比较研究

目的 验证3个蒙特卡罗程序MCNP、EGSnrc、DPM计算结果的一致性问题。方法基于简单均匀及非均匀模型和复杂临床头部实例模型，对3个蒙特卡罗程序MCNP、EGSnrc、DPM的模型建模、计算结果、计算时间进行了比较研究。结果尽管3个程序在粒子输运原理、模拟参数设置、几何描述模型以及材料截面数据等方面存在不同，但是计算结果仍符合很好。结论3个蒙特卡罗程序计算复杂模型具有相当的可靠性；简单快速蒙特卡罗程序DPM具有明显的优势。     

用于硼中子俘获治疗的超热中子束理论设计

目的 设计用于硼中子俘获治疗(BNCT)的超热中子束理论方案。方法 基于清华大学试验核反应堆,以其1号孔道为材料布放孔道,设计了由慢化材料、热中子吸收材料、γ屏蔽材料组成,但材料布放位置具有差异的5种理论方案;利用蒙特卡罗(MC)模拟方法,分别计算5种方案束出口处的中子注量率、剂量率及γ剂量率值,通过与BNCT技术指标对比,从5种方案中选择一种合适的方案。结果 得到了一个符合BNCT各项技术指标的超热中子束理论方案,其慢化材料厚度为53.5 cm、热中子吸收材料厚度为2 mm、γ屏蔽材料厚度为9 cm。结论 本研究给出的超热中子束理论方案为基于反应堆实现BNCT提供一定的理论参考。     

基于蒙特卡罗方法的脑转移瘤术中放疗施照器设计及剂量学评估

目的 设计适用脑转移瘤术中放疗的施照器并评估其剂量学特征。方法 施照器设计首先通过模拟计算电子束经过一系列不同厚度散射箔后的散射角和剂量率,确定散射箔厚度;其次,建立散射箔位于不同高度的位置评估模型,通过计算模型表面平均能量方差,确定散射箔位置;最后,建立调节层几何结构特征与施照器表面剂量之间的关系,确定调制器的内表面特征。使用蒙特卡罗（MC）EGSnrc/BEAMnrc和EGS4/DOSXYZ程序完成Mobetron加速器、位置评估模型、调节层、施照器建模和剂量学分析。结果 半球囊状施照器的限光筒直径为2.5 cm、筒壁厚0.5 cm,材料为0.2 cm厚水等效材料加0.3 cm厚不锈钢;散射箔厚度0.14 cm,材料为金属钨,位置高度为0.5 cm;调制器为月牙形,材料为水等效材料。该施照器能够使Mobetron 12 MeV的电子束产生半球面剂量分布,剂量率为160 cGy/min,治疗深度为0.85 cm。结论 采用MC模拟设计的适用于高能电子束的半球囊状施照器,能产生半球面剂量分布。     

点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模拟和验证

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。     

屏蔽放射治疗机产生光子和中子的新型材料

目前,电子加速器正广泛应用在医疗和工业上。了解装备此型仪器治疗室的屏蔽物材料,以及高能X射线在其内的衰减情况是很有必要的。下面介绍几种新型材料。     

用蒙特卡罗方法估算60Co辐射源事故患者的辐射剂量

目的：计算河南^60Co放射源事故中事故患者“梅”受到的辐射剂量,方法：基于MIRD的成人数学模型蒙特卡罗随机模型方法计算故忠患者的辐射剂量,并编制了一个用用此计算实用计算机程序,结果：模拟事故患者的具体情况,计算了人体主要器官剂量和全身剂量,结论：这种理论模拟的方法与用模的实验模拟测量结果较为一致,说明用这种算法算出的各个器官剂量和全身剂量,对于临床治疗有参考价值,而且模拟方便,快速,适用于核事故医学应急中的患者器官剂量估算。     

基于人体体素模型的光子外照射事故剂量重建方法研究

目的 研究光子外照射事故下人体的剂量重建方法,并在局部剂量分布层面上验证方法的准确性。方法 基于开源蒙特卡罗代码Geant4,使用国际辐射防护委员会（ICRP）103号建议书推荐的人体体素模型,研究外照射事故照射条件下的剂量重建方法,实现全身平均吸收剂量、器官吸收剂量和局部剂量分布的评价。为了对建立的方法进行验证,使用组织等效的物理仿真模型ART;通过CT扫描,建立起其分辨率为1.57 mm×1.57 mm×10.00 mm的体素模型;在标准辐射场下进行一系列热释光剂量计（TLD）照射实验,比较实验和剂量重建模拟的结果。结果 实验测量值的综合相对不确定度为10.9%,剂量重建模拟值的综合相对不确定度在非组织交界面处为7.10%,在组织交界面处为16.6%。对451个测量点位进行统计分析,模拟值除以测量值的均值为0.972,标准差为0.083 8,在0.95~1.05,0.90~1.10和0.80~1.20范围内的比例分别为49.2%,79.4%和96.4%。结论 基于人体体素模型的蒙特卡罗剂量重建方法无论在全身或器官层面,还是在局部剂量分布层面都满足实际使用的精度要求,可作为外照射事故下对受照者进行剂量评估的有力工具,为诊断和救治提供支持。     

Comparison of novel shielded nasopharynx applicator designs for intracavitary brachytherapy

PurposeNasopharyngeal brachytherapy is limited in part by the radiotolerance of nearby organs like the soft palate. This study explores several novel shielding designs for an intracavitary applicator to significantly reduce soft palate dose while adhering to the constraints of standard treatment procedure.MethodsThe Monte Carlo code TOPAS is used to characterize each prototype under typical high-dose-rate treatment conditions. Mucosal surface dose maps are collected to evaluate the shields on their dose reduction to the central and soft palate planning points and uniformity in their shielding profile. Practicality with respect to patient comfort and pretreatment imaging is discussed. History-by-history standard deviations are calculated for each simulation.ResultsA design with elliptical tubing containing bundles of tantalum wires provides the most significant attenuation with 39% and 27% dose reduction to the center and soft palate locations, respectively. Another design utilizing miniature lead spheres loaded into a constructed cavity shows 27% and 24% dose reduction to the same locations while providing more uniform shielding and several practical benefits. Both shields are designed to be completely removable for applicator insertion and pretreatment imaging. The mean and maximum standard error of relative dose measurements was 0.36 and 1.14 percentage points, respectively.ConclusionEach shielding design presented in this study provides a novel approach to safely and effectively shield healthy tissue during intracavitary nasopharyngeal brachytherapy. Analysis performed using Monte Carlo suggests that the design using metal spheres most practically shields the soft palate and should be advanced to the next stages of clinical optimization.     

Geant4 hadronic physics for space radiation environment

Abstract

Purpose: To test and to develop Geant4 (Geometry And Tracking version 4) Monte Carlo hadronic models with focus on applications in a space radiation environment.

Materials and methods: The Monte Carlo simulations have been performed using the Geant4 toolkit. Binary (BIC), its extension for incident light ions (BIC-ion) and Bertini (BERT) cascades were used as main Monte Carlo generators. For comparisons purposes, some other models were tested too. The hadronic testing suite has been used as a primary tool for model development and validation against experimental data.

Results: The Geant4 pre-compound (PRECO) and de-excitation (DEE) models were revised and improved. Proton, neutron, pion, and ion nuclear interactions were simulated with the recent version of Geant4 9.4 and were compared with experimental data from thin and thick target experiments.

Conclusions: The Geant4 toolkit offers a large set of models allowing effective simulation of interactions of particles with matter. We have tested different Monte Carlo generators with our hadronic testing suite and accordingly we can propose an optimal configuration of Geant4 models for the simulation of the space radiation environment.     

252Cf裂变中子源在组织等效模体中的中子和γ辐射剂量分布的计算

目的：计算^252Cf裂变中子源的的中子和γ辐射在组织等模体内的剂量分布,为使用^252Cf裂变中子源进行中子放疗提供有用的剂量学参数。方法：建立^252Cf源和组织等效模体的三维几何计算模型,利用蒙特卡罗方法进行中子和γ辐射联合输运计算。结果：计算了两种医用^252Cf裂变中子源在水、血液、肌肉、皮肤、骨骼和肺组织等效材料构成的模体中距源不同距离点处的中子和γ辐射吸收剂量。结论：蒙特卡罗计算结果与文献数据以及使用双电离室实验测量的结果符合得较好。对^252Cf裂变中子源在5种组织材料构成的模体中中子和γ辐射的剂量分布进行了比较,使用水作为组织等效材料对^252Cf裂变中子源在在以肌肉、血液和皮肤构成的局部组织内的剂量分布进行模拟计算,可取得较可靠的结果。     

电子线放疗患者屏蔽防护实验研究

目的 探讨1~4层铅围裙（LA,0.5 mm铅当量/层）和自有专利防护装置（BSD,1~2 mm铅当量）对6~15 MeV电子线放疗时野外辐射剂量的屏蔽效果。方法 利用JR1152-B氟化锂热释光剂量片（TLD）,测量不同能量、不同限光筒大小、不同距离处,经不同层数铅围裙和不同厚度BSD屏蔽前、后的野外辐射剂量,计算出铅围裙和BSD对野外辐射的遮挡率,对比分析两种方法的屏蔽效果。结果 当限光筒不变时（10 cm×10 cm）,遮挡率随测量点的距离增加而增大（r=0.717,P < 0.05）,随电子线能量的增大而减小（r=-0.678,P < 0.05）;当能量不变时,遮挡率与限光筒的尺寸大小无相关性（P > 0.05）;对于6和9 MeV的较低能量电子线,1 mm Pb-BSD的遮挡率略高于2层铅围裙（t=2.519、2.662,P < 0.05）, 其变化范围分别为81.5%~95.3%和55.4%~84.6%;对于12和15 MeV的较高能量电子线,2 mm Pb-BSD的遮挡率略高于4层铅围裙（t=3.768、7.934,P < 0.05）,其变化范围分别为64.6%~93.4%和51.1%~92.4%。结论 铅围裙或BSD都能大幅减小野外辐射剂量,可望降低患者野外辐射二次致癌的风险,与铅围裙相比,BSD具有更明显的优势。     

中外近距离治疗机房辐射屏蔽设计标准应用比对

目的 中外近距离治疗机房辐射屏蔽设计考虑因素不尽相同,本研究以常见的高剂量率¹⁹²Ir源为例,分别应用国内外标准进行后装机房的屏蔽核算,比较计算结果分析差异产生的原因,为修订和完善现行国家标准提供参考。方法 对于典型的后装机房进行工作量估算,放射源初始活度10 Ci （1 Ci=3.7×10¹⁰ Bq）,分别按照英国医学物理与工程研究所IPEM75号报告、美国辐射防护委员会NCRP151报告和GBZ/T 201.3-2014国家标准设计后装机房屏蔽方案,详细比较不同参考标准的屏蔽限值、居留因子及其他因子的差异。结果 典型后装机房的年照射时长约为330 h,按照NCRP151报告、IPEM法规和GBZ/T 201.3-2014国家标准计算得到的控制室、屏蔽墙外、候诊区、相邻控制室和无人居留室顶等关注点位所需的混凝土厚度分别为70、65、61、70、50 cm,41、43、30、40、39 cm和84、79、46、88、39 cm。按照GBZ/T 201.3-2014国家标准计算得到的相应关注点所需的混凝土屏蔽厚度普遍偏厚,与NCRP151报告结果差别较小,IPEM75号报告计算得到的屏蔽厚度最薄;三者计算出的防护门的等效铅屏蔽厚度分别为1.170、0.854和1.040 cm,厚度相近。结论 我国现行后装机房屏蔽标准所推荐的计算方法和评价指标计算得到的屏蔽厚度与NCRP151报告的相似但偏保守,特别是现行国家推荐标中要求的瞬时剂量当量率评价指标以及过于保守的居留因子取值会显著增加主屏蔽区所需的屏蔽厚度。