DPM蒙特卡罗剂量计算算法在均匀组织和非均匀组织剂量精确性的验证

验证DPM蒙特卡罗剂量计算算法预测均匀组织和非均匀组织剂量的精确性。DPM分别计算:①6 MeV单能光子3cm×3cm照射野和Varian 60℃加速器源水模体百分深度剂量曲线和10cm深度处离轴比;②6 MeV单能光子3cm×3cm、10cm×10cm照射野分别在水(6cm)/肺(6cm)/水(8cm)、水(6cm)/骨骼(2cm)/水(12cm)非均匀组织的百分深度剂量曲线;③6MeV单能光子6cm×6cm照射野人体头部和腹部组织在射野内和射野外的百分深度剂量曲线。比较DPM计算值与DOSXYZnrc/EGSnrc系统在相同条件下的计算值。结果显示二者计算值在水模中的误差在±3%以内,在非均匀组织中,除了个别点,误差都在±3%以内。DPM能够精确计算均匀组织和非均匀组织剂量。     

DPM蒙卡方法在放疗剂量计算中的应用研究

目的:探讨最新推出基于蒙特卡罗方法的DPM(dose planning method)程序在放疗剂量计算中的应用,研究DPM程序计算放疗剂量的准确性及其临床应用的可行性。方法:对DPM源文件编译形成四个可执行文件,使其能在Windows系统下运行。(1)通过借助蒙卡BEAMnrc程序模拟我院Varian Clinac 21EX直线加速器治疗头,得到其相空间文件,并计算出SSD=100cm处的相空间(Phase Space)数据。(2)使用BEAMDP程序对该相空间文件进行能谱分析,获取到6MV-X线能谱分布。(3)修改DPM源程序,使之能调用该能谱。(4)DPM计算出水模体内百分深度剂量并用MATLAB软件显示PDD曲线分布,与实际测量进行拟合。(5)DPM计算非均匀组织内方野剂量,相同条件下与实测量、TPS计算值进行了比较。结果:蒙卡DPM程序调用直线加速器能谱计算水模体内的PDD曲线与实测曲线的拟合完全吻合,证明了DPM程序调用能谱方法可行而且计算准确。DPM蒙卡程序在非均匀组织中的计算也是准确的。结论:DPM蒙卡方法可应用实现组织中放疗剂量计算的研究。     

三维治疗计划系统模拟全身照射的应用研究

目的:采用三维治疗计划系统(3D-TPS)模拟计算全身照射(TBI)的剂量分布.材料和方法:对于全身照射,设置源皮距(SSD)为380 cm,射野大小为40 cm×40 cm,光栏角度为45°,采用自制大水箱测量了直线加速器8 MV光子线水中的百分深度剂量(PDD)和离轴比(OAR).上述相同照射条件下,在3D-TPS中进行水体模的PDD和OAR的模拟计算并与之测量结果进行对比,确认3D-TPS是否能够模拟计算TBI的剂量分布.采用3D-TPS计算人形体模的TBI剂量分布,采用剂量胶片和热释光测量对计算结果进行了比较和确认.结果:对于水体模中的百分深度量和离轴比,3D-TPS的模拟计算结果与大水箱的测量结果最大误差分别为3%和6%左右.对于人形体模的模拟计算,3D-TPS的模拟计算结果与胶片和热释光的测量结果基本符合.结论:3D-TPS可以较准确地模拟计算全身照射的剂量分布.通过3D-TPS对每个特定病人制作相应补偿块,为更均匀剂量的全身照射治疗提供了可能.     

国产医用直线加速器开展立体定向放射治疗的可行性研究

目的:从剂量输出、机械性能和辐射性能方面比较两种进口医用电子直线加速器和3种国产医用电子直线加速器的各项参数指标,对比分析国产医用直线加速器的技术和性能是否达到开展立体定向放射治疗的基本标准。 方法:选取两种开展过立体定向放射治疗的进口医用电子直线加速器和3种装机量较大的国产医用电子直线加速器。利用电离室和静电计在水模体上测量加速器的剂量输出性能;利用坐标纸、前指针、刻度尺等工具测量加速器机械精度;通过PIPSpro5.3.1和doselab图形分析软件测量加速器辐射性能和到位精度,从而分析固体水和EBT免冲洗胶片记录辐射野。 结果:以AAPM TG-142和中华人民共和国医药行业标准YY0832.2-2015为参考,建立一套完整的针对国产电子医用直线加速器的评价标准。检测发现国产加速器输出剂量精度、重复性、线性较高,旋转机架、准直器和治疗床辐射野等中心精度大部分小于1 mm,铅门和多叶准直器平均到位精度小于0.5 mm,两种国产加速器端对端偏差结果小于5%,说明国产加速器基本性能较好。 结论:部分国产加速器从剂量输出和治疗精度方面已达到开展立体定向放射治疗的基本要求,但开展立体定向治疗需要相关放疗单位投入更多的人力和相应设备做好加速器的质量保证和质量控制工作。     

高能电子线放射治疗的剂量学参数测量与分析

目的：对高能电子线总输出因子、百分深度剂量、深度剂量分布的剂量学参数进行测量并分析讨论。方法：在Varian23EX直线加速器上,利用9606剂量测量仪和0．6cc指型电离室测量不同能量、不同限光筒及不同射野下的输出剂量并作归一,得到我们所要的剂量学参数,然后分析数据。结果：总输出因子在不同能量下与正方形射野边长的关系可满足等式：y=a·e^bx＋c·e^dx。水模体百分剂量分布中,6MeV电子线各限光筒的90％、85％等剂量深度基本不变,9MeV-15MeV下90％、85％等剂量深度随着限光筒尺寸增大而变深。对于水模体的深度剂量分布情况,6MeV和12MeV能量的10cmx10cm、15cmxl5cm限光筒均整区内对称点的最大相对剂量差分别都为0．04％、O．03％。结论：通过测量掌握实际照射中的剂量学特点．对于电子线剂量的准确计算以及临床计划制定具有很大的参考价值。     

清华同源双束医用加速器蒙特卡罗模拟

目的:使用蒙特卡罗方法模拟清华大学自主研制的同源双束医用加速器,为今后研究该设备KV级能量在放射治疗中成像剂量分布奠定基础。方法:(1)借助蒙卡BEAMnrc程序模拟加速器机头得到相空间文件。(2)以该相空间文件为源,使用蒙卡DOSXYZnrc程序计算水模体中百分深度剂量(percent depth dose,PDD)和离轴比(off axis ratio,OAR),采用MATLAB编程提取剂量数据显示于EXCEL。(3)分析蒙卡模拟参数对结果的影响。(4)对比实测调整模拟参数。结果:蒙卡模拟所得水模体中PDD和OAR曲线与实测有很好的吻合,得到加速器机头模型。结论:医用加速器KV级能量蒙卡模拟与高能有明显不同;要得到合适的该加速器蒙卡模型,需要选择合适的电子束能量和电子空间密度分布;该模拟所得加速器模型可用于成像剂量分布等后续研究。     

医用直线加速器输出剂量稳定性分析

目的：分析医用直线加速器输出剂量稳定性及其影响因素。方法：采用SPSS15.0统计分析软件,统计2009年每日治疗病人前监测6 MV、15 MVX射线,和9 MeV、12 MeV电子线输出剂量数据,分析医用直线加速器不同能量输出剂量的稳定性及其影响因素,提出加速器输出剂量质量保证的相关措施。结果：4档能量中的3档能量（9 MeV,12 MeV,15MV）输出剂量K-S检测双尾渐进概率P值分别为0.428、0.933、0.355均大于显著性水平0.05,符合正态分布。由于加速器微波源输出不稳定,6 MV输出剂量1月到3月,从98.4%连续不断漂移上升到102.5%。6 MV K-S检测双尾渐进概率P值是0.012小于显著性水平0.05,不符合正态分布。结论：直线加速器输出剂量的稳定性是肿瘤放射治疗治疗质量保证的重要方面。每日治疗肿瘤病人前监测和直线加速器输出剂量,分析直线加速器输出剂量的稳定性,有助于降低加速器系统误差,提高患者治疗剂量的精度。     

全脑放疗中保护海马的调强计划设计

目的:探讨应用直线加速器调强技术实现全脑放疗并对海马保护。方法:选取8例接受全脑放疗+海马保护的乳腺癌脑转移患者,进行全脑临床靶区(CTV)和海马区的勾画,全脑外扩5 mm形成计划靶区(PTV),海马区外扩5 mm形成海马保护区域。利用Varian Eclipse 7.6治疗计划系统设计10野调强计划,处方剂量为3000 c Gy/10F。结果:8例病人的PTV V90平均值为99.5%,V95平均值为98.4%,均匀性指数平均值为0.09。海马平均体积为5.0 cm3,海马保护区域平均体积为26.2 cm3,占全脑体积的1.8%。海马的平均剂量为17.1 Gy,最大剂量为21.7 Gy;海马保护区域的平均剂量为22 Gy,最大剂量为29.3 Gy。海马平均剂量为靶区处方剂量的57%,海马保护区域平均剂量为靶区处方剂量的73%。晶体最大剂量平均值为6 Gy。结论:在全脑放疗中,利用直线加速器调强技术能在保证靶区剂量覆盖和靶区均匀性的情况下降低海马受照剂量,实现神经认知功能的保护。     

基于蒙特卡罗方法的光子束均整与非均整模式能谱对比分析

目的:对比分析6 MV光子束均整与非均整模式在空气和标准水模中特定深度处的能谱分布。 方法:利用BEAMnrc程序建立美国Varian公司TrueBeam加速器均整和非均整模式的机头模型,分别计算（40×40） cm2照射野下空气和标准水模中SSD=110 cm深度处的相空间文件,并利用BEAMDP程序对射野内不同区域的能谱分布进行对比分析。 结果:空气中（40×40） cm2射野内SSD=110 cm深度处,均整模式能谱分布低能部分随着统计区域增大而增大,与非均整模式分布规律相反;在标准水模体中Depth=10 cm深度处,有无反散的情况下两种模式的能谱分布相差较大,主要在小于0.511 MeV的区域;射野内不同位置的能谱分布均整模式在离轴方向低能部分逐渐减少,而非均整模式分布情况相反;相对于电子和正电子来说,相同射野内光子对能谱分布影响较大。 结论:该研究为医用直线加速器临床剂量学数据的测量和校正提供依据。     

补偿膜对浅表组织剂量学的GEANT4模拟研究

目的研究不同补偿膜厚度及不同空气间隙大小对浅表组织剂量学影响。方法利用蒙特卡罗程序"几何和跟踪"(GEANT4)构建位于加速器等中心的30 cm×30 cm×30 cm水模体及30 cm×30 cm×d cm(d为0.5、1.0、2.0)组织(水)等效补偿膜,通过改变等效补偿膜与水模体空气间隙至0 mm、1 mm、5 mm、10 mm、15 mm、20 mm设计不同的贴合模型,计算6 MV X射线10 cm×10 cm射野下不同模型水模体中心轴深度剂量分布和水模体表面(1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm)的能量沉积。结果空气间隙≤5 mm时,对浅表的能量沉积误差小于1%;空气间隙≤10 mm,对于浅表深度≥1 mm时能量沉积误差小于1%;空气间隙 10 mm,添加任何厚度补偿膜对于浅表的能量沉积误差都较大,甚至 3%。结论摆位时应尽量减少补偿膜下空气间隙,补偿膜厚度越大时,空气间隙大小对其影响越大,模拟结果对于组织等效补偿膜的临床应用具有指导价值。     

A Monte Carlo model for out-of-field dose calculation from high-energy photon therapy

As cancer therapy becomes more efficacious and patients survive longer, the potential for late effects increases, including effects induced by radiation dose delivered away from the treatment site. This out-of-field radiation is of particular concern with high-energy radiotherapy, as neutrons are produced in the accelerator head. We recently developed an accurate Monte Carlo model of a Varian 2100 accelerator using MCNPX for calculating the dose away from the treatment field resulting from low-energy therapy. In this study, we expanded and validated our Monte Carlo model for high-energy (18 MV) photon therapy, including both photons and neutrons. Simulated out-of-field photon doses were compared with measurements made with thermoluminescent dosimeters in an acrylic phantom up to 55 cm from the central axis. Simulated neutron fluences and energy spectra were compared with measurements using moderated gold foil activation in moderators and data from the literature. The average local difference between the calculated and measured photon dose was 17%, including doses as low as 0.01% of the central axis dose. The out-of-field photon dose varied substantially with field size and distance from the edge of the field but varied little with depth in the phantom, except at depths shallower than 3 cm, where the dose sharply increased. On average, the difference between the simulated and measured neutron fluences was 19% and good agreement was observed with the neutron spectra. The neutron dose equivalent varied little with field size or distance from the central axis but decreased with depth in the phantom. Neutrons were the dominant component of the out-of-field dose equivalent for shallow depths and large distances from the edge of the treatment field. This Monte Carlo model is useful to both physicists and clinicians when evaluating out-of-field doses and associated potential risks.     

调强放射治疗“end to end”质量控制核查中应用针尖电离室测量小野剂量的初步研究

目的:在调强放射治疗“end to end”质量核查中,探讨应用针尖电离室对调强放射治疗小野照射进行绝对剂量测量的研究。方法:选择3省20家医院,将放有热释光剂量计TLD（距模体表面距离约7.5 cm）和胶片的国际原子能机构（IAEA）模体进行CT扫描,图像导入放射治疗计划系统（TPS）中,设计治疗计划,进行7野等中心调强照射,MLC照射野大小>2 cm×2 cm且<4 cm×4 cm。同时针尖电离室（0.015 cc）放在固体水模体距模体表面7.5 cm下进行点剂量绝对剂量验证:（1）将治疗计划中射野角度归零平移到固体水模体中进行剂量验证;（2）治疗计划射野角度不归零时为实际治疗照射方向,平移到固体水模体中进行绝对剂量验证。结果:在调强放射治疗多叶光栅小野照射的固体水模体中,用针尖电离室测量的绝对剂量与TPS计算得到的绝对剂量比较,7野照射方向归为零度时,比较偏差<5%;实际照射方向时,比较偏差<5%。验证后的计划,在IAEA模体上进行实际7野调强治疗,模体中的高剂量靶区胶片（Gafchromic EBT3 film）绝对剂量通过率均≥90%（Gamma分析:3%, 3 mm）,TLD偏差<7%。均符合IAEA提出的标准。结论:在调强放射治疗多叶光栅小野照射时,可以应用针尖电离室作为绝对剂量验证的一个方法。     

术中放疗深度剂量、表面剂量及漏射线的剂量研究

目的：研究术中放疗深度剂量、表面剂量及漏射线的剂量的测量方法，总结临床应用经验。方法：使用IC-15电离室和WEUHOFER WP700蓝水箱测量加速器电子束术中放疗限光筒中心轴百分深度剂量和表面剂量：采用Farmer剂量仪2570及有机玻璃小水箱，测量剂量输出因子及限光筒外漏射线。结果：6MeV和9MeV表面剂量分别为85．9％、87．2％。12MeV、16MeV、20MeV限光筒外1cm处漏射线分别达到6．81％、6．10％、6．85％。结论：术中放疗是一种复杂的治疗技术，在临床辐射剂量学上有其独特性。术中放疗表面剂量应该满足90％，建议增加填充物，如盐水纱布等，提高表面剂量。限光筒外的泄漏射线必须小于中心轴最大剂量的5％，做好肿瘤周围正常组织的辐射防护很重要。     

Changes in incident photon fluence of 6 and 18 MV x rays caused by blocks and block trays.

When a block and tray are placed in a x-ray beam the dose to a point in a phantom is changed by the following factors: (1) attenuation of photon and electron fluence from the head of the accelerator by the tray and the block, (2) decrease in the scatter in the phantom by a reduction in the phantom volume that receives radiation, and (3) generation of scatter off the tray and block. This third factor is generally ignored in dosimetry calculation but has been measured in this work. Measurements of incident photon fluence for 6 and 18 MV x rays were made with a columnar miniphantom of 10 cm depth. The tray factor for a 9 mm thick Lexan tray is found to be variable and to increase by 1.8% due to scatter off the tray when the field size is increased from a 3cm x 3 cm to 40cm x 40 cm field. Also, it was found that scatter off a block could increase the incident photon fluence by as much as 2%. The magnitude of this block scatter depends on the length of the inner edge of the opening in the block and on amount of block that is being irradiated, the overlap of the block by the radiation field. The total block-tray factor can be as much as 3% larger than the single-value tray factor measured with a 10cm x 10cm field that is traditionally used. An analytical equation is developed that accurately models the block-tray factor.     

动态楔形板与物理楔形板剂量学的比较研究

目的:比较动态楔形板与物理楔形板剂量曲线分布的特点;方法:用二维电离室矩阵分别测量动态楔形板Y1-IN方向15°,30°,45°,60°;固定楔形板IN方向15°,30°,45°,60°,得到相应楔形野的注量图;Dose1剂量仪测量相同楔形角的动态楔形板与物理楔形板5cm深度的绝对剂量值;结果:相同楔形角的动态楔形板和物理楔形板的楔形曲线大致重合,同深度相同角度的动态楔形板比物理楔形板的绝对剂量值大15%～25%;结论:动态楔形板完全可以替代物理楔形板,提高工作效率和机器使用率。     

CT值对剂量计算结果的影响

目的：通过CT值对剂量计算结果影响的研究。分析不做组织均匀性校正剂量计算在人体不同部位带来的剂量误差。材料和方法：在Varianeclipse治疗计划系统（版本7．3．10）中构建-30cmx30crux30cm虚拟模体,计算设置”SSD=100cm。照射野大小10cmxl0cm,给予处方剂量200 cGy。分别计算在模体不同深度赋予模体不同CT值的机器输出剂量。结果：深度越大,计算结果随CT变化越大;同一深度。负CT值比正CT值影响要大。结论：在实际病人照射中对于肺部肿瘤或者纵隔穿过肺组织的肿瘤．用6MV或15MVX射线实施照射射线穿透肺组织大于3cm,如果不做组织不均匀性校正,6MVX射线计算结果会带来大于5％的误差,15MVX射线计算结果会带来大于2％的误差,穿透肺组织越深,误差越大;对于骨组织,因为骨组织厚度一般为1em-3em,如果不做组织不均匀性校正,计算结果仅会带来大约1％的误差;对于其它组织实际照射中,如果不做组织不均匀性校正计算结果也仅会带来1％一2％的误差。