本文關(guān)鍵詞：醫(yī)用直線加速器不同輻射野光子線水吸收劑量的蒙特卡羅模擬

  更多相關(guān)文章： 非均整模式 小尺寸射野 蒙特卡羅模擬 百分深度劑量 離軸比 總散射因子 水吸收劑量

【摘要】：癌癥是導(dǎo)致人類發(fā)病和死亡的最主要原因之一。放射治療可以有效治療原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤。單純放療或放療與手術(shù)、化療相結(jié)合可以使60%-70%的惡性腫瘤患者受益。目前,調(diào)強放射治療(IMRT)、立體定向放射外科(SRS)、立體定向放射治療(SRT)和容積調(diào)強放療(VMAT)以及高劑量率非均整模式等放療新技術(shù)廣泛應(yīng)用于放療臨床。這些放療新技術(shù)多采用多葉準直器和主鉛門形成小尺寸、非標準射野來實施治療計劃。采用小尺寸、非標準射野可以進一步提高腫瘤患者的靶區(qū)適形度,進而縮小靶區(qū)外放邊界,提高腫瘤的治愈率,減少正常器官的毒性；但是,也給臨床輻射劑量學(xué)測量帶來了巨大的挑戰(zhàn)。參考劑量和相對劑量的準確測量對放療新技術(shù)的開展至關(guān)重要。目前,水吸收劑量的測量是在標準參考射野(10 cm × 10 cm射野)下進行,射野中心軸及其附近區(qū)域內(nèi)處于帶電粒子平衡狀態(tài)。由于小尺寸、非標準射野受側(cè)向帶電粒子失衡以及部分源遮擋效應(yīng)等因素影響,不能用美國醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會51號報告(AAPM TG-51)和國際原子能機構(gòu)398號報告(IAEA TRS-398)準確描述放療新技術(shù)下小尺寸照射野的水吸收劑量。針對這一問題IAEA和AAPM在2008年給出了新的指導(dǎo)建議,其中對小尺寸、非標準射野高能光子水吸收劑量的測定給出了新的推薦公式。該推薦公式要求加入射線質(zhì)修正因子,用來修正射野大小改變對射線質(zhì)造成的影響。射線質(zhì)修正因子可以借助蒙卡程序?qū)λ秒婋x室的結(jié)構(gòu)建模、模擬計算得到。但是必須確切知道所用電離室的幾何結(jié)構(gòu)和材料密度。TrueBeam加速器是Varian公司生產(chǎn)的新一代加速器,可以產(chǎn)生6 MV非均整模式(FFF)和10 MV FFF兩檔光子能量,最大劑量率分別達到1400 MU/min和2400 MU/min。目前,FFF模式主要應(yīng)用于立體定向放療(SRT)和立體定向放射外科(SRS)。由于SRT和SRS的單次劑量很高,其劑量測量精度對靶區(qū)的治療和周圍正常器官的損傷至關(guān)重要。蒙特卡羅方法能精確地模擬加速器的機頭結(jié)構(gòu)以及射線與物質(zhì)的相互作用,可以用來研究FFF射束的小尺寸射野的劑量學(xué)。由于沒有確切的TrueBeam機頭模型參數(shù),本研究借助Varian公司生產(chǎn)的高能加速器iX機頭模型,將均整器移除后在原來均整器的位置放置一定厚度的銅箔后利用BEAMnrc程序來構(gòu)建TrueBeam機頭模型。通過調(diào)整入射電子能量、徑向強度分布以及展寬角度等相關(guān)參數(shù),用DOSXYZnrc程序?qū)rueBeam加速器6 MV FFF和10 MV FFF兩檔能量4 cm × 4 cm到40 cm × 40 cm射野的百分深度劑量(PDD)曲線、離軸比(OAR)曲線以及總散射因子Sc,p進行了模擬。通過與相應(yīng)射野的測量數(shù)據(jù)進行比較,得到最佳的入射電子模型參數(shù)。進而,將得到的最佳模型參數(shù)用于4 cm × 4 cm以下小尺寸射野的劑量學(xué)計算,研究分析小尺寸射野的特性。同時,計算得到不同能量下小尺寸輻射野的大小以及小尺寸輻射野的水吸收劑量,并與實際測量結(jié)果進行比較、分析,得到小尺寸射野的水吸收劑量的定標方法。對6 MV FFF的射束,蒙特卡羅模擬中最終選定的入射電子能量為6.1 MeV,半高寬(FWHM)為0.75 mm,角度展寬為0.90;對10 MV FFF的射束,入射電子能量為10.8 MeV,半高寬(FWHM)為0.7 mm,角度展寬為0.3°。對這兩檔能量的射線質(zhì),蒙卡模擬結(jié)果與測量結(jié)果的差異均小于0.5%。對這兩檔能量的PDD曲線,在0.1 cm到30 cm深度處,除1 cm × 1 cm射野滿足Local Dose限制條件2%/1 mm外；其它射野的PDD模擬結(jié)果和測量結(jié)果均滿足Local Dose限制條件1%/1 mm。對這兩檔能量的OAR曲線,20 cm × 20 cm及以下射野模擬得到的OAR曲線與測量結(jié)果相比滿足Local Dose限制條件1%/1 mm；其它射野滿足Local Dose限制條件2%/1 mm。對總散射因子和水吸收劑量,除了1 cm ×1 cm射野外,其它射野的總散射因子和水吸收劑量計算結(jié)果和測量結(jié)果得到的差異均小于1%,滿足臨床劑量學(xué)要求。對6 MV FFF和10 MV FFF兩檔能量下1cm × 1 cm射野的總散射因子,測量結(jié)果與模擬結(jié)果相差分別為4.82%和3.40%,測量結(jié)果小于模擬結(jié)果。綜上所述,本研究得到的6 MV FFF和10 MV FFF X射線的機頭模型參數(shù)可以用于小尺寸射野臨床劑量學(xué)研究。同時,本研究為建立以電離室劑量計為基礎(chǔ)的小尺寸輻射野水吸收劑量的定標流程和測量裝置提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。該模型的精確性還需準確的機頭結(jié)構(gòu)參數(shù)進行驗證。另外,還需要對1 cm ×1 cm射野的劑量學(xué)測量進行進一步深入研究。
【關(guān)鍵詞】：非均整模式 小尺寸射野 蒙特卡羅模擬 百分深度劑量 離軸比 總散射因子 水吸收劑量
【學(xué)位授予單位】：中國疾病預(yù)防控制中心
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R730.55
【目錄】：

• 摘要7-10
• Abstract10-13
• 縮略詞中英文對照13-15
• 第一章 緒論15-28
• 1.1 研究背景15-22
• 1.1.1 放射治療技術(shù)概述15-19
• 1.1.2 非均整(FFF)治療模式的發(fā)展19-22
• 1.2 研究現(xiàn)狀22-27
• 1.2.1 放射治療光子線水吸收劑量研究現(xiàn)狀22-24
• 1.2.2 TrueBeam FFF模式蒙卡研究現(xiàn)狀24-27
• 1.3 研究目的及意義27
• 1.4 研究內(nèi)容27-28
• 第二章 光子線吸收劑量校準規(guī)程及本研究理論基礎(chǔ)28-46
• 2.1 基于照射量或空氣比釋動能校準因子的規(guī)程29-33
• 2.1.1 AAPM TG-21規(guī)程(報告)29-30
• 2.1.2 IAEA TRS-277規(guī)程(報告)30-32
• 2.1.3 國家計量檢定規(guī)程JJG589-200132
• 2.1.4 基于照射量或空氣比釋動能校準因子遇到的問題32-33
• 2.2 基于水吸收劑量校準因子的規(guī)程33-39
• 2.2.1 AAPM TG-51報告33-36
• 2.2.2 IAEA TRS-398報告36-39
• 2.3 小尺寸、非標準野中水吸收劑量的確定39-46
• 2.3.1 測量小尺寸、非標準射野吸收劑量遇到的問題40-42
• 2.3.2 小尺寸、非標準射野高能量光子參考劑量測定的建議42-44
• 2.3.3 基于當前劑量規(guī)范外推得到小尺寸射野劑量的方法44-46
• 第三章 放療中常用探測器特性分析及蒙卡建模數(shù)據(jù)測量46-60
• 3.1 常用探測器及其特性分析46-52
• 3.1.1 指形電離室46-48
• 3.1.2 平行板電離室48-49
• 3.1.3 膠片劑量計49-50
• 3.1.4 硅半導(dǎo)體探測器50-51
• 3.1.5 金剛石探測器51
• 3.1.6 熱釋光探測器51-52
• 3.2 影響測量結(jié)果的主要因素52-56
• 3.2.1 探測器的空間分辨率52-53
• 3.2.2 探測器與射束中心軸對齊53-54
• 3.2.3 探測器的放置方向選擇54-55
• 3.2.4 測量速度、步長55
• 3.2.5 參考探測器的放置55-56
• 3.3 蒙特卡羅建模所需數(shù)據(jù)測量56-60
• 3.3.1 PDD測量56-57
• 3.3.2 OAR和半影測量57
• 3.3.3 TPR和TPR_(20,10)測量57-58
• 3.3.4 總散射因子測量58-60
• 第四章 TrueBeam加速器FFF蒙特卡羅模型的建立及模擬60-80
• 4.1 蒙卡方法及常用蒙卡程序概述60-62
• 4.1.1 蒙特卡羅方法概述60
• 4.1.2 目前放療中常用的蒙卡模擬程序60-62
• 4.2 BEAMnrc程序模擬過程概述及相關(guān)參數(shù)設(shè)置62-70
• 4.2.1 BEAMnrc程序概述62
• 4.2.2 BEAMnrc程序模擬過程主要步驟62-64
• 4.2.3 BEAMnrc程序主要參數(shù)設(shè)置及對結(jié)果的影響64-70
• 4.3 DOSXYZnrc程序模擬過程概述及相關(guān)參數(shù)設(shè)置70-74
• 4.3.1 DOSXYZnrc程序模擬過程需要設(shè)置的參數(shù)70-73
• 4.3.2 DOSXYZnrc程序中主要參數(shù)設(shè)置及對結(jié)果的影響73-74
• 4.4 TrueBeam加速器FFF蒙特卡羅模型建立及模擬74-80
• 4.4.1 TrueBeam加速器FFF機頭模型建立75-77
• 4.4.2 TrueBeam加速器FFF蒙卡模擬程序參數(shù)設(shè)置77
• 4.4.3 TrueBeam加速器FFF蒙卡模擬77-78
• 4.4.4 數(shù)據(jù)處理及比較、分析78-80
• 第五章 結(jié)果與討論80-97
• 5.1 入射電子束參數(shù)選擇80
• 5.2 射線質(zhì)80-81
• 5.3 小尺寸射野的定值81-82
• 5.4 PDD曲線82-83
• 5.5 離軸比曲線和半影83-84
• 5.6 總散射因子及其對水吸收劑量的影響84-97
• 第六章 總結(jié)與展望97-100
• 6.1 總結(jié)97
• 6.2 課題創(chuàng)新點97-98
• 6.3 本研究的局限性98
• 6.4 展望98-100
• 致謝100-102
• 參考文獻102-114
• 個人簡歷、博士期間發(fā)表的文章及參加的學(xué)術(shù)會議交流114-115

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本文編號：1006305