本文關(guān)鍵詞：基于TOPAS質(zhì)子放療劑量的蒙特卡羅模擬研究

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【摘要】：放射治療是指利用電離輻射產(chǎn)生的射線照射腫瘤細(xì)胞,在受照射區(qū)中達(dá)到一定的能量沉積從而破壞“靶區(qū)”的腫瘤細(xì)胞,達(dá)到治療目的的一種腫瘤治療手段。與常規(guī)射線(電子、光子)治療不同,質(zhì)子所固有的倒轉(zhuǎn)深度劑量分布物理特性,使得在使用質(zhì)子治療時(shí),使腫瘤區(qū)域得到很大的輻射劑量而附近正常組織受到很少輻射劑量,可以在殺死腫瘤細(xì)胞的同時(shí),最大程度的保護(hù)腫瘤周圍的正常組織,使其少受甚至不受傷害。其中,劑量計(jì)算是質(zhì)子放射治療中最為核心的部分,蒙特卡羅劑量算法在劑量計(jì)算方面有較大優(yōu)勢(shì),它通過(guò)粒子輸運(yùn)軟件模擬實(shí)際粒子的治療條件來(lái)進(jìn)行劑量計(jì)算,常用的質(zhì)子放射治療蒙特卡羅軟件主要包括FLUKA、GEANT4. MCNP等,但是由于這些軟件對(duì)于臨床物理學(xué)家來(lái)說(shuō)過(guò)度復(fù)雜。TOPAS (TOol for PArticle Simulation)是基于蒙特卡羅工具包Geant4的擴(kuò)展,這是一個(gè)簡(jiǎn)單并易于用戶使用的軟件,專門用于質(zhì)子治療模擬。本文利用TOPAS粒子輸運(yùn)模擬軟件,通過(guò)對(duì)模擬環(huán)境、粒子源和幾何體的實(shí)現(xiàn),進(jìn)行了大量的模擬實(shí)驗(yàn)。首先,模擬了不同能量的質(zhì)子束在空氣中的傳播情況,展示了TOPAS模擬軟件強(qiáng)大的可視化和幾何編輯能力；模擬了不同能量的質(zhì)子束在水中的深度劑量分布,并將其模擬的射程與測(cè)量數(shù)據(jù)的擬合公式進(jìn)行了比對(duì),驗(yàn)證了TOAPS模擬程序的精確性；其次,通過(guò)對(duì)不同能量及步長(zhǎng)的質(zhì)子束的模擬,進(jìn)行了SOBP合成方法研究；并模擬了質(zhì)子束在不同射野以及在均勻和非均勻組織中的劑量分布特點(diǎn),指出了在實(shí)際臨床治療中需要注意的問(wèn)題；本文還就常用于劑量計(jì)算解析算法中對(duì)于非均勻介質(zhì)修正的等效路徑法進(jìn)行了驗(yàn)證,驗(yàn)證了等效路徑法對(duì)不同厚度和位置的非均勻介質(zhì)的修正效果;最后利用TOPAS對(duì)一典型被動(dòng)散射式治療頭進(jìn)行模擬,實(shí)現(xiàn)了通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制輪對(duì)不同能量質(zhì)子束B(niǎo)ragg峰展寬技術(shù),分析了不同能量質(zhì)子束不同寬度的SOBP的劑量分布特點(diǎn)。本文的模擬研究工作對(duì)質(zhì)子放射治療做了一些基礎(chǔ)性研究工作,取得了很多有意義的研究結(jié)果,對(duì)TOPAS粒子輸運(yùn)軟件在質(zhì)子治療方面有了進(jìn)一步的理解,為后續(xù)的質(zhì)子放療研究提供了一定幫助。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子放療 蒙特卡羅方法 TOPAS 劑量計(jì)算 被動(dòng)散射式治療頭
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R730.55
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-24
• 1.1 概述16-21
• 1.1.1 腫瘤的放射治療16-17
• 1.1.2 質(zhì)子腫瘤放射治療17-19
• 1.1.3 質(zhì)子精確放療計(jì)劃系統(tǒng)ARIS-IMPT19-20
• 1.1.4 劑量計(jì)算20-21
• 1.2 蒙特卡羅算法在質(zhì)子劑量計(jì)算中的應(yīng)用21-22
• 1.3 本論文工作意義22-23
• 1.4 本論文的內(nèi)容安排23-24
• 第二章 研究方法24-35
• 2.1 蒙特卡羅方法概述24-27
• 2.1.1 MC基本思想24
• 2.1.2 解題的一般步驟24-25
• 2.1.3 MC方法的優(yōu)勢(shì)和不足25
• 2.1.4 蒙特卡羅程序25-26
• 2.1.5 適用于質(zhì)子輸運(yùn)的蒙特卡羅程序26-27
• 2.2 TOPAS軟件概述27-34
• 2.2.1 TOPAS/GEANT4軟件構(gòu)成27-30
• 2.2.2 TOPAS幾何組件30-32
• 2.2.3 TOPAS的粒子徑跡可視化32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 第三章 質(zhì)子放療劑量的蒙特卡羅模擬研究35-58
• 3.1 質(zhì)子的深度劑量35-42
• 3.1.1 質(zhì)子深度劑量特點(diǎn)35-37
• 3.1.2 質(zhì)子深度劑量的SOBP合成37-42
• 3.2 射野大小的影響研究42-48
• 3.2.1 2cm×2cm野42-44
• 3.2.2 5cm×5cm野44-46
• 3.2.3 10cm×10cm野46-48
• 3.3 一維非均勻模體研究48-57
• 3.3.1 水/骨/水模型49-52
• 3.3.2 水/肺/水模型52-55
• 3.3.3 等效路徑法校驗(yàn)55-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第四章 被動(dòng)散射式加速器治療頭解析研究58-65
• 4.1 束流配送系統(tǒng)58-59
• 4.1.1 被動(dòng)散射束流配送系統(tǒng)58-59
• 4.1.2 主動(dòng)掃描式束流配送系統(tǒng)59
• 4.2 被動(dòng)散射式束流配送系統(tǒng)的TOPAS模擬研究59-64
• 4.2.1 模擬條件59-60
• 4.2.2 模擬粒子源的實(shí)現(xiàn)60
• 4.2.3 模擬幾何體的實(shí)現(xiàn)60-61
• 4.2.4 結(jié)果與分析61-63
• 4.2.5 結(jié)論63-64
• 4.3 本章小結(jié)64-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 論文總結(jié)65
• 5.2 工作展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況71

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：684018