用HFTT程序计算核反应激发函数

本文描述了HFTT程序中所用的包括平衡前发射的统计模型和计算方法,该程序主要用于计算轻粒子诱发的中重核核反应激发函数,其主要特点是输入参数较少,使用很方便。通过对一系列核的计算表明,该程序可以较好地预言中重核核反应激发函数。

6MV医用电子直线加速器轫致辐射谱研究

用衰减法对6MV医用电子直线加速器的轫致辐射X射线能谱进行测量,并利用模拟电子 光子耦合输运的Monte Carlo程序EGS4对已知的治疗头几何结构、靶材料和电子源等特征的医用电子直线加速器轫致辐射谱进行研究。实验测量结果和EGS4模拟计算结果符合较好。

基于对应点匹配的断层图像三维插值方法

用于放疗计划的 ＣＴ和 ＭＲＩ图像断层之间的距离通常大于断层内部像素间的距离，三维剂量场的计算等工作通常需要等间隔分布的三维图像数据。目前常用的断层间直接线性插值的方法会引起图像边界模糊，针对这个问题，本文提出了一种基于相邻两个断层图像对应点匹配的插值新方法，首先在相邻断层间建立起点与点的对应关系，然后再利用这些对应点插值出新的图像数据。模拟结果表明，这种方法能有效地消除直接线性插值带来的图像边界模糊的问题，使得插值后的图像质量比传统方法有明显改善。

不同探测器在多叶准直器质量保证中的定位精度比较

目的:比较辐射自显影胶片、电子射野影像系统、电离室矩阵等不同探测器在多叶准直器质量保证中的定位精度。方法:采用辐射自显影胶片(GAFCHROMIC EBT胶片)、电子射野影像系统、电离室矩阵(IBA公司Matrixx和PTW公司Seven29)测量和比较瓦里安公司Clinac ix加速器的多叶准直器叶片的边缘的边响应函数,比较测量结果,评价不同探测器的定位精度。结果:四种探测器的定位精度均可达到0.1mm,其中电子射野影像系统的灵敏度最高。结论:上述探测器均能满足临床质控需要。

HW-Plan放射治疗计划系统的实验验证

本文采用辐射胶片结合指形电离室的测量方法,借鉴AAPM 51号报告的电离室测量方法和AAM P 55报告中对放射治疗计划系统验证的推荐标准,对本实验室新研发的H W-Plan放射治疗计划系统进行了实验验证,内容包括点剂量、轴向剂量分布曲线以及等剂量曲线的验证比较。实验采用方形水模和有机玻璃模体,通过CT扫描确定模体的电子密度和模拟靶点(测量位置),采用PTW电离室测量在三野交叉共面、等中心照射条件下等中心点和偏等中心点的照射剂量,采用K odak ED R2辐射胶片测量该条件下靶区剂量场的相对分布,并与计划系统在相同照射条件下计算的剂量场进行了验证比较,实现了对H W-Plan放射治疗计划系统验证,为计划系统的市场准入和进入临床应用提供了可靠的依据。

用测量的6MV医用电子直线加速器X射线能谱验证放疗剂量的初步研究

本研究工作用实验测量的北京医疗器械研究所生产的6MV电子直线加速器X射线谱作为输入数据,计算加速器水箱测量的基本数据PDD和OAR曲线并和实验测量的相应曲线进行比较。这里的X射线能谱是经过MonteCarlo程序EGS4的模拟计算结果验证过的。从比较的结果看,无论能谱测量、MonteCarlo模拟结果,还是通过PDD和OAR曲线的测量和计算,都证明把衰减法测量的X射线能谱作为对未知头部结构的加速器进行放疗计划验证的技术路线是可行的。

MONTE CARLO SIMULATION OF RADIATION FIELD OPTIMIZATION FOR MEDICAL LINAC

A method for designing an X-ray flatness filter for medical electron linac is developed. It is used in the optimization process in the electron beam radiation system. Monte Carlo simulation method is used and two examples of real radiation system optimization processes for China-made medical electron linac are provided： 15 MV X- ray system of BJ-20 linac, and 12 MeV electron system of BJ-14. Results are verified by using the traditional method.

球-圆柱形空腔电离室壁修正因子的实验测量

对10 cm3NIM空气比释动能基准的球-圆柱形石墨空腔电离室室壁修正因子Kwall确定方法进行了研究.利用实验外推方法测量该电离室在60Co γ射线辐射场中的Kwall值,并且采用Monte Carlo(MC)模拟计算方法对实验外推方法得到的结果进行验证.实验外推和MC计算结果表明,传统的线性外推法确定的Kwall值比MC 计算得到结果的值低0.48%,比"等效平均厚度"实验外推所求得的值低0.45%.利用"等效平均厚度"对实验结果进行外推所求得的Kwall值与MC模拟计算方法得到的结果在0.02%以内吻合.

用蒙特卡洛方法模拟和评价电离室矩阵探测器的定位灵敏度

目的:由于阵列式平板探测器内每个电离室单元探测器结构和尺寸的差异,构成了不同厂家生产的探测器阵列在放射治疗质量控制中的地位,各自的优势和不足。本文通过Monte Carlo(MC)模拟对不同面积的准直器遮挡入射束所形成的剂量场分布,并和实验测量的结果进行比较,用于评价不同厂家生产的方形探测器电离室矩阵与圆形探测器阵列的对照射野定义的位置灵敏度。方法:用BEAMnrc软件对电子直线加速器机头建模并模拟6 MV X射线的注量场分布,得到PHASE SPACE(相空间)文件,用DOSXYZnrc计算水模体中探测器的剂量分布范围与实际被照射面积的对应关系,从而评价PTW公司的SEVEN29电离室矩阵(方形探测器)与IBA公司的MatriXX电离室矩阵(圆形探测器)对位置的探测敏感度。结果和结论:PTW公司的SEVEN29和IBA公司的MatriXX两种阵列中单个探测器的定位灵敏度在2%的误差范围内基本一致,在放射治疗中凡是涉及对位置的精度检测的操作过程中,这两种电离室矩阵都可以任意选用,其位置的空间定位精度在1 mm以下。

伽玛刀剂量的Monte Carlo计算

应用MonteCarlo模拟方法，计算了Leksell型的伽玛刀在人脑体模中的剂量分布曲线，其中包括单源和多源情况。

球形石墨空腔电离室壁修正因子的Monte-Carlo模拟和实验测量

采用Monte-Carlo模拟和实验测量两种方法对30 cm^3和10cm^3球形石墨空腔电离室在^(?)Coγ射线下的壁修正因子K_(wall)进行研究。实验和模拟计算结果的比较表明,传统的线性外推法确定的壁修正因子比Monte-Carlo模拟计算结果约偏低1．0％。对美国国家标准技术研究所(NIST)国家空气比释动能基准组的30 cm^3和50 cm^3球彤石墨空腔电离室在^(60)Coγ射线下的相对电离电流和壁修正因子进行了Monte-Carlo模拟计算,计算的相对电离电流值与NIST发布的实验测量值在0．12％内吻合。

北京大学的医学物理和工程研究(英文)

除了有六个附属医院外,北京大学与医学物理和工程研究有关的最早的单位是北京大学重离子物理研究所。这个研究所是1983年经国家教育部批准成立的,主要从事核技术及应用方面研究工作。1994年底因当时的国家科委和国家教委对基础性研究所改革试点的需要,经过国内同行严格评估之后批准建立了医学物理研究方向,开始了这方面的研究工作,开始了该领域的教学科研工作,包尚联是这个学科方向的发起者和具体组织者。为了建立和医学临床之间的合作关系并把重点放在肿瘤的诊疗上面,我们于1997年和北京大学医院联合成立了北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心。而北京医疗器械研究所是国内从事医用电子直线加速器的专业研究所,最近已经改造为企业,是国内的同行业内的领头企业。为了更好地和医疗工业的发展有机结合,北京大学的医学物理学科又于1999年左右开始和北京医疗器械研究所合作,并于2001春天经北京市组织的严格评估之后批准建立了北京市重点实验室:医学物理和工程。这个实验室的成立标志我们的研究方向和国民经济的紧密结合。至此,我们共有五个研究方向:核磁共振成像;核医学成像;医学图像处理;放疗物理和技术;电子直线加速器为主的医疗仪器的关键技术、工艺和整机的优化设计等工程研究和发展。

医用直线加速器的X射线剂量的实验研究

本文介绍了用于测量电子直线加速器剂量的电离室和胶片探测器。用这些探测器测量了电子直线加速器在方型和圆形野情况下的几种重要的剂量分布，如百分深度剂量、组织最大比、离轴比等。文中介绍了用这些探测器测量这些参数时的特点。

逆向调强放射治疗计划软件临床病例的比较

目的:评价北京海思威科技有限公司和北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心联合研制的逆向放疗计划是否达到商用软件的功能。方法:用我们研发的HW-3D TPS和用临床真实病例进行逆向优化计算,获得处方剂量场分布,看是否满足医生对治疗靶区和周围危及器官的剂量分布要求,并和已经商业化的软件Varian Eclipse A10用相同病理获得的结果进行比较,进行综合评价。结果:研究和比较在人体内有典型意义的11个病理,获得结果:①所有计划均符合临床医生的处方要求,PTV 95%的体积都能达到95%的处方剂量;②检测PTV的STD是否小于5%,PTV的95%的体积都能达到95%的处方剂量,符合国家标准;③综合比较两个TPS系统PTV的STD值,Varian Eclipse A10的PTV STD平均值为2.8%;HW-3D TPS系统PTV的STD平均值为2.2%。在允许误差范围内达到可比性。结论:HW-3D TPS对临床病例有较好的逆向优化处理能力,其结果与商业化的TPS软件的处理结果具有可比性。

利用深度剂量数据重建放射治疗X射线能谱

利用深度剂量测量数据重建放射治疗X射线能谱,并对重建方法进行评价。先用Monte-Carlo模拟计算60个单能光子束的深度剂量分布作为基函数,然后使用Cimmino迭代法对测量的深度剂量进行线性拟合,得到相应射野每个单能光子束对测量深度剂量的贡献权重,即放射治疗所用的轫致辐射X射线的相对能谱。考虑机头组件散射对能谱的影响,计算中采用双源模型,在等中心平面分3个区域(5cm×5cm、10cm×10cm～5cm×5cm、20cm×20cm～10cm×10cm)重建能谱。最后将分区重建能谱与10cm×10cm射野重建能谱进行比较,对重建方法进行评价。结果表明:利用双源模型重建能谱更符合临床实际情况,分区能谱较不分区能谱计算的深度剂量更符合实际测量深度剂量。

医用电子直线加速器机头散射X射线的分析

本文介绍了一种用于医用电子直线加速器机头的结构部件上产生的散射X射线能量注量分布的解析计算方法。该方法是在蒙特卡罗模拟计算得到的初级X射线能谱的基础上,通过康普顿散射的Klein—Nishina公式计算得到的。考虑的主要散射源为机头内的初级准直器和均整块。我们用这个方法研究了北京医疗器械研究所生产的6MeV BJ-6加速器的机头散射情况并和实验测量结果进行了比较。比较的结果还包括均整块和初级准直器的散射与射野大小及离开X射线源距离之间的关系。比较结果表明:该解析计算方法对计算机头散射问题是可行的。

基于GPU的蒙特卡洛放疗剂量并行计算

目的:蒙特卡洛模拟在放疗剂量计算领域被广泛视为最精确的计算方法,但对于日常的临床应用,其效率仍有较大提升需求和空间。方法:本文会呈现放疗剂量计算领域的最新成果--维持相同的粒子输运原理的同时,使用CUDA语言,利用显卡的GPU(Graphic Processing Unit)并行处理蒙特卡洛计算中的主要过程,计算光子剂量沉积。这样既可以保证不失去蒙卡模拟的精度,又可以极大地提高运算速度。结果:实践表明在使用NVIDIA GTX460 1G DDR5 plus INTEL i52300的硬件设备,在GPU上并行计算蒙特卡洛放疗剂量沉积时,计算100万个光子剂量沉积时加速因子达到116.6,处理1000万光子入射,加速因子可达127.5。结论:本文中利用显卡GPU运行CUDA语言对放疗剂量计算进行模拟,是一种可以大幅有效提高剂量计算效率方法。

基于GPU的蒙特卡洛放疗剂量模拟

目的:蒙特卡洛模拟被认为是目前剂量计算方面最为精确的算法,但是因为其模拟时间过长,在临床应用上受到限制。EGSnrc作为目前在医学物理领域应用最为广泛的蒙特卡洛模拟软件,因为其过长的执行时间,其在临床方面的应用受到很大限制。为了克服这一障碍,我们开发了一个基于GPU的蒙特卡洛模拟程序,以期为放疗计量提供一个高效和低成本的蒙卡程序。方法:本文给出了一种基于GPU(Graphic Processing Unit)的蒙特卡洛模拟的新方法,开发语言是CUDA 5.0,将目前最为通用的蒙特卡洛程序EGSnrc移植到GPU平台,保留EGSnrc的核心物理过程以及输运过程的算法,这可以在最大限度保持原来EGSnrc模拟精度的前提下,极大地提高蒙特卡洛模拟的效率。GPU版本的蒙特卡洛模拟程序运行在一块英伟达Tesla C2050显卡上。GPU版本的EGSnrc精度的验证采用了纯水模体,同时,入射的射线我们选择为6 MV的光子。为了进一步检验GPU版本的EGSnrc的精度,我们进行了一个逐体素的检验,检验结果显示,GPU版本的EGSnrc和EGSnrc符合的很好。结果:最终实验结果表明,在模拟20亿个相空间事例的情况下,使用NVIDIA Tesla C2050显卡,新的基于GPU的蒙特卡洛程序的速度比在单核的Intel Xeon 2.0 GHz CPU上的模拟速度提高了43倍,且其精度与EGSnrc的精度相当。计算结果的方差在高剂量区域(D>Dmax)小于0.5%,计量误差经过Dmax归一化之后,其和EGSnrc的误差小于1%的比率在占整个区域的90%以上。结论:通过此新程序表明,基于GPU的蒙特卡洛算法可以极大地提高蒙特卡洛程序的运行效率,与此同时,GPU版本的EGSnrc在最大程度上保持了EGSnrc的模拟精度。考虑到GPU版本的EGSnrc程序的速度以及精度优势,其在未来的临床应用中有着巨大的前景。

基于统一结构的并行混合放疗计划优化策略

为了满足适形调强放疗对治疗计划逆向优化计算的需要,针对靶区定义的复杂情况构造了新的目标函数.以模拟退火算法和遗传算法优势组合为例,研究了逆向放射治疗计划并行混合优化策略,给出了基于统一结构的并行广义邻域搜索混合优化算法,并在多CPU、多核计算机上实现了这一算法.描述了用该并行混合优化算法计算的数字体模和5个临床病例的例子,获得了满意的结果.结果表明,这种优化算法有效、实用,为开发新型并行混合优化算法建立了平台,为把商业化的三维适形放疗计划系统进一步发展为生物导向的放疗计划打下了基础.

^(88)Y(n,2n)反应截面研究

本工作用相同复合系统的核反应替代法获得了入射中子能量在10.3 MeV到17.4MeV 区间不稳定靶核^(88)Y 的(n,2n)核反应截面,并把该结果同我们的理论计算结果及 Prestwood 等人的实验和理论计算结果进行了比较,比较结果表明这种替代测量法值得研究。