点扫描碳离子束流模型的蒙特卡罗模拟与验证的初步研究

目的:使用蒙特卡罗程序FLUKA建立点扫描碳离子束流模型并对其进行验证。方法:使用FLUKA建立同步加速器碳离子束流治疗头的几何模型,匹配实验测量数据中的单能标称能量、高斯能谱分布、初始束斑大小以及束流的角分布等各项参数;利用治疗计划系统生成碳离子束流治疗计划,通过γ分析比较FLUKA束流模型与治疗计划系统输出的剂量分布差异,验证该模型的准确性。结果:单能碳离子束流的深度剂量分布差异均在0.1 mm之内,束斑大小最大差异为0.17 mm;对于每个靶区,2 mm/2%标准下的2D-与3D-γ通过率均在95%以上。结论:基于蒙特卡罗程序FLUKA实现了点扫描碳离子束流输运过程的精准模拟。该模型能够用于临床治疗计划的模拟验证,并进一步应用于新型粒子治疗设备在开发阶段的模拟以及生物有效剂量的计算。

用于碳离子束流布拉格峰展宽的新型多孔结构体的模拟

模拟了一种新型的多孔结构体(PS 2.0)用于展宽碳离子束流的布拉格峰。使用蒙特卡罗程序FLUKA建立了第一代波纹滤波器、PS 2.0和PS 1.0的几何模型,并比较了三者对束流的调制效果,包括展宽效果、束流均匀性和等中心束斑大小。结果显示:与PS 1.0相比,经PS 2.0展宽后的碳离子束流后沿半影宽度减少了最多1.11 mm;使用PS 2.0调制后的束流具有良好的均匀性;在相同射程深度下,当PS 2.0与等中心位置之间的距离小于10 cm时,使用PS 2.0后的等中心束斑最多减少了1.72 mm(13.93%)。表明PS 2.0能够在展宽布拉格峰的同时兼顾后沿半影的宽度,保证了调制后束流的均匀性,并在一定程度上减小了等中心束斑的大小。