蒙特卡罗模拟中物理模型对质子硼俘获治疗剂量学的影响

比较了蒙特卡罗(MC)软件Geant4中不同物理过程对质子硼俘获治疗(PBCT)的剂量学影响。选取Geant4中FTFP、QBBC和QGSP三种物理过程,构建包含质子硼核反应的质子剂量沉积的模型,比较了80 MeV质子束选取三种物理过程在有无硼时的剂量分布,以及3 MeV质子束轰击纯硼时的核反应产物数据。三种物理过程在有无硼时水模体中的剂量分布无显著差异,一致性较好。FTFP物理过程获得的质子硼核反应产物与QBBC和QGSP物理过程相比差异较大。而QGSP物理过程得到的α粒子的产额、平均能量和能量范围与QBBC物理过程相比与实际情况吻合更好。综合评估三种物理过程中使用的非弹性散射模型以及模拟得到的核反应产物数据,Geant4中的QGSP物理过程更适用于PBCT的MC模拟研究。

低能电子致DNA链断裂的纳剂量蒙特卡罗模拟

为了对DNA损伤进行纳剂量蒙特卡罗模拟,先根据D.Emfietzoglou给出的介电响应理论和Born修正模型计算了低能电子与液态水的非弹性反应截面,在Geant4-DNA的基础上建立了纳剂量蒙特卡罗程序的物理模块,同时参照国际纳剂量蒙特卡罗程序使用的模型参数建立了纳剂量蒙特卡罗程序的前化学模块、化学模块、DNA几何模块及DNA损伤模块。利用本程序,采用H.Nikjoo给出的对电子均匀照射DNA情形的模拟方法,还模拟计算了不同能量电子均匀照射DNA所导致的DNA链断裂产额,并与已公布的实验数据进行比对,二者符合良好。

基于微剂量学蒙特卡罗模拟的重离子生物有效剂量精确计算方法

目的:在蒙特卡罗(MC)模拟当中引入理想组织等效正比计数器(IdealTEPC),并结合微剂量动力学模型(MKM)精确计算重离子生物有效剂量。方法:采用IdealTEPC与MC模拟方法对能量为330MeV/u具有6cm展宽Bragg峰(SOBP)的碳离子束生物有效剂量进行计算。结果:优化得到MKM模型的参数为:α0=0.12Gy-1,rd=0.39μm,Rn=3.7μm。对于能量为330MeV/u具有6cmSOBP碳离子束生物有效剂量的计算显示:基于MKM模型计算的生物有效剂量与碳离子放射治疗计划系统(ciPlan)中的生物有效剂量具有较好的一致性,二者偏差随深度的增加而增大,在坪区、SOBP前端、SOBP中点、SOBP后端、尾区的偏差分别为0.3%、1.7%、2.7%、4.9%、10.3%。结论:IdealTEPC结合MC模拟能够准确计算重离子的生物有效剂量,有效避免TEPC壁引起的辐射场畸变,结构材料所产生的δ电子对线能谱的影响,以及实验中位置的偏差,具有良好的移植性。

基于纳剂量学量模型的碳离子束相对生物学效应计算

目前癌症严重影响人类的健康,迫切需要一种能有效治疗癌症的手段.碳离子束由于其具有较高的生物学效应和独特的布拉格峰,被认为是极具有潜在价值的放疗射线.主要利用基于纳剂量学量的LNDM(Logistic NanoDosimetry Model)模型计算不同入射能量碳离子束在水模体的相对生物学效应(Relative Biologica Effectiveness,RBE).使用GATE模拟工具得到碳离子束及其碎片在水模体中不同深度的能谱和剂量,利用预先计算的带电离子纳剂量学量数据库计算得到碳离子束的四个纳剂量学量M1、■,基于LNDM模型计算碳离子束的RBE.结果表明,碳离子束的RBE峰值随着入射能量的增加而逐渐降低,并且RBE峰值出现在布拉格峰下降沿附近.

医用加速器X-射线射野剂量分布的蒙特卡罗模拟与实验测量

用电离室测量及蒙特卡罗方法计算水模体中瓦里安6 MV X-射线射野的百分深度剂量和射野离轴比,对测量和计算结果进行比较和分析。结果表明:10 cm×10 cm射野百分深度剂量在0-20 cm深度范围内,按2 mm/2%标准,?≤1的通过率为96.47%,按3 mm/3%标准,?≤1的通过率为99.23%;射野离轴比按2 mm/2%标准,?≤1的通过率为97.56%,按3 mm/3%标准,?≤1的通过率为99.42%;10 cm×10 cm射野深度剂量中的电子线份额为5.3%,40 cm×40 cm射野深度剂量中的电子线份额为15.2%。通过电离室测量和蒙特卡罗计算的方法能够确定X-射线射野的剂量分布特性。

石英β剂量的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗方法对TL或OSL测定年代中用β源进行照射时石英样品的吸收剂量进行模拟,研究石英薄片样品厚度和石英单颗粒大小对吸收剂量的影响。模拟程序用EGSnrc/DOSRZnrc,圆柱形薄片样品直径0.97cm,厚度10–500μm,单颗粒大小60–300μm。结果表明,吸收剂量与薄片样品的厚度有关,相对剂量的最大差异达10%;石英单颗粒中相对剂量随颗粒变小而增大,最大差异达19%。这些因素在测定年代过程中需加以考虑。

动态旋转体部伽玛刀辐射剂量学蒙特卡罗模拟研究

目的:在同一蒙特卡罗(MC)模拟平台上,对不同型号的动态旋转体部伽玛刀辐射剂量学进行MC模拟研究。方法:(1)根据体部伽玛刀聚焦照射模式,选择代表机型,即OUR-QGD型体部伽玛刀和LUNA全身伽玛刀;(2)基于EGSnrc分别进行MC建模;(3)利用EBT3胶片和160 mm有机玻璃球模体测量焦点处剂量分布进行MC模型验证;(4)利用验证的模型进行剂量学研究。结果:OUR-QGD型体部伽玛刀和LUNA全身伽玛刀的MC模型模拟结果分别与对应的实验测量进行对比,不同准直器条件下,剂量分布半高宽偏差均≤1 mm,MC模拟的输出因子和厂商数据对比,偏差均在±4%之内,并进一步对偏差进行了分析。结论:动态旋转体部伽玛刀辐射剂量学MC模拟研究,基本可以为目前临床使用的不同机型体部伽玛刀的辐射剂量学质量控制提供重要参考和依据。

电子束在不同介质界面附近剂量跃变的蒙特卡罗模拟

在许多辐射剂量的应用中,都会涉及到如何精确地计算两种介质界面附近的剂量问题.作者用不同的多次散射模型,对多种介质界面附近的剂量跃变进行了蒙特卡罗模拟,并与相应的实验结果进行比较,研究了使用不同的多次散射模型对计算结果的影响.

光子吸收剂量的蒙特卡罗计算方法研究

为了能够通过选择合适的计算方法对不同辐射情况的光子剂量进行准确有效的计算和评估,对比研究了蒙特卡罗模拟软件中常用的四种光子剂量计算方法:剂量转换系数法、发热数法、径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法,从计算原理出发结合仿真结果分析比较了这四种方法。通过模拟不同能量的单能光子束入射不同体积大小的水球,分析了用比释动能近似吸收剂量导致的误差,并且模拟分析了不同含量的高原子序数元素钆对于吸收剂量计算结果差异的影响。由于转换系数是根据参考人模计算得到的,因此剂量转换系数法只能对吸收剂量进行快速的估计计算,很难在特定情况下得到精准剂量;当高能量光子入射小体积物质时,比释动能会大于吸收剂量,使用发热数法和径迹长度能量沉积法会产生误差,采用脉冲高度计数法更加合适;在低能量和大体积时可以根据计算精度和计算机资源选择任意方法;当组成物质的高原子序数元素含量增多时,径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法之间的计算误差会减少。

利用蒙特卡罗模拟评估空气间隙对点扫描质子治疗的剂量影响

目的:利用蒙特卡罗模拟探究空气间隙对点扫描质子治疗的剂量影响。方法:利用通用蒙特卡罗程序Geant4平台构建使用射程移位器的治疗头末端的点扫描质子束流模型,并进行验证。模拟计算不同能量、不同射程移位器、不同束斑尺寸、不同束斑数目在不同空气间隙条件下的质子束流在水模体中的剂量沉积,并通过获得的积分深度剂量生成剂量修正因子对剂量的差异进行比较。结果:不同空气间隙会造成剂量损失,随空气间隙增大而增大,随水模体中深度增加而减小。对于能量更高的射束和使用水等效厚度更薄的射程移位器,剂量损失越大。束斑尺寸改变和束斑数目增加较少时造成的剂量损失与同条件下单一束流无显著差别。结论:当使用射程移位器、肿瘤位置较浅、空气间隙较大时,建议建立剂量修正因子数据库应用于治疗计划系统对剂量进行修正。

^(60)Coγ射线在Au/Al界面剂量分布测量及其蒙特卡罗模拟

研究了高原子序数材料金与铝交界时60Coγ射线入射产生的剂量深度分布。用电离室测量了Au/Al界面剂量梯度分布,并且用蒙特卡罗方法对界面附近的剂量梯度分布进行了计算,得到了与实验符合较好的结果。采用的实验测试及理论模拟方法为研究γ射线剂量增强提供了手段。

Cs-131近距离治疗前列腺癌剂量学的蒙特卡罗模拟

利用MCNP程序对IsoRay公司2004年研制的并通过FDA认证的Cesium-131即model Cs-1放射源近距离治疗前列腺癌的各剂量学参数进行研究.采用美国可视人项目(VHP)确定的成年男子全身模型的前列腺参数替代传统的用组织等效水体模.所得到的径向剂量函数、各向异性函数等可直接应用于临床治疗的剂量计算.

基于蒙特卡罗模拟的CyberKnife病人治疗计划剂量验证

目的:为保证CyberKnife的精确治疗,本研究利用蒙卡方法建立一套适用于CyberKnife的蒙卡剂量验证系统,并与实际计划的放射治疗计划系统(Treatment Planning System,TPS)优化结果相比较,验证TPS所得的优化剂量。方法:采用BEAMnrc和DOSXYZnrc模拟代码,模拟Accuray第4代CyberKnife治疗系统。研究中对直径分别为25 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm的5个准直器进行模拟得到组织体模比(Tissue Phantom Ratio,TPR)数据和剂量离轴比(Off Axis Ratio,OAR)数据,并与测量数据比较,以确保系统的精确性。结果:在TPR和OAR数据的比较中,模拟系统所得数据和实际测量所得数据吻合的很好。在深度为5 cm时,准直器视野范围内OAR数据的全局相对误差均小于1%;自动化质量验证模体40%等剂量线内伽玛因子通过率为99.88%(3 mm,3%),1例肝部病人计划模拟中,对应的伽玛因子通过率为88.56%(3 mm,3%)。结论:建立的蒙卡系统能够正确地模拟CyberKnife出束情况,实施治疗前病人计划的剂量验证工作,适用于作为基于蒙卡的第三方剂量检验软件。

蒙特卡罗模拟法在辐射剂量计算上的应用

蒙特卡罗模拟为计算由不同辐射在观察点处产生的辐射剂量提供了有效的方法。本文介绍了ＩＴＳ和ＭＣＮＰ两个有用的蒙特卡罗软件，并用其计算了￣（６０）Ｃｏ的β和γ射线以及￣（２４０）Ｐｕ的中子射线在一定模拟条件下的剂量分布。文中还计算了核医学中常用的两种β同位素（￣（１３１）Ｉ，￣（９０）Ｙ）的点源影响函数，并给出了在均匀介质中利用点源影响函数推算辐射剂量的积分公式。

高剂量率铱源剂量学特征的蒙特卡罗模拟研究

目的采用蒙特卡罗模拟技术,借助程序MCNP5对国产高剂量率铱源剂量率的分布进行模拟研究。方法基于TG43号报告中的剂量率计算公式,借助MCNP5建立铱源模型,模拟计算此模型的空间剂量分布,分析研究铱源的径向剂量函数及各向异性函数。结果模拟的各向异性函数与发表结果在误差范围内一致。当径向距离较小时,模拟的径向剂量函数与发表结果符合较好;当径向距离较大时,模拟的径向剂量函数与部分发表结果符合较好,但也与部分发表结果相差较大,在r=15 cm处,最大相对误差为24%。结论基于MCNP5的蒙特卡罗模拟技术可较好地模拟研究国产高剂量率铱源的剂量学特征,这为进一步探索影响后装放疗剂量分布的因素奠定了理论基础。

基于临床实例的影响蒙特卡罗程序MCNP计算精度和速度的若干参数模拟研究

蒙特卡罗方法是目前最精确的剂量计算方法,但其较长的模拟时间阻碍了它在临床治疗中的应用。基于蒙特卡罗程序MCNP4c,针对一临床头部病例,探讨了记数方法、电子和光子截断能、光子产生次级电子参数ENUM对计算速度和精度的影响,给出了在保证一定精度前提下的最佳计算模式,以获得计算速度的有效提升。

蒙特卡罗方法及其在辐射剂量计算中的应用

概述了蒙特卡罗方法的产生与发展,阐述了蒙特卡罗方法的基本特点,最后就蒙特卡罗方法在辐射剂量计算上的应用进行了讨论。

低能离子注入彩棉种子的生物物理机理

通过建立与生物组织较为接近的靶模型,采用MonteCarlo方法研究了低能离子注入植物种子诱变的机理,为进一步指导育种实践提供重要的理论指导。结果表明在20-200keVN+注入彩棉种子,离子的深度在0-22μm之间,对于单个细胞大量离子被阻停在细胞质内较浅的区域,这段区域很可能是低能离子与生物组织发生三因子效应的主要区域,对于"马鞍型"曲线产生的原因推测是由能量、质量和深度等因素共同决定。

低能光子致DNA链断裂的蒙特卡罗模拟研究

为研究不同类型和能量的粒子照射细胞核DNA时导致的DNA损伤等辐射生物效应,建立了DNA、染色质原子模型,并开发了纳剂量蒙特卡罗程序NASIC。该程序可模拟包括光子、电子、质子在内的多种粒子在生物介质中的作用过程,既包括物理和化学径迹结构,也包括后续的生物响应过程。使用NASIC程序模拟了^(137)Cs源、Al的K层特征X射线(Al_K)源照射哺乳动物细胞后造成的单链断裂和双链断裂产额。研究结果表明,本文使用的DNA原子模型更加接近真实结构,DNA双链断链产额计算结果与实验值吻合较好。

同位素铯源小尺度参考辐射蒙特卡罗模拟研究

为研究同位素铯源小尺度参考辐射的计量特性与散射特征,采用蒙特卡罗程序MCNP开展了模拟研究,并将模拟结果与实验结果进行对比。本文厘清了边长为600mm的铅屏蔽立方体同位素铯源小尺度参考辐射的计量特性与空间散射射线的特征信息,明确了待检仪器探头尺寸对小尺度参考辐射中散射成分的影响规律,确定了用于表征散射特征的计量特征点的位置。