笔形束剂量算法中物理学参数的计算

高能电子束具有有限的射程,因而可以有效地避免靶区后深部组织的照射,在治疗体表肿瘤和体内浅部肿瘤方面,具有不可替代的作用.研究了基于Hogstrom笔形束电子剂量计算算法中的物理学参数计算问题,分析了物理学参数的基本原理,并根据实际的临床条件,讨论了物理学参数的计算方法.实验结果表明,Hogstrom算法能够有效地解决电子束的剂量计算问题.

高电流密度实心电子束均匀磁场聚焦电子枪的设计

针对W波段小型化扩展互作用器件对电子枪及其对电子束的需求,设计了采用均匀磁场聚焦的高电流密度实心电子束电子枪。首先考虑现阶段阴极发射能力和扩展互作用器件对电子束的需求下完成了静电电子枪的设计;在此基础上,将电子枪分为静电聚焦区、过渡区和均匀磁场区三个部分,通过理论计算得出了理想的均匀聚焦磁场分布。在此基础上建立了高电流密度实心电子束均匀磁场聚焦电子枪的三维粒子仿真模型,工作电压为17 kV,阴极发射电流为19.3 A/cm2的条件下得到了压缩比为33,束电流为668 mA,平均束半径为0.182 mm,平均束电流密度为642.4 A/cm2的高电流密度实心电子束。仿真结果表明,该电子束在半径为0.25 mm的电子通道内的流通率达到了100%,理论计算和三维粒子仿真的结果符合得很好。

电子束在均匀水介质中平均能量计算方法的研究

目的:混合笔束模型可以有效地计算电子在类人体介质中的三维剂量分布。入射电子束在介质中不同深度上平均能量的计算精度影响混合笔束模型的计算精度。本文以Monte Carlo的模拟结果为参考,在均匀水介质中,对现有计算电子在不同入射深度上平均能量公式的精度进行评估。方法:将几种计算电子束平均能量公式的计算结果与Monte Carlo模拟结果进行比较。结果:比较了6 MeV、9 MeV、12 MeV、15 MeV和20 MeV电子束的计算结果与Monte Carlo模拟结果表明,对高能电子束现有公式可以有效地计算电子平均能量;对低能电子束,现有公式的计算结果存在较大误差,从而会影响混合笔束模型的计算精度。结论:为了提高混合笔束模型的计算精度,有必要对计算电子束平均能量的方法进行进一步的研究。

电子束剂量计算的实现

目的:研究了Hogstrom笔形束电子剂量计算算法的实现,验证了算法的可行性。方法:(1)从物理学的角度,论述了电子束剂量计算的基本原理;(2)论述了Hogstrom算法的实现过程;(3)使用实测数据对Hogstrom算法进行了验证。结果:Hogstrom算法的计算曲线与实验测量曲线有比较好的符合性。结论:Hogstrom笔形束算法是一种解决电子剂量计算问题的有效方法,具有一定的临床可行性。

数值方法分析电子线笔形束模型的能量展宽函数

目的:探讨用离轴比曲线分析电子束照射野笔形束模型能量展宽函数的方法。方法:用PTWmp3三维水箱测量Synergy加速器所有电子束能量、限光筒、空气间隙在不同深度的射野离轴比曲线。用数值分析方法对射野离轴比曲线进行分析,得到电子线照射野笔形束模型能量展宽函数σp(z)随电子束标称能量、限光筒大小和限光筒底端面到体模表面空气间隙变化的规律。将计算得到的σp(z)输入到PLATO治疗计划系统,计算吸收剂量,并与相同条件下用0.6cc电离室剂量仪测量的结果进行比较。结果:能量展宽σp(z)随深度增加而变大,接近电子最大射程末端,很快减小,呈液滴状分布。能量展宽和电子的标称能量以及限光筒大小有关,这主要是电子在体模中的单次和多次散射作用引起的。能量展宽随限光筒低端面到体模表面的空气间隙线性变化。标准条件下吸收剂量的计算值和测量值很接近,最大误差小于±5%。结论:电子束照射野笔形束模型充分考虑电子在体模内的作用特点和过程,是比较好的计算模型。用射野离轴比数据分析电子束照射野笔形束模型的特征参数,结果准确可靠。

A Practical Method to Evaluate and Verify Dose Calculation Algorithms in the Treatment Planning System of Radiation Therapy

Purpose: To introduce a practical method of using an Electron Density Phantom (EDP) to evaluate different dose calculation algorithms for photon beams in a treatment planning system (TPS) and to commission the Anisotropic Analytical Algorithm (AAA) with inhomogeneity correction in Varian Eclipse TPS. Methods and Materials: The same EDP with various tissue-equivalent plugs (water, lung exhale, lung inhale, liver, breast, muscle, adipose, dense bone, trabecular bone) used to calibrate the computed tomography (CT) simulator was adopted to evaluate different dose calculation algorithms in a TPS by measuring the actual dose delivered to the EDP. The treatment plans with a 6-Megavolt (MV) single field of 20 × 20, 10 × 10, and 4 × 4 cm2 field sizes were created based on the CT images of the EDP. A dose of 200 cGy was prescribed to the exhale-lung insert. Dose calculations were performed with AAA with inhomogeneity correction, Pencil Beam Convolution (PBC), and AAA without inhomogeneity correction. The plans were delivered and the actual doses were measured using radiation dosimetry devices MapCheck, EDR2-film, and ionization chamber respectively. Measured doses were compared with the calculated doses from the treatment plans. Results: The calculated dose using the AAA with inhomogeneity correction was most consistent with the measured dose. The dose discrepancy for all types of tissues covered by beam fields is at the level of 2%. The effect of AAA inhomogeneity correction for lung tissues is over 14%. Conclusions: The use of EDP and Map Check to evaluate and commission the dose calculation algorithms in a TPS is practical. In Varian Eclipse TPS, the AAA with inhomogeneity correction should be used for treatment planning especially when lung tissues are involved in a small radiation field.

均匀水介质中计算电子束平均能量的拟合公式

在放射治疗中，混合笔束模型（HPBM）是一种计算电子束剂量分布的有效方法。而入射电子束的平均能量分布是影响HPBM精度的因素之一，特别是在电子束射程末端的地方。本文以蒙特卡洛（MC）程序对6—20MeV范围内电子束在水介质中平均能量分布模拟结果为基础，提出了一种新的拟合公式，并将拟合公式和已有的经验公式分别计算的平均能量代人到HPBM中，以美国高能电子束治疗计划联合工作组（ECWG）实测电子束剂量分布的数据为参考，评估了该能量范围内拟合公式的精度。结果显示，由拟合公式计算平均能量得到的剂量分布精度有大约1％的提高。