边缘场存在时磁共振图像引导质子治疗中束流轨迹校正与剂量分布

目的:研究磁共振图像引导质子治疗中边缘场存在时束流轨迹的校正和校正前后机体中剂量变化。方法:使用开源的治疗计划软件mat Rad对脑肿瘤、肝脏肿瘤、前列腺癌病例进行计划设计,并在蒙特卡罗模拟工具包TOPAS中进行模拟研究,计算质子剂量分布。建立一种适用于三维磁场的质子束轨迹校正模型,并基于此开发一个束流轨迹校正算法。分析边缘场存在时,质子布拉格峰的偏转情况。对边缘场存在时的3种肿瘤治疗计划模拟并进行剂量校正,使用γ分析法评估校正效果,定量分析校正后靶区和危及器官中的剂量变化情况。结果:磁场的扰动会使质子束轨迹发生横向偏转,而边缘场的存在会显著地增加这一影响,且随束流能量的增加而增加。边缘场存在时,对脑肿瘤、肝脏肿瘤和前列腺癌治疗计划进行校正,在3%/3 mm标准下靶区γ通过率分别为94.844%、92.054%、97.863%,校正后体内的总剂量分别增加2.8%、2.5%和1.5%,增加的剂量主要由入射质子贡献。结论:在磁共振图像引导质子治疗中,应该考虑边缘场带来的影响。校正后入射质子束能量的增加会导致体内总剂量的增加,由于束流轨迹仍然存在曲率,在不同危及器官中剂量的变化不同。