由测量驱动的蒙特卡罗模拟虚拟源的参数选择

基于蒙特卡罗(MC)方法的剂量计算算法已被普遍认为是可以在放射治疗中使用的最精确的计算工具。放射治疗中的MC模拟可分成两个部分,即对源的模拟和对实际患者的模拟。本文使用测量数据驱动的虚源模型建立了模拟直线加速器治疗头的虚拟源,通过与三维水箱中的测量数据比较,研究了虚拟源各种参数选择与计算精度之间的关系,表明考虑了初始光子源和次级光子源的综合影响,并选择合适的各种参数,由虚拟源出发的水模中的MC剂量分布可以与测量结果相一致,从而满足临床MC模拟的建模要求。     

基于MCNP源子程序的放射治疗剂量计算验证方法

目的:蒙特卡罗方法可以精确地对放射治疗过程所涉及到的物理过程进行模拟而在放射治疗领域有很大应用前景,本文发展了基于蒙特卡罗程序MCNP的剂量计算验证方法。用户只需要设置加速器源的位置参数和放疗计划参数就可以方便的调用MCNP源子程序完成放疗计划的剂量计算。方法:首先确定源的位置,根据加速器机头的位置和等中心点的位置来确定源粒子的位置信息。其次根据代表射野形状和强度的强度矩阵来抽样源粒子的方向信息,然后根据加速器能谱的抽样概率随机抽选能量段,然后在能量段内均匀抽样,得到该次抽样的源粒子能量信息,得到源粒子的所有信息后即可进行粒子在人体的蒙卡输运模拟。结果:本文通过对一例真实的宫颈癌病例的放疗计划进行模拟计算剂量分布,通过剂量偏差分析得到与MCFSPB在目标区域的平均误差为1.12%,γ分析值为94.55%,剂量计算结果符合的很好,比临床上的标准要求要高,完全满足临床要求。结论:本方法的计算精度能满足临床放射治疗验证的要求,能作为放疗计划的验证工具。     

Monaco治疗计划系统的剂量学性能测试验证

目的:对Monaco治疗计划系统(Treatment Planning System,TPS)进行临床使用前的剂量学性能测试,验证TPS不同类型射野计划计算剂量与计划执行时加速器的实际递送剂量间的差异是否符合标准。方法:所用设备为医科达公司Axesse直线加速器,配置Agility型多叶光栅;Monaco TPS版本号5.0,剂量计算模型为Monto Carlo;IBA公司Dose 1剂量仪、0.6 cc电离室和Matrixx电离室矩阵。依据IAEA 430号和AAPM TG-53号报告、科室设备和验证工具,从医科达公司网站下载Express QA Plan测试包,其中的测试例涵盖规则野、不规则野和模拟病人头颈部肿瘤调强野。在Monaco TPS系统中分别调用测试例,将计划分别移植到模体上,创建验证计划,将计算验证计划所得剂量分布输出到Matrixx软件Omni Pro I'm RT,将计划计算剂量与Matrixx实际所测剂量进行比对和分析。剂量验证通过标准是绝对量3 mm/3%,γ通过率超过90%。结果:所有测试例剂量验证结果均达到了93%以上。结论:Monaco TPS可以安全地用于临床。     

清华同源双束医用加速器成像剂量分布蒙卡模拟

目的：使用蒙特卡罗方法模拟计算清华同源双束医用加速器KV级能量成像束在肺部模型中剂量分布。方法：使用清华同源双束医用加速器KV级能量成像束机头蒙卡模型得到相空间文件;以此相空间为源,使用蒙卡DOSXYZnrc程序建立肺部模型,计算肺部模体中成像剂量;使用MATLAB编程处理剂量数据,得到百分深度剂量（percent depthdose,PDD）、离轴比（off axis ratio,OAR）和等剂量曲线（isodose curve）。结果：得到了清华同源双束医用加速器KV级能量成像束在肺部模型中剂量分布曲线。结论：先计算不同模拟参数下的加速器机头相空间文件并保存再进行剂量计算,能极大节约整个计算流程耗费的时间;该模拟得到的成像剂量分布曲线可指导评价成像剂量对肺部器官损伤;加速器机头模型可用于其它器官成像剂量分布计算等后续研究。     

医用加速器光子角分布的蒙特卡罗研究

目的:在放射治疗中,入射光子的角分布对人体中的剂量分布等有直接的影响。为了进一步提高放射治疗的精度,分析医用直线加速器等中心平面上光子的角分布及影响因素。方法:蒙特卡罗程序(BEAMnrc)是建立在蒙特卡罗程序(EGSnrc)之上,是为了医学物理中模拟三维放射治疗开发的一个程序。使用蒙特卡罗程序BEAMnrc模拟电子和光子在加速器治疗头中的输运行为,在源皮距为100 cm的等中心平面处得到相空间文件,通过程序蒙特卡罗程序BEAMdp处理相空间文件统计光子的角分布。结果:通过对标称能量为6 MV的医用加速器的光子角分布的统计,发现不同大小的射野,只要中心区域一致,光子的角分布基本相同。对于不同的离轴区域,光子的角分布与该区域的锥形角度基本一致,光子的角分布可以由锥形发散束来近似估计。结论:医用直线加速器等中心平面上光子的角分布与其所在区域有关,次级准直器对光子的角分布影响很小。在放射治疗的剂量计算中,应仔细考虑光子角分布的影响,这样可以提高放射治疗的精度和患者的生存质量。     

胸中段食管癌容积调强放疗计划的验证方法

目的:探讨胸中段食管癌在容积调强放疗（VMAT）中剂量与位置验证的方法。 方法:随机挑选10例胸中段食管癌病例在Varian Eclipse 10.0计划系统（TPS）中制定VMAT计划,使用IBA Compass 3.0剂量验证系统进行剂量测量,然后与TPS计划数据进行比较,分析靶区（PTV、CTV与GTV）与危及器官受照剂量和体积参数的差异,并得到其γ通过率。应用锥形束CT（CBCT）验证放疗前摆位误差,1次/周,共6周。 结果:γ分析在3 mm/3%标准下,靶区与危及器官通过率在95%以上。靶区D95%与Dmean的测量数据和TPS计算数据相差小于2%。危及器官中,双肺的V20与V30相比较于测量数据,TPS计算数据偏低,差异在1.65%以内。脊髓Dmax差异为2.23%,心脏V30、V40差异小于2%。CBCT位置验证中,前后与左右方向误差大于3 mm例数要多于头脚方向。 结论:通过Compass 3.0剂量验证系统与CBCT扫描,是保证胸中段食管癌VMAT安全和可靠的必要手段。     

Varian Trilogy直线加速器6MV光子线治疗头的蒙特卡罗模拟

目的:构建一个准确的Varian Trilogy直线加速器6 MV光子线治疗头的蒙特卡罗模型用于剂量计算。方法:根据直线加速器治疗头中各部件的几何参数和材料参数利用蒙特卡罗程序MCNP5构建治疗头模型,超过20个部件被定义在MCNP5中,并采用一个尺寸为(50×50×50)cm~3的水箱模型,计算治疗头模型在源皮距=100 cm时,射野大小分别为(5×5)、(10×10)、(20×20)以及(40×40)cm~2时的百分深度剂量和横向剂量分布。分析模拟计算结果与实际测量值之间的差异以确定治疗头模型的准确性。结果:所有MCNP5计算结果的统计误差均小于5%,百分深度剂量的计算值与测量值的差异性均小于2%,横向剂量分布的最大差异性不超过3%。结论:蒙特卡罗模拟值与实际测量值取得了很好的一致性,证明了该治疗头模型的准确性,能够用于更进一步的剂量计算以及辐射防护研究。     

逆向计划调强放射治疗的临床验证

目的:探讨逆向计划调强放射治疗IMRT临床治疗前的验证方法。方法:用胶片法验证Cadplan(包括Helios逆向计划系统)三维治疗计划系统生成的各个照射野注量图与在Varian23EX直线加速器(安装120叶MLC)照射中实际释放的注量图的一致性;用电离室法验证等中心绝对剂量计算值与实测值的符合性。结果:等中心绝对剂量的误差小于5%,符合临床要求;各射束轴垂直方向测得的注量图与计划系统计算的注量图一致;等中心位置验证显示,CT模拟的正侧位DRR片与加速器正侧位验证片误差在±2 mm以内。结论:Varian逆向调强放射治疗系统符合临床要求。     

3台医科达加速器束流匹配后互换执行容积旋转调强放射治疗计划的剂量准确性分析

目的:探讨放疗科3台加速器束流匹配后互换执行容积旋转调强放射治疗（VMAT）计划的准确性。方法:随机选取18例头颈部、胸腹部和盆腔部患者,采用Synergy1、Synergy2和VersaHD 3台加速器模型分别制作VMAT放疗计划PlanSynergy1,PlanSynergy1和PlanVersaHD。同一VMAT计划（6 MV X射线）分别在3台加速器执行,采用电离室和Delta4分别测量绝对点剂量误差和相对三维剂量γ通过率（3 mm/3%）。互换执行VMAT计划后,点剂量和相对剂量的测量结果与治疗计划系统（TPS）计算的结果比较,评估3台加速器束流匹配后VMAT计划互换执行的可行性。结果:PlanSynergy1计划分别在Synergy1、Synergy2、VersaHD执行时,测得的点剂量与TPS计算的偏差分别为-0.27%±0.87%、-0.88%±1.74%和0.37%±2.18%,测量的相对剂量与TPS计算相比,γ通过率分别为99.84%±0.31%、98.89%±1.32%和99.16%±1.12%;PlanSynergy2计划分别在Synergy1、Synergy2、VersaHD执行时测得的点剂量与TPS计算的偏差分别为0.24%±1.98%、0.15%±1.97%和-0.09%±0.66%,测量的相对剂量与TPS计算相比,γ通过率分别为98.75%±1.38%、99.77%±0.42%和99.41%±1.66%;PlanVersaHD计划分别在Synergy1、Synergy2、VersaHD执行时测得的点剂量与TPS计算的偏差分别为-0.57%±1.07%、-0.42%±2.10%和-1.55%±1.62%,测量的相对剂量与TPS计算相比,γ通过率分别为97.79%±1.61%、98.75%±1.37%和99.78%±0.60%。在3台加速器互换执行VMAT计划中,点剂量偏差均在3%以内,相对剂量偏差的γ通过率均在95%以上,均满足临床要求。结论:3台医科达加速器束流（6 MV X射线）匹配后可互换执行VMAT计划。     

新型国产二维矩阵剂量验证系统的临床测试

目的:对新型国产二维矩阵剂量验证系统在临床条件下进行测试,检验其是否能够满足临床使用需要。方法:参照GB15213-94对用来检测国产二维矩阵剂量验证系统的医用直线加速器进行检测调整,使其达到国家标准。使用新型国产二维矩阵剂量验证系统,对标准照射野下的绝对剂量重复性,标准照射野下的剂量线性,平坦度、对称性,真实病例放疗计划验证进行测试。结果:标准照射野下的绝对剂量重复性检测,其变异系数小于0.7%,符合测试要求;标准照射野下的剂量线性检测与电离室检测结果相比,无明显差异;平坦度检测±3%以内、对称性检测±2%以内,均满足临床使用要求;真实病例计划验证γ通过率均大于98%,完全满足临床放疗计划验证要求。结论:新型国产二维矩阵剂量验证系统具备点剂量、面剂量测量功能,能够对加速器基本剂量性能进行检测,达到临床使用要求;能够实现放疗计划系统的DICOM数据导入,与实际测量结果比较分析,达到临床计划验证要求。     

三维放射治疗计划系统临床物理数据的测量和验证

目的：探讨三维治疗计划系统测量的方法，分析拟合数据参数的计算方法，并且利用测量设备验证计算数据和拟合参数的准确性。方法：利用PTW和IBA三维水箱模体对多套三维计划系统进行所需的临床物理数据进行测量，对一种治疗计划系统依据测量数据进行拟合公式得到的线性系数进行分析，得到治疗计划时所需的计算数据，并且利用测量设备对计算数据进行验证。结果：利用测试数据得到的拟合数据及计算模型相关系数输入到TPS后得到相应的计算数据。通过测试设备验证：拟合数据PDD与测量PDD一致性比较好，误差小于±1％；Profiles数据在半影区域，小射野一致性误差最大可达到3％。对TPS的数据验证，单野PDD剂量点和Profiles数据点均能在±3％以内。结论：了解三维治疗计划系统的计算模型和参与物理数据的测试对TPS的质量保证和质量控制具有积极意义。     

清华同源双束医用加速器蒙特卡罗模拟

目的:使用蒙特卡罗方法模拟清华大学自主研制的同源双束医用加速器,为今后研究该设备KV级能量在放射治疗中成像剂量分布奠定基础。方法:(1)借助蒙卡BEAMnrc程序模拟加速器机头得到相空间文件。(2)以该相空间文件为源,使用蒙卡DOSXYZnrc程序计算水模体中百分深度剂量(percent depth dose,PDD)和离轴比(off axis ratio,OAR),采用MATLAB编程提取剂量数据显示于EXCEL。(3)分析蒙卡模拟参数对结果的影响。(4)对比实测调整模拟参数。结果:蒙卡模拟所得水模体中PDD和OAR曲线与实测有很好的吻合,得到加速器机头模型。结论:医用加速器KV级能量蒙卡模拟与高能有明显不同;要得到合适的该加速器蒙卡模型,需要选择合适的电子束能量和电子空间密度分布;该模拟所得加速器模型可用于成像剂量分布等后续研究。     

DPM蒙特卡罗剂量计算算法在均匀组织和非均匀组织剂量精确性的验证

验证DPM蒙特卡罗剂量计算算法预测均匀组织和非均匀组织剂量的精确性。DPM分别计算:①6 MeV单能光子3cm×3cm照射野和Varian 60℃加速器源水模体百分深度剂量曲线和10cm深度处离轴比;②6 MeV单能光子3cm×3cm、10cm×10cm照射野分别在水(6cm)/肺(6cm)/水(8cm)、水(6cm)/骨骼(2cm)/水(12cm)非均匀组织的百分深度剂量曲线;③6MeV单能光子6cm×6cm照射野人体头部和腹部组织在射野内和射野外的百分深度剂量曲线。比较DPM计算值与DOSXYZnrc/EGSnrc系统在相同条件下的计算值。结果显示二者计算值在水模中的误差在±3%以内,在非均匀组织中,除了个别点,误差都在±3%以内。DPM能够精确计算均匀组织和非均匀组织剂量。     

鼻咽癌调强验证结果不同评价方法对比研究

目的:研究MapCheck在鼻咽癌调强验证两种不同评价方法通过率比较。方法:选择13例鼻咽癌调强治疗计划把射野角度都归为零度重新进行剂量计算,然后将新计划传输至加速器上。分别对加速器和MapCheck进行绝对剂量刻度完后,加速器出束,MapCheck采集数据。验证计划系统生成的平面剂量和MapCheck测量得到的剂量,采用DTA方法和Gamma方法对其进行分析。阈值选用3%,3 mm,10%。使用的统计软件为SPSS16.0,方法选用配对t检验。结果:DTA方法相对量的通过率为(94.44±1.61)%,Gamma方法相对量通过率(96.47±1.34)%,DTA和Gamma计划通过率有些差别。结论:调强验证中应综合考虑两种不同方法得到的结果,调强计划的优劣还需要考虑绝对剂量验证等多种因素。因此,我们应该综合分析得到可靠的结果。     

蒙卡剂量算法(XVMC)在胸部肿瘤调强放射治疗计划设计中的临床价值

目的:比较蒙卡剂量算法(Monte Carlo)和笔形束剂量算法(Finite Site Pencil Beam)在胸部肿瘤调强放射治疗计划设计中对计划结果的影响。方法:在MONACO(CMS)治疗计划系统中,分别使用其内嵌的光子蒙卡(XVMC)剂量算法和笔形束剂量算法,对5例胸部肿瘤病例比较其靶区和危及器官的剂量。结果:蒙卡方法得到的结果和笔形束算法的结果相差较大。结论:对于组织密度差异较大的胸部肿瘤病例,特别是使用调强放射治疗技术时,用XVMC剂量算法评估放射治疗计划更准确。     

CollapsedCone光子束剂量计算方法研究

剂量计算是放射治疗计划系统的核心,与常用的笔形束剂量计算方法相比,collapsed cone卷积/叠加剂量计算方法具有更高的计算精度,为此我们研究了collapsed cone卷积/叠加剂量计算方法及加速算法,开发了一套基于collapsed cone卷积/叠加剂量计算方法的光子束放射治疗计划系统,并运用蒙特卡罗方法...     

Varian医用直线加速器DMLC物理参数的测量与验证

目的：通过测量Varian IX和23EX医用直线加速器60对和40对动态多叶准直器（ dynamic multileaf collimator, DMLC）的叶片透射因子、叶片间漏射因子、叶片位置校正因子及内、外半影,探讨DMLC参数是否受 X 射线能量和叶片数目的影响,并探讨 DMLC 参数在治疗计划系统（ treatment planning system, TPS）的必要性和重要性。方法采用Kodak X?Omat V胶片分析仪测量工具,分别对Varian医用直线加速器60对和40对的DMLC叶片透射因子、叶片间漏射因子、叶片位置校正因子及内、外半影这5种参数测量。并将测得的DMLC参数结果引入到TPS的原始机器数据中。在TPS中针对模体设计逆向调强计划,并在加速器上对夹有胶片的模体进行照射,对比分析胶片实测的剂量分布结果和TPS计算得到的剂量分布结果。结果对于相同叶片数目的DMLC,X射线能量越大,参数值越大。对于相同的X射线能量,DMLC叶片数目越多,参数值越大。在TPS中引入测得DMLC参数后,TPS计算得到以及胶片实测得到的80％等剂量线面积重合度均大于95％,曲线的分离度均小于3 mm。结论DMLC参数均会受叶片数目以及加速器X射线能量大小的影响,但只要将测得的DMLC参数正确引入到TPS中进行,则实测得到的剂量分布与TPS计算得到的剂量分布均能满足高重合度和低分离度,从而满足临床治疗要求。     

VarianClinaciX15MeV光子束能谱重建

目的：精确重建VarianClinaciX15MeV光子束能谱。方法：利用先验模型和遗传算法,以光子束中轴百分深度剂量（PDD）为基础数据实现医用直线加速器光子能谱重建。1．EGS模拟仿真VarianClinacix治疗头和标准水模体,获得15MeV光子束的模拟能谱以及单能光子中轴PDD数据;2．根据测量得到的中轴PDD数据以及模拟得到的单能光子中轴PDD数据,运用遗传算法优化求解先验模型的参数：3．将优化后的先验模型所计算的结果作为初始化种群．再用遗传算法二次优化重建光子能谱。结果：重建能谱与蒙特卡洛模拟得到的能谱具有良好的一致性,相关系数为0．9970;重建能谱的平均能量与由相空间文件分析所得平均能量的相对误差为1．16％;根据重建能谱计算得到的中轴PDD数据与实际测量的中轴PDD数据之间的相关系数为O．9999。结论：利用先验模型和遗传算法进行光子束能谱重建可靠有效．具有实用价值。     

放射治疗中医用直线加速器光子能量合成方法

目的：分析一种利用高低两档能量光子拟合任意中间能量光子的方法，并与现有方法进行对比。方法：百分深度剂量曲线（PDD）和离轴剂量分布曲线（OCR）是影响光子射束数据模型计算精度的两个重要特征参数。使用Varian Truebeam直线加速器模型中金标准射束数据6和15 MV射束的PDD和OCR数据，采用最小二乘拟合方法拟合中间能量10 MV射束，与金标准数据10 MV射束数据比较分析，并与其他拟合方法进行对比，证明该方法的可行性和有效性。基于三维仿真水模体数据和不同肿瘤部位的实际病例数据实验，进一步验证合成能量方法的准确性。结果：相比只考虑PDD数据的能量拟合方法，本研究方法得到的合成能量10 MV与金标准数据10 MV光子束相比，各尺寸射野下PDD的均方根误差有所增加，但均小于1%，而OCR的均方根误差明显减小（特别是20 cm以上的射野），均小于0.5%。三维仿真水模体数据和实际患者数据测试例实验结果优于只考虑PDD数据的能量拟合方法。结论：利用PDD和OCR数据合成光子能量方法的效果较仅使用PDD数据的方法更好，合成能量光子与实际10 MV光子之间PDD和OCR差异较小，基于三维仿...     

应用电离室矩阵进行挡铅射野的验证的方法探讨

目的:探讨利用二维电离室矩阵MatriXX进行挡铅射野质量保证的方法及可靠性。方法:将治疗计划系统(TPS)中的铅块信息以dat的文件格式传递给Hek Medical System热丝切割机,根据dat文件做出相应的铅挡块,将铅挡块放至直线加速器的托架上,出束照射,用二维电离室矩阵MatriXX进行测量,从而获得挡铅射野的形状。应用matlab软件编程对由TPS导出的dat文件进行处理,绘制出射野在等中心平面处的形状和大小。将MatriXX电离室矩阵测得的射野的50%等剂量线和matlab绘制出的射野形状由photoshop软件进行比较分析。结果:笔者通过对20个TPS实测射野和计划射野的比较分析,发现二者总体上能够相符,只是在射野边缘尤其是连续变化的曲线边缘的细节表现上略微有些差异,它们综合位置差为0.631 mm,均方差为0.776 mm。结论:TPS实测射野和计划射野的吻合度非常高,基本满足放射治疗中对挡铅射野误差在5 mm以内的要求。