磁场对Bebig型60Co HDR近距离治疗源剂量分布影响研究

目的 计算MRI引导近距离治疗中磁场对Bebig型⁶⁰Co HDR放射源周围剂量以及碰撞比释动能分布的扰动,判断在不同强度磁场下应用此型号放射源进行近距离治疗可行性。方法 基于蒙特卡洛Geant4软件,建立Bebig型⁶⁰Co近距离治疗源模型,然后置其于尺寸为10cm×10cm×10cm的均匀水模体中,并沿着x、y、z轴向划分大小为0.2mm×0.5mm×0.5mm的体元。在x轴向上分别施加磁场强度为0T、1.5T、3.0T均匀磁场,分别计算x轴向上距离治疗源中心10.0mm范围内碰撞比释动能与剂量分布以及两者比值随距离放射源中心远近变化情况。结果 1.5T的磁场对⁶⁰Co HDR治疗源附近空间范围内剂量分布无影响,而3.0T的磁场导致距离放射源中心r<6mm范围内剂量明显偏高,r=5.4mm处剂量增加了接近40%。碰撞比释动能与剂量比值在1.2mm60Co HDR近距离治疗源,在治疗过程中应用1.5T外部磁场是安全可靠的,而3.0T高场强磁场带来了剂量风险,在投入临床使用前必须进行安全验证评估。     

磁场对Bebig型60Co HDR近距离治疗源剂量分布影响研究

目的 计算MRI引导近距离治疗中磁场对Bebig型⁶⁰Co HDR放射源周围剂量以及碰撞比释动能分布的扰动,判断在不同强度磁场下应用此型号放射源进行近距离治疗可行性。方法 基于蒙特卡洛Geant4软件,建立Bebig型⁶⁰Co近距离治疗源模型,然后置其于尺寸为10cm×10cm×10cm的均匀水模体中,并沿着x、y、z轴向划分大小为0.2mm×0.5mm×0.5mm的体元。在x轴向上分别施加磁场强度为0T、1.5T、3.0T均匀磁场,分别计算x轴向上距离治疗源中心10.0mm范围内碰撞比释动能与剂量分布以及两者比值随距离放射源中心远近变化情况。结果 1.5T的磁场对⁶⁰Co HDR治疗源附近空间范围内剂量分布无影响,而3.0T的磁场导致距离放射源中心r<6mm范围内剂量明显偏高,r=5.4mm处剂量增加了接近40%。碰撞比释动能与剂量比值在1.2mm60Co HDR近距离治疗源,在治疗过程中应用1.5T外部磁场是安全可靠的,而3.0T高场强磁场带来了剂量风险,在投入临床使用前必须进行安全验证评估。     

重离子放射治疗靶区边缘剂量跌落分析

摘 要：［目的］ 分析重离子放疗时靶区后缘的剂量跌落梯度,利用重离子治疗计划系统（treatment planning system,TPS）,分析固定束照射时在不同的入射方式、多种剂量分割条件下靶区边缘的剂量跌落速度,为重离子放射治疗时靶区与危及器官之间的相对安全距离提供参考数据。 ［方法］ 在TPS中选择重离子均匀扫描模式,在均匀水模体中设计多种常用分割条件下单野照射、两野对穿照射、两野正交照射的重离子计划,以射野后缘中心轴线上剂量开始快速下降的位置为基准,采集各计划的剂量跌落数据。 ［结果］ 剂量跌落数据分析显示,单野照射时,射野后缘5mm距离后剂量可跌落至约20%;两野对穿照射时,射野后缘5mm距离后剂量可跌落至约50%;两野正交照射时,射野后缘5mm距离后剂量可跌落至约30%~38%。重离子射束后缘的剂量跌落迅速,远优于X射线,在设计放射治疗计划时,可在满足靶区照射剂量的同时,使紧邻靶区的危及器官剂量限值达到临床可接受范围内。［结论］ 通过计划系统中的数据分析,可以看出重离子束射野后缘剂量的锐度是优于侧缘的,但其产生的X线污染也不容忽视;在实际情况中,重离子束穿射的人体组织是不均匀的,这也会对射野后方的剂量跌落曲线产生影响。故在实际临床中,还需考虑不均匀的CT值对重离子射束剂量跌落的影响。     

Bolus与皮肤间空腔对浅层组织剂量沉积影响研究

目的 研究Bolus与皮肤间空腔厚度和面积对浅层组织剂量的影响。方法 运用Geant4构建出射6 MV X线的加速器模型,模拟10 cm×10 cm射野下出束情况并记录出射粒子相空间文件。在源轴距水平构建30 cm×30 cm×30 cm水模体,分别在其靠近加速器一侧构建紧贴模体表面及含有不同空腔的30 cm×30 cm×1 cm水膜,以相空间文件作入射粒子源,模拟粒子输运过程,获取水模体中心轴深度剂量分布和射野中心区域不同深度处侧向剂量profile。将含有不同空腔时的模拟数据与水膜和水模体紧密贴合时的数据进行对比。结果 空腔厚度≤5 mm时,影响较小,之后随厚度增加,最大剂量深度(Dmax)增加,对应处百分深度剂量减小,侧向剂量profile受影响深度增加,中心区域剂量减小;随空腔面积增加,Dmax先增大后减小,对应处百分深度剂量先减小后增加,侧向剂量profile受影响深度先增加后减小,中心区域剂量先减小后增加;在远离空腔及深度≥15 mm时侧向剂量profile基本不受影响。结论 使用Bolus时其下空腔厚度应在5 mm以内,面积尽量小。     

X (γ)射线全身照射过程中患者全身剂量分布的蒙特卡罗模拟

目的 对比实际测量结果探究利用蒙特卡罗方法模拟患者在实际X (γ)射线全身照射过程中全身剂量分布的可行性。方法 利用MCNPX构建准确的医科达Synergy加速器6 MV治疗头蒙卡模型,根据CT值与物质密度的关系将ATOM物理体模的CT转换为用于MCNPX计算的体素模型,模拟患者在X (γ)射线全身照射过程中常用的水平照射方式中全身的剂量分布,并将模拟结果与热释光剂量计在ATOM物理体模内不同位置处的测量值进行对比分析其差异。结果 标准源皮距下6 MV加速器治疗头模型在水模体中计算的百分深度剂量曲线和离轴剂量曲线与医院的实际测量值差异性均<2%,其中10 cm×10 cm射野下的最大剂量点深度约为1.5 cm,与实际测量值相符。全身照射中体模内不同位置处剂量的模拟结果与热释光剂量计测量值的最大差异性约为4%,MCNPX的模拟结果与热释光的测量结果基本符合。结论 MCNPX较精确地模拟计算患者全身照射的剂量分布,蒙特卡罗模拟为全身照射过程中患者全身剂量的均匀性优化提供了可能。     

电子线斜入射对剂量分布影响的分析

目的　量化分析不同能量电子线在斜入射情况下对剂量分布的影响。方法　在水模体中 ,测量束流中心轴上不同相对剂量值的深度 ;并测量 80 %和 5 0 %等剂量线的倾斜角度 ;将电子线在不同斜入射角度时的这些测量数据与垂直入射时的测量数据进行比较。结果　①电子线斜入射角度越大 ,最大剂量点深度和 90 %、80 %、5 0 %及 10 %的深度越小 ;②能量越高 ,斜入射对最大剂量点深度和 90 %、80 %、5 0 %及 10 %的深度影响越大 ;③斜入射对相对剂量分布的影响还与射野大小有关 ,射野越大 ,最大剂量点深度和 90 %、80 %、5 0 %及 10 %的深度变化越小 ;④在相同的斜入射条件下 ,电子线能量的改变比射野大小的改变对相对剂量分布的影响要大 ;⑤在斜入射时 ,80 %和 5 0 %等剂量线会向有空气隙的一侧倾斜 ,并且倾斜角度要比斜入射角度大。结论　斜入射不仅使最大电离深度值减小 ,而且使电子线穿透能力减弱 ;电子线穿透能力的减弱程度与电子线能量和射野大小有关 ;临床上要充分考虑在斜入射时 80 %和 5 0 %等剂量线的横向移动 ,否则很容易造成肿瘤靶区的漏照射 ,从而导致肿瘤的局部复发。     

X(γ)刀剂量场的测量

目的 :目前 ,国内X、γ刀的输出剂量及剂量分布尚无适宜的测量设备及相应的技术规范。由于X、γ刀剂量场的特点 ,不能用常规的电离室测量。本文的目的是为X、γ刀的剂量测量提供合理的设备和方法。材料与方法 :研制了灵敏区为 1mm的半导体探测器和体积为 0 .0 3cc的石墨电离室。用该探测器测量了γ刀在各种模体中的输出剂量及剂量分布。结果 :用研制的SCD -61半导体剂量仪和 0 .0 3cc石墨电离室测量了不同模体、不同准直器的输出剂量及剂量分布 ,根据对球形模的测量值 ,计算出各种射野时头形模的量分布 ,用热释光剂量仪做了验证 ,焦点值均在 5 %范围内一致。结论 :X、γ刀的输出剂量及剂量分布应在现场进行实际测量 ,所用探头直径应小于射野直径的一半。灵敏区～ 1mm的半导体探测器适合作X、γ刀小野的测量     

射野影像重建模体内剂量分布的研究

目的建立一种反向投影算法（模型）,由射野影像和患者的CT图像,计算体内的三维剂量分布,进行剂量验证.方法该模型计算体内剂量分布步骤如下：（a）使用电子射野影像系统获取射野影像,将射野影像转换为射出剂量;（b）从射出剂量分布重建入射原射线注量分布;（c）由患者的三维信息（CT图像）,计算得到体内的原射线剂量分布;（d）体内散射核叠加,求出体内散射线剂量分布,与原射线剂量相加,即得到体内的剂量分布.使用C语言编程实现算法.通过设置规则、不规则及调强射野,对均匀和不均匀、规则和不规则5种模体进行剂量验证实验,并将计算结果与测量结果进行比较.结果所有实验在射野内、剂量梯度小的区域计算的剂量和测量的剂量的偏差＜5%.在射野边界附近低密度肺组织内的计算剂量和测量的剂量的偏差＞5%.结论所建立的反向投影模型用于剂量验证,其准确性可满足临床要求.但模型还需进一步完善,以准确计算电子失平衡区的剂量.     

关于电子荧光类射野影像系统作为出射剂量仪使用的研究

目的研究利用射野影像系统进行出射剂量测量的可能性。以便能进一步把该类系统发展为剂量仪系统。材料与方法使用荧光型电子射野影像系统，探头由金属板—荧光屏和Ｐｌｕｍｂｉｃｏｎ照像机组成。通过与电离室及射野证实片所测结果的比较，建立一套与像素位置对应的灰度校正矩阵。并在多种射野面积和体模厚度下验证，所用射线为６ＭＶ－Ｘ线。结果通过对该系统的各种性能测试，如灰度的稳定性、探头的均匀性、剂量响应曲线、灰度的射野依赖性及对体模厚度的依赖性，发现短期稳定性好于１％，有较明显的灰度饱和性，但需作灰度饱和校正。作为相对剂量仪使用时，只要建立一个探头非均匀性校正矩阵，就能与证实片的剂量结果保持一致，误差小于±５％。结论研究证明，电子射野影像系统完全可以成为一套剂量仪系统。在对靶区的位置进行实时监测的同时，还能通过对影像灰度的计算，得出出射野的剂量分布     

基于Trilogy加速器的周边剂量学研究

目的 研究不同条件下Trilogy加速器的周边剂量及Diode半导体电离室测量的可行性。方法 在固体水测量模体中使用CC13空气电离室和Diode半导体电离室测量不同距离(1~31 cm共13个测量点)、深度(3、10、15 cm)、射野大小(10、20、30 cm)、楔形板(W15、W45、VW15、VW45)、射线能量(6、18 MV)下的周边剂量分布。移除散射模体,测量其周边剂量与漏射剂量D_leakage和模体散射剂量D_scatter之间关系。模拟宫颈癌放疗患者使用VMAT、IMRTstepshoot、IMRTsliding window照射CRIS仿真模体,测量乳腺、甲状腺及晶体周边剂量。剂量归一于等中心点处。结果 周边剂量随测量距离增加逐渐减小(由距射野边缘1 cm处的13.41%降至31 cm处0.25%),射野边缘相同距离处随深度增加基本无差异,30 cm射野约为10 cm射野的2倍。随物理楔形板角度增加逐渐增大,与开放野相比略增加1%;随虚拟楔形板角度增加而减小,与开放野相比降低2%~3%。6、18 MV X线下分别由1 cm处13.35%、11.06%衰减至31 cm处0.23%、0.20%。近射野边缘处D_scatter占主导地位,随距离由1 cm增加至25 cm,D_scatter所占比例约从62.45%降至5.71%。6 MV X线下所有测量结果中CC13电离室与Diode电离室的最大百分比偏差<1%。VMAT、IMRTstepshoot、IMRTsliding window模式下乳腺、甲状腺、晶体的分别为6.72、2.90、2.37 mGy,7.39、4.05、2.48 mGy,9.17、4.61、3.21 mGy。结论 CC13空气电离室和6 MV半导体电离室测量周边剂量具有较好一致性和可行性。临床治疗中了解周边剂量与不同照射条件关系有助于减少照射野外OAR剂量,采用屏蔽防护技术可进一步减少剂量沉积。     

基于EPID在体三维剂量验证系统的物理模型测试及初步临床探索

目的 使用模体验证基于电子射野影像装置(EPID)在体三维剂量验证建模的准确性,并进行临床应用的初步研究。方法 通过方野和调强计划在均匀和非均匀模体上检测EPID在体三维剂量验证系统应用于不同介质中的剂量计算精度和重建精度,比较不同剂量/距离一致性标准下的γ通过率。对临床病例进行靶区和危及器官剂量体积分析。结果 方野在均匀模体中3%/3mm标准平均γ通过率为(97.49±1.11)%,在非均匀模体中为(94.06±5.11)%(P>0.05)。不同出束方式的调强计划之间也相近(P>0.05)。临床病例疗前剂量验证3%/2mm标准γ通过率为(97.96±1.84)%,在体三维剂量验证3%/3mm标准为(90.51±6.96)%。临床病例中小体积和体积变化较大的危及器官有较大剂量偏差。结论 基于EPID建立的在体三维剂量验证模型,经初步测试可应用于临床提供更全面的质量保证,为以后自适应放疗工作提供了技术保障。     

基于MatriXX系统研究呼吸运动对靶区受照剂量分布影响

目的 探讨呼吸运动对三维适形放疗(3DCRT)和调强放疗(IMRT)靶区受照剂量分布影响.方法 用固体水自制剂量测量体模和模拟呼吸运动的平台,与二维空气电离室矩阵MamXX系统配合,分别测量体模在静态和周期运动状态(幅度为±1 cm,周期3.5 s)下进行多角度3DCRT和IMRT的二维剂量分布,然后用MatriXX系统软件对两种不同状态下所测剂量分布进行对比分析.结果 对3DCRT在运动方向上所测剂量分布半影较静态时增加6～9 mm,高剂量区域向内收缩约5mm,低剂量区域向外扩张约5 mm,但50%等剂量曲线范围及中心区域剂量未见明显改变;IMRT各子野单独照射且以测量平面最大剂量为归一剂量时,运动和静止状态下所测剂量差异介于-56.4%～56.1%,其平均值约±27%;IMRT计划所有子野叠加照射时,两种运动状态下在射野中绝大部分区域的剂量差异<±3%,其剂量偏差主要出现在射野边缘,最大约为±15%,这与3DCRT照射的特点相似.结论 无论是3DCRT还是IMRT多次分割照射后,周期运动靶区中心区域受照剂量与静态靶区相近,但高剂量区域向内收缩,低剂量区域向外扩张.     

3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements

3D dose reconstruction is a verification of the delivered absorbed dose. Our aim was to describe and evaluate a 3D dose reconstruction method applied to phantoms in the context of narrow beams. A solid water phantom and a phantom containing a bone-equivalent material were irradiated on a 6 MV linac. The transmitted dose was measured by using one array of a 2D ion chamber detector. The dose reconstruction was obtained by an iterative algorithm. A phantom set-up error and organ interfraction motion were simulated to test the algorithm sensitivity.In all configurations convergence was obtained within three iterations. A local reconstructed dose agreement of at least 3% / 3 mm with respect to the planned dose was obtained, except in a few points of the penumbra. The reconstructed primary fluences were consistent with the planned ones, which validates the whole reconstruction process. The results validate our method in a simple geometry and for narrow beams. The method is sensitive to a set-up error of a heterogeneous phantom and interfraction heterogeneous organ motion.     

Hyperthermia by magnetic induction: I. Physical characteristics of the technique

Several electromagnetic techniques are currently used in hyperthermia therapy for cancer. This report discusses the magnetic induction technique, in which application of an alternating magnetic field to a conductor results in induction of eddy current flow and power deposition via ohmic losses. The power density in tissues depends upon the heterogeneous tissue conductivities and dielectric constants, magnetic field intensity and distribution, and eddy current radius. Using a newly developed magnetic field probe, the magnetic fields produced at 13.56 MHz by electrodes of a commercial magnetic induction device have been accurately mapped and used to calculate power densities in static phantoms. Calculated and observed temperature elevations in a cylindrically symmetric phantom agree well, confirming the simple formula in this case relating power density to magnetic field strength. The efficiencies of three commercially available electrodes have been accurately measured using calorimetric techniques and phantom loads modeling human anatomy and electrical conductivity. The effect of eccentric positioning of the load has been studied using magnetic field mapping techniques. Power densities in a very simplified model of human anatomy that retains cylindrical symmetry were calculated. Effects of inhomogeneities in conductivity have been investigated qualitatively using composite static phantoms modeling human cross-sectional anatomy and thermographic camera recordings of surface temperature distributions. The advantages and disadvantages of this heating technique are discussed from the point of view of the power density distributions in heterogeneous materials. Evaluation of power density distributions is essential for optimizing this heating technique using various electrode arrangements and/or load modifications, for providing part of the information needed for solution of the bioheat transfer equation in living subjects, and for predicting the ability of the technique to heat specific tumors.     

磁共振引导质子治疗中剂量畸变和Bragg峰位置校正的研究

目的:分析磁场对质子束传输和剂量分布的影响,探索垂直磁场条件下Bragg峰(BP)偏移的校正方法,为MR引导质子治疗的剂量计算和束流传输提供参考。方法:利用蒙特卡洛(MC)模拟研究磁场下质子束在水模体的剂量分布。通过"角度校正+能量校正"的方法对BP位置偏移进行校正,并基于模拟数据通过解析公式计算校正参数。结果:磁场引...     

不同算法在非均匀组织模体中光子剂量计算精确度比较

目的 比较治疗计划系统(TPS)中光子束剂量的筒串卷积算法(CCC)与笔形束卷积算法(PBC)在非均匀组织中的计算精确度。方法 建立2个虚拟肺模型,一个在光子束单前野入射情况下比较两种算法得到的中心轴上的百分深度剂量(PDD);另一个在光子束前后对穿野入射,模体中心有一个肿瘤等效组织,两种算法计算光子束穿过肺等效组织到达肿瘤等效组织时肺和肿瘤等效组织中的剂量分布。两种情况下得到的结果与蒙特卡罗(MC)算法计算的结果进行比较。结果 单前野时,光子束从高密度组织入射到低密度的肺等效组织,与MC算法比较PBC算法高估了肺等效组织中的剂量(t=3.90,P=0.012),CCC 算法与之接近(t=2.25,P=0.087)。前后对穿野时,CCC算法和MC算法计算出的肿瘤等效组织边界剂量都要低于PBC算法的剂量(t=2.43、3.18,P=0.038、0.011),并且能量越高,肺密度越小时,这种差别越大。结论 计算低密度组织中的肿瘤或其后方肿瘤剂量时最好采用CCC算法(如肺癌、食管癌以及胀气的直肠和胃后方肿瘤)。     

Assessment of the local SAR distortion by major anatomical structures in a cylindrical neck phantom

The objective of this work is to gain insight in the distortions on the local SAR distribution by various major anatomical structures in the neck. High resolution 3D FDTD calculations based on a variable grid are made for a semi-3D generic phantom based on average dimensions obtained from CT-derived human data and in which simplified structures representing trachea, cartilage, spine and spinal cord are inserted. In addition, phantoms with dimensions equal to maximum and minimum values within the CT-derived data are also studied. In all cases, the phantoms are exposed to a circular coherent array of eight dipoles within a water bolus and driven at 433 MHz. Comparisons of the SAR distributions due to individual structures or a combination of structures are made relative to a cylindrical phantom with muscle properties. The calculations predict a centrally located region of high SAR within all neck phantoms. This focal region, expressed as contours at either 50% or 75% of the peak SAR, changes from a circular cross-section in the case of the muscle phantom to a doughnut shaped region when the anatomical structures are present. The presence of the spine causes the greatest change in the SAR distribution, followed closely by the trachea. Global changes in the mean SAR relative to the uniform phantom are <11%, whilst local changes are as high as 2.7-fold. There is little difference in the focal dimensions between the average and smallest phantoms, but a decrease in the focal region is seen in the case of the largest phantom. This study presents a first step towards understanding of the complex influences of the various parameters on the SAR pattern which will facilitate the design of a site-specific head and neck hyperthermia applicator.     

Assessment of the local SAR distortion by major anatomical structures in a cylindrical neck phantom.

The objective of this work is to gain insight in the distortions on the local SAR distribution by various major anatomical structures in the neck. High resolution 3D FDTD calculations based on a variable grid are made for a semi-3D generic phantom based on average dimensions obtained from CT-derived human data and in which simplified structures representing trachea, cartilage, spine and spinal cord are inserted. In addition, phantoms with dimensions equal to maximum and minimum values within the CT-derived data are also studied. In all cases, the phantoms are exposed to a circular coherent array of eight dipoles within a water bolus and driven at 433 MHz. Comparisons of the SAR distributions due to individual structures or a combination of structures are made relative to a cylindrical phantom with muscle properties. The calculations predict a centrally located region of high SAR within all neck phantoms. This focal region, expressed as contours at either 50% or 75% of the peak SAR, changes from a circular cross-section in the case of the muscle phantom to a doughnut shaped region when the anatomical structures are present. The presence of the spine causes the greatest change in the SAR distribution, followed closely by the trachea. Global changes in the mean SAR relative to the uniform phantom are <11%, whilst local changes are as high as 2.7-fold. There is little difference in the focal dimensions between the average and smallest phantoms, but a decrease in the focal region is seen in the case of the largest phantom. This study presents a first step towards understanding of the complex influences of the various parameters on the SAR pattern which will facilitate the design of a site-specific head and neck hyperthermia applicator.