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。     

高能重带电粒子束平均能量计算的一个简单公式

本文提出了一个计算高能重带电粒子束平衡能量的简单公式。在计算重带电粒子放射治疗剂量时，用此公式可获得与平均能量有关的物理量的解析表达式，用此公式计算了入射铝内10-MeV的质子束的平均能量，并与相应的实验数据作了比较，比较表明，本文提出的公式在相当大的能量范围内能够精确地预言重带电粒子的平均能量，此外，还计算了在水中在100-MeV、150-MeV和200-MeV的质子束的平均能量。     

4—9 电子束剂量的刻度和束中心轴深度量的解析表达式

本文叙述了高能电子束在临床治疗上剂量分布的特点。从体表到一定深度相当宽的区域内剂量是近似平坦的,然后是以很大的梯度下降至本底。电子束的剂量分布受加速器和限光筒很大的影响,这要求对剂量分布作准确的刻度。文中给出了体模内电子束吸收剂量的刻度表达式,指出了影响刻度精度的因素。其中CE(E_z)一电离量与吸收量的转换因子,和探测器的扰动校正因子可以用体模内     

光子射野剂量计算参数研究

目的：介绍医用加速器常规光子射线的机器数据测量方法及剂量计算模型中基本参数的计算过程。以百分深度剂量与散射因子为基础数据,根据原散射线模型通过测量数据推导出原射线组织最大剂量比、散射最大剂量比、原射线在水中线性衰减系数、能量注量等,为进一步还原射野在水模体中的剂量分布提供方法与理论。方法：用Blue Phantom三维水箱在医科达Synergy加速器上测量6MV光子线的百分深度剂量、离轴比剂量、总散射因子、准直器散射因子,先从测量的百分深度剂量曲线中按照原散射模型剥离出原射线百分深度剂量,然后在Matlab软件中拟合处理测量的散射因子数据,外推出零野的模体散射因子,从而按照给定公式计算出组织最大剂量比、散射最大剂量比。按照离轴比剂量,利用平方反比规律推出最大开野在模体表面的能量注量。结果：计算出准直器散射因子、总散射因子的拟合公式,外推零野模体散射因子（s。）、根据原射线的百分深度剂量曲线计算出原射线在水中线性衰减系数,组织最大剂量比（TMR）、散射最大剂量比（SMR）、以及射野能量注量分布（Fluence Matrix）。结论：这些基本参数是剂量计算建模的关键,也是进一步研究各种剂量计算模型的基础。     

医用加速器电子束能谱分布的Monte Carlo模拟研究

目的：模拟并分析医用直线加速器电子束在记录平面上的能谱分布，总结其分布特征。方法：基于蒙特卡罗方法的EGSnrc程序是医学物理领域中使用最广泛的模拟电子和光子输运过程的MC模拟程序，其计算精度已为大量实验所证实。本文用以EGSnrc为基础的BEAMnrc和BEAMdp程宇对医用直线加速器在四种典型能量下的出射电子束能谱进行了模拟计算，在SSD平面记录所有初级和次级电子的能量和角分布，然后在该平面上选择不同大小的分析区域计算电子能谱。结果：首先在6MeV、9MeV、12MeV、20MeV四种不同能量，相同射野下选取相同大小分析区域．对其能谱进行分析，发现这些能谱都有一个主峰，并伴之以一个强度较小的次级峰，主峰半宽度几乎相同，而且都可以很好地用Pierson分布描述，但最可几能量和人射能量的比值随电子束能量的不同有很大差异：然后在12Mev能量下选取不同大小分析区域对能谱进行分析，以考察能谱在分析平面内对位置依赖性。结论：在不同能量下，电子束能谱形状相似，可用Pierson分布描述；能谱几乎独立于所选择的分析区域，表明能谱的空间分布几乎是均匀的。     

基于锥形束CT图像采用XVMC剂量算法时射束能量的影响

研究在千伏级锥形束CT(CBCT)图像中不同的能量对X-ray Voxel Monte Carlo(XVMC)算法剂量计算精度的影响。采用CIRS062模体刻度CT和CBCT图像的CT值-相对电子密度表,用头颈部人体仿真模体(CDP)在相同摆位条件下分别行CT和CBCT扫描,并在CDP中模拟局部进展期鼻咽癌病例,在Monaco计划系统中设计IMRT计划,选取的能量包括6MV和15MV光子,用XVMC算法分别对CT和CBCT图像进行剂量计算,排除旋转摆位误差等其他因素带来的误差后对CT和CBCT计划的结果进行比较,并分析能量因素产生的影响。DVHs、靶区和危及器官受量的比较以及靶区剂量适型度和均匀性的比较均显示了CT和CBCT计划有较好的符合度,从多数评估指标来看,15MV能量时CT和CBCT计划的偏差更小。对CT和CBCT计划的剂量分布的比较采用γ分析,标准是2mm/2%,阈值是10%,6MV能量时各个平面的平均通过率分别是99.3%±0.47%,15MV能量时则是99.4%±0.44%。显示出CBCT图像重新进行相对电子密度刻度后用XVMC算法进行剂量计算时具有良好的精度,选用15MV能量时计算结果精度更高。     

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。     

~(60)Coγ射线百分深度剂量曲线理论描述

本文提出了~(60)COγ射线百分深度剂量公式和源瘤距百分深度剂量公式。使之可以完全摆脱传统的、繁琐而又困难的百分深度剂量和组织空气比的测量。本公式所需的实验测定量少,使用范围广,计算精度较高。在源皮距20厘米～100厘米,照射野面积4×4平方厘米～20×20平方厘米广泛范围内与通用的~(60)Co数据作了比较,最大点的误差     

基于笔射束核阵列的三维适形剂量计算

目的:介绍一种基于笔射束核阵列的方法在剂量计算中的应用。方法:通过对由测量数据反解卷积获取的笔射束核阵列做进一步处理,得到拟合笔射束核。利用光通分布与笔射束核卷积得到射野剂量的分布,将拟合核和标准核计算的目标射野的剂量值与测量值进行比较。结果:与常规笔射束核相比,改进后的笔射束核应用于卷积模型中计算剂量分布,对模型的计算准确度有较大的提高。结论:改进后的笔射束核能够有效的提高卷积模型的计算精度,更为精确的预测射野的剂量分布。     

基于MATLAB的放射治疗剂量分布研究

目的:给出一种以Fortran语言为基础的蒙卡DPM程序与MATLAB语言相结合的放射治疗剂量分布仿真方法,研究蒙卡DPM程序计算结果用MATLAB显示成图形的可行性。方法:修改DPM源程序和初始能量抽样方法将其改写成MATLAB下可直接调用的MEX程序。(1)根据光子数的分布特性,对粒子初始能量采用直接抽样来确定源光子能量的抽样值。(2)用Fortran77改写DPM,将需要在MATLAB中输入的相关数据传输到Fortran程序中,再将Fortran程序计算的剂量结果传输到MATLAB中,从而完成数据的交互。(3)用编译好的MATLAB中的M函数调用DPM程序计算的剂量结果,以界面形式进行处理后显示等剂量线和等剂量面。结果:利用MATLAB语言图形处理功能强大的特点,处理已经得到的仿真结果数据,可以方便的显示平面的等剂量线,也可以显示指定的等剂量曲面。结论:用MATLAB显示蒙卡DPM计算结果获得了很快的仿真速度,又得到了直观的仿真结果图形,为后续DPM计算非均匀组织中的剂量分布显示带来方便,为DPM蒙卡程序应用于临床剂量计算的剂量分布奠定基础。     

辐射治疗能区内电子束剂量分布计算

本文给出了一个用计算辐射治疗能区内电子束剂量分布的解析算法，对电子束径向注量剖面的计算采用国际上流行的Ｆｅｒｍｉ－Ｅｙｇｅｓ理论，而电子束深度剂量分布的计算使用高能电子输运的双群模型，从而避免了传统的水等效深度方法所引入的系统误差。计算出的深度剂量分布和等剂量曲线与相应的实验测量数据作了比较，结果表明本文给出的方法可用于电子束辐射治疗计划系统的剂量计算。     

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PTW mp3三维水箱测量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0.6 cc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简大小有关,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.     

广义平均数学公式在射野等效中的应用

目的:研究利用广义平均数学公式计算等效方野的可能性。方法:选择两台不同厂家的电子直线加速器,分别实际测量6 MV开放野的81个射野输出因子。利用广义平均数学公式s=(βx+(1-β)y~α)~(1/α)计算等效方野,并通过射野输出因子的普适函数公式评价其射野等效计算的准确性。结果:广义平均数学公式对两台加速器射野等效后,射野输出因子的计算精度均小于1%,优于传统经验公式的2%~5%。结论:广义平均数学公式具有通用性,且射野等效精度优于传统经验公式,但需针对特定的应用条件进行数据拟合,以确定最佳的变量值。     

高能电子束的物理特点及其临床应用注意事项

1高能电子束的物理特点 高能电子束在水中或组织中的剂量学特点不同于X射线,其特点归纳如下: (1)加速器产生的电子束在临床上可以看成是单能射线,在水或组织中具有射程概念.在射程内,它与物质的原子作用,通过碰撞与辐射两种方式损失其全部能量而被物质吸收.电子束的射程并不是指电子在物质中所经过的全部路经,它定义为入射电子沿其入射方向从入射物质表面到电子被物质吸收的最大直线距离.电子束的能量越高,其射程越大.射程以外不存在电子线的剂量贡献.根据高能电子束的百分深度剂量特性曲线,大致可划分为四个区段,即剂量建成区、高剂量坪区、剂量跌落区和X射线污染区.     

剂量分布比较中γ因子的快速计算方法

γ比较方法作为放射治疗剂量学验证中的一种手段,现在已经在科研和临床的剂量分布比较中得到广泛应用。但是,在比较三维剂量分布时,γ因子的计算量大,需要花费大量的时间。本文采用一种预先排序技术和基于图形处理器(GPU)的并行计算技术结合,实现了γ因子的快速计算。通过7对剂量分布的测试,基于GPU的γ因子的计算速度提高了几十倍,而且与CPU相比保持了相同的计算精度。实验结果表明,利用GPU的并行计算对γ比较方法进行加速是切实有效的。     

横向均匀磁场对高能电子束剂量分布影响的蒙特卡罗研究

本文采用蒙特卡罗方法研究了横向均匀磁场下,高能电子束在均匀水模中的剂量分布特点。结果显示磁场对电子束剂量分布产生了明显影响。这些影响包括电子束的射程明显降低且在射程末端形成很高的剂量峰值,并随后产生迅速的剂量跌落。此外,峰值与表面剂量比值也大幅增加。模拟结果表明,适当的磁场和电子线能量可以产生类似于重离子的深度剂量分布特性,这意味着磁场条件下的电子线放疗具有相当大的应用前景,但同时为相应的剂量算法研究带来了新的挑战。     

关于人体平均血压的估算

人体平均血压是一个重要的生理指标。本文对目前临床中常用的近似估算人体平均血压的公式的精度范围做了详细的讨论,指出用目前临床的计算公式算出的平均血压值偏低,而且随着年龄的增大,偏低越严重。同时,文章还提出一种比目前临床使用的公式具有精度更高的计算人体平均血压的公式。文章最后还比较了由近似估算的平均血压计算人体外周阻力的结果。结果表明,虽然本文提出的修正公式算出的外周阻力具有更高的精度,但是从计算外周阻力的角度看,目前临床使用的近似计算人体平均血压的公式也已具有较高的精度。     

G4射波刀治疗头的蒙特卡罗模拟

用BEAMnrc程序代码构建G4射波刀治疗头,用DOSXYZnrc程序代码计算6种不同准直器射野的百分深度剂量及离轴比。通过与测量数据对比,分别微调次级准直器大小,从而确保模型的合理构建,并借助BEAMDP程序代码分析射波刀射束中光子谱分布及平均能量、粒子能谱分布及角分布等特点。结果显示各射野的百分深度剂量误差均在2%以内;在辐射野范围内,对于20 mm的射野,蒙特卡罗方法计算的离轴比与测量值间的误差在3%以内,而对于20 mm的射野,误差最大不超过5%;光子谱峰值能量为0.380 MeV,光子平均能量为1.570 MeV;出射光子强度比电子强度高出3个数量级;光子角分布集中在与中心轴成5°的范围内,而电子角分布范围较大。这些信息对临床与辐射防护有一定意义,该模型也为射波刀剂量学特点的后续研究提供了基础。     

体元大小对基于MonteCarlo的剂量计算的影响

目的：在放射治疗计划系统中,剂量计算之前需要对人体密度数据体元化。对于蒙特卡罗方法的模拟过程,当一个自由程跨过体元界面时,会应用自由程近似。选取的体元越小,将导致越多的自由程近似。本文采用蒙特卡罗方法模拟一个虚拟射线源入射到水箱中的反应,计算水箱中的剂量分布,通过比较水箱分层和不分层两种情况下中心轴百分深度剂量分布和离轴比分布,来探讨选用不同大小的体元对剂量分布的影响。方法：本文以6MeV的方形电子射线源为外照射源、以三维水箱为介质模型。使用PENELOPE程序包模拟电子束垂直入射到水箱中引起的电子与物质的相互作用。比较水箱在分层和不分层情况下中心轴百分深度剂量和离轴比分布。结果：通过比较水箱在分层和不分层情况下中心轴百分深度剂量和离轴比分布,发现差异很小。结论：选用不同大小的体元,蒙特卡罗近似处理自由程对剂量计算精度的影响很小。研究结果对蒙特卡罗方法在放射治疗中的临床应用具有指导意义。     

不同径向函数拟和方法对Ir-192近距离放射源剂量计算的影响

目的:比较不同径向函数拟和方法:多项式公式拟和法和指数函数拟和法对Ir-192近距离放射源剂量计算的影响。方法:分别使用两种不同的拟和方法,计算用于拟和径向函数g(r)的参数,并分别使用两种拟和方法得到的径向函数g(r)计算源在水中的剂量率,并对结果作比较。结果:多项式公式拟和法得到的结果比指数函数拟和法的结果精确。结论:对于Ir-192近距离治疗后装源,多项式公式拟和g(r)法可以很好地满足计算精度的要求。指数函数拟和法虽可以避免在外推过程中出现负值,但精度不如多项式公式拟和法理想。