基于TOPAS質子放療劑量的蒙特卡羅模擬研究.pdf

1、放射治療是指利用電離輻射產(chǎn)生的射線照射腫瘤細胞，在受照射區(qū)中達到一定的能量沉積從而破壞“靶區(qū)”的腫瘤細胞，達到治療目的的一種腫瘤治療手段。與常規(guī)射線（電子、光子）治療不同，質子所固有的倒轉深度劑量分布物理特性，使得在使用質子治療時，使腫瘤區(qū)域得到很大的輻射劑量而附近正常組織受到很少輻射劑量，可以在殺死腫瘤細胞的同時，最大程度的保護腫瘤周圍的正常組織，使其少受甚至不受傷害。其中，劑量計算是質子放射治療中最為核心的部分，蒙特卡羅劑量算法在劑

2、量計算方面有較大優(yōu)勢，它通過粒子輸運軟件模擬實際粒子的治療條件來進行劑量計算，常用的質子放射治療蒙特卡羅軟件主要包括FLUKA、GEANT4、MCNP等，但是由于這些軟件對于臨床物理學家來說過度復雜。TOPAS(TOol for PArticle Simulation)是基于蒙特卡羅工具包Geant4的擴展，這是一個簡單并易于用戶使用的軟件，專門用于質子治療模擬。
　　本文利用TOPAS粒子輸運模擬軟件，通過對模擬環(huán)境、粒子源和幾

3、何體的實現(xiàn)，進行了大量的模擬實驗。首先，模擬了不同能量的質子束在空氣中的傳播情況，展示了TOPAS模擬軟件強大的可視化和幾何編輯能力;模擬了不同能量的質子束在水中的深度劑量分布，并將其模擬的射程與測量數(shù)據(jù)的擬合公式進行了比對，驗證了TOAPS模擬程序的精確性;其次，通過對不同能量及步長的質子束的模擬，進行了SOBP合成方法研究;并模擬了質子束在不同射野以及在均勻和非均勻組織中的劑量分布特點，指出了在實際臨床治療中需要注意的問題;本文還就

4、常用于劑量計算解析算法中對于非均勻介質修正的等效路徑法進行了驗證，驗證了等效路徑法對不同厚度和位置的非均勻介質的修正效果;最后利用TOPAS對一典型被動散射式治療頭進行模擬，實現(xiàn)了通過調節(jié)調制輪對不同能量質子束Bragg峰展寬技術，分析了不同能量質子束不同寬度的SOBP的劑量分布特點。
　　本文的模擬研究工作對質子放射治療做了一些基礎性研究工作，取得了很多有意義的研究結果，對TOPAS粒子輸運軟件在質子治療方面有了進一步的理解，為