基于TOPAS質(zhì)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(xì)胞，在受照射區(qū)中達(dá)到一定的能量沉積從而破壞“靶區(qū)”的腫瘤細(xì)胞，達(dá)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(zhì)子所固有的倒轉(zhuǎn)深度劑量分布物理特性，使得在使用質(zhì)子治療時(shí)，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(xì)胞的同時(shí)，最大程度的保護(hù)腫瘤周圍的正常組織，使其少受甚至不受傷害。其中，劑量計(jì)算是質(zhì)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(jì)算方面有較大優(yōu)勢(shì)，它通過粒子輸運(yùn)軟件模擬實(shí)際粒子的治療條件來進(jìn)行劑量計(jì)算，常用的質(zhì)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(duì)于臨床物理學(xué)家來說過度復(fù)雜。TOPAS(TOol for PArticle Simulation)是基于蒙特卡羅工具包Geant4的擴(kuò)展，這是一個(gè)簡(jiǎn)單并易于用戶使用的軟件，專門用于質(zhì)子治療模擬。
　　本文利用TOPAS粒子輸運(yùn)模擬軟件，通過對(duì)模擬環(huán)境、粒子源和幾

3、何體的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了大量的模擬實(shí)驗(yàn)。首先，模擬了不同能量的質(zhì)子束在空氣中的傳播情況，展示了TOPAS模擬軟件強(qiáng)大的可視化和幾何編輯能力;模擬了不同能量的質(zhì)子束在水中的深度劑量分布，并將其模擬的射程與測(cè)量數(shù)據(jù)的擬合公式進(jìn)行了比對(duì)，驗(yàn)證了TOAPS模擬程序的精確性;其次，通過對(duì)不同能量及步長(zhǎng)的質(zhì)子束的模擬，進(jìn)行了SOBP合成方法研究;并模擬了質(zhì)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(diǎn)，指出了在實(shí)際臨床治療中需要注意的問題;本文還就

4、常用于劑量計(jì)算解析算法中對(duì)于非均勻介質(zhì)修正的等效路徑法進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證了等效路徑法對(duì)不同厚度和位置的非均勻介質(zhì)的修正效果;最后利用TOPAS對(duì)一典型被動(dòng)散射式治療頭進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)調(diào)制輪對(duì)不同能量質(zhì)子束Bragg峰展寬技術(shù)，分析了不同能量質(zhì)子束不同寬度的SOBP的劑量分布特點(diǎn)。
　　本文的模擬研究工作對(duì)質(zhì)子放射治療做了一些基礎(chǔ)性研究工作，取得了很多有意義的研究結(jié)果，對(duì)TOPAS粒子輸運(yùn)軟件在質(zhì)子治療方面有了進(jìn)一步的理解，為