利用蒙特卡羅軟件TOPAS研究MRIgRT中磁場(chǎng)對(duì)多粒子輻射劑量的影響.pdf

1、圖像引導(dǎo)放射治療(IGRT)是精確放射治療最有效的手段之一，其中最新的MRIgRT，要求放射治療計(jì)劃系統(tǒng)考慮MRIgRT設(shè)備中的磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，否則無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算MRIgRT技術(shù)中的輻射劑量。蒙特卡羅方法能準(zhǔn)確模擬粒子與物質(zhì)的輸運(yùn)過(guò)程，甚至能計(jì)算MRIgRT磁場(chǎng)下的輻射劑量，所以是輻射劑量計(jì)算的黃金準(zhǔn)則。本課題目的是研究MRIgRT中磁場(chǎng)對(duì)多粒子輻射劑量的影響。科研任務(wù)的方法包括:首先，用蒙特卡羅軟件TOPAS(TOol f

2、or PArticle Simulation)模擬在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下，多粒子（光子、質(zhì)子、碳離子）在均勻水模體中的劑量分布。其次，在此基礎(chǔ)上，再研究了同樣條件下，多粒子在非均勻水模體（水-空氣-水模型）中的劑量分布。最后，基于病人的CT數(shù)據(jù)，計(jì)算了各種情況下，多粒子在病人體內(nèi)的劑量分布。計(jì)算結(jié)果表明:磁場(chǎng)環(huán)境下光子在均勻水模體中劑量分布與無(wú)磁場(chǎng)情況相比，劑量建成區(qū)縮短。而在水-空氣-水模型中的介質(zhì)交界面發(fā)生了顯著的電子回轉(zhuǎn)效應(yīng)，水-空氣交

3、界面，水中劑量明顯增大，在空氣-水交界面，水中的劑量明顯下降。模擬的乳腺治療計(jì)劃，磁場(chǎng)存在時(shí)皮膚劑量升高。前列腺治療計(jì)劃，磁場(chǎng)對(duì)劑量影響小;磁場(chǎng)下質(zhì)子在均勻水體模中，當(dāng)質(zhì)子能量不大于150MeV，磁場(chǎng)強(qiáng)度不大于0.5T時(shí)，質(zhì)子布拉格峰位置偏移小于1mm，但平行束流入射方向的XZ面高劑量區(qū)橫向側(cè)移約4mm，而150MeV的質(zhì)子在1.5T磁場(chǎng)環(huán)境下，布拉格峰位置偏移小于1mm，橫向側(cè)移大于10mm。磁場(chǎng)作用下，質(zhì)子在水與空氣交界處的劑量無(wú)明

4、顯變化。在鼻咽癌病人的劑量分布結(jié)果中垂直方案下也可看到磁場(chǎng)存在時(shí)劑量分布發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而平行方案下受磁場(chǎng)影響弱于垂直方案;碳離子劑量分布的趨勢(shì)大體上與質(zhì)子一致，但受磁場(chǎng)影響更小，需更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度才能觀察到明顯偏移。綜上，核磁引導(dǎo)的多粒子放射治療，磁場(chǎng)確實(shí)影響劑量分布，可以使用蒙特卡羅方法來(lái)計(jì)算并糾正磁場(chǎng)下的劑量變化量。另外，根據(jù)計(jì)算的磁場(chǎng)下質(zhì)子和碳離子劑量分布結(jié)果，本研究還發(fā)現(xiàn)平行方案受磁場(chǎng)影響更小。本研究在世界上較早從多角度出發(fā)，利用蒙特