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光子束在介质界面区域剂量特性的研究

作　者: 杨书明
导　师: 王石；王运来
学　校: 清华大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 光子束 蒙特卡罗 介质界面
分类号: R815
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


剂量的准确性是放射治疗的核心问题之一,研究表明,超过5%的剂量偏差可能引起严重的并发症或导致肿瘤控制失败,为在放射治疗的整体过程中达到5%的准确性目标,放射治疗计划系统的计算误差不应超过3%。然而,人体的结构复杂,存在多种组织和空腔结构,它们具有不同的物理和剂量学性质,射线在不同组织中的吸收剂量存在差异。特别在组织间的界面区域,两侧的介质相异性将对界面处的吸收剂量产生不同程度的影响。同时,部分器官的辐射敏感部位处于界面附近,对剂量计算准确性要求较高。治疗计划系统在计算时,常采用大量近似处理,计算界面剂量容易引起误差,可导致错误估计肿瘤和正常组织所受剂量。因此,有必要对界面问题开展研究,正确认识界面区域吸收剂量在各种条件下的变化特点,深入分析不同治疗计划系统算法处理界面问题时准确性,以保证放射治疗的正确实施。本课题采用Elekta公司MONACO蒙特卡罗计划系统的XVMC算法,模拟计算光子束在不均匀介质中的吸收剂量,获取不同条件下射束中心轴的百分深度剂量曲线,以此对界面区域的吸收剂量变化特点加以分析。同时,基于相同界面及射野条件,用临床使用的Precise Plan计划系统的Clarkson叠加算法及Pinnacle计划系统中的筒串卷积积分(Collapsed Cone Convolution)算法重新计算,将计算后的结果与蒙特卡罗算法计算的结果相比较,分析两种算法在处理不同界面问题时的准确性。得出如下结论:1、光子束作用于介质界面,百分深度剂量曲线的趋势将发生一定程度变化,实验中,骨模体的入射界面和肺模体的出射界面区域,该曲线表现出“凸出效应”;相反,肺模体的入射界面和骨模体的出射界面区域,该曲线表现出“凹陷效应”。曲线的变化程度与界面位置、射束能量和射野大小相关。2、在实验采用的骨模体中,Clarkson叠加算法与筒串卷积积分算法计算结果相近,并与XVMC算法符合度较好。在肺模体中,筒串卷积积分算法更接近XVMC的计算结果,Clarkson叠加算法在高能小野时可产生大于11%的偏差。本课题的研究结果对放射治疗的临床实践具有指导意义。

全文目录


摘要  3-4Abstract  4-8第1章 引言  8-16  1.1 放射治疗概述  8-11    1.1.1 放射治疗产生与发展  8    1.1.2 放射治疗原理  8-9    1.1.3 放射治疗实施过程  9-11  1.2 剂量计算问题的提出  11  1.3 组织不均匀修正方法  11-14    1.3.1 能量局部沉积算法  12-13    1.3.2 能量非局部沉积算法  13-14  1.4 界面问题的复杂性  14  1.5 课题研究内容  14-15  1.6 课题研究目的  15-16第2章 蒙特卡罗方法计算界面剂量的理论依据  16-25  2.1 蒙特卡罗方法概述  16-17    2.1.1 什么是蒙特卡罗方法  16    2.1.2 蒙特卡罗方法解粒子输运问题一般步骤  16-17    2.1.3 蒙特卡罗方法优缺点分析  17  2.2 蒙特卡罗方法的软件实现  17-21    2.2.1 蒙特卡罗软件特点  17    2.2.2 蒙特卡罗方法模拟粒子输运的计算机程序流程  17-19    2.2.3 蒙特卡罗方法处理光子输运的过程  19-21  2.3 蒙特卡罗计算程序  21-25    2.3.1 蒙特卡罗计算程序的出现与发展  21-23    2.3.2 VMC 程序与XVMC 程序  23-25第3章 界面区域剂量的蒙特卡罗计算与分析  25-52  3.1 实验设备与器材  25  3.2 实验方法  25-30    3.2.1 MONACO 建模过程  25-26    3.2.2 模体扫描和图像传输  26-28    3.2.3 数据的获取与处理  28-30  3.3 计算结果的验证  30-35    3.3.1 验证的必要性  30    3.3.2 测量方法的选取  30-31    3.3.3 测量方法的可靠性验证  31-32    3.3.4 验证结果  32-35  3.4 结果分析  35-51    3.4.1 不同介质分析部分  35-43    3.4.2 不同能量分析部分  43-47    3.4.3 不同射野大小分析部分  47-51  3.5 小结  51-52第4章 两种治疗计划系统与蒙特卡罗计划系统的比较  52-62  4.1 测试对象  52-53    4.1.1 Precise Plan 1.1 计划系统与Clarkson 叠加算法  52    4.1.2、Pinnacle 7.0 计划系统与筒串卷积积分算法  52-53  4.2 实验方法  53  4.3 结果与分析  53-61    4.3.1 骨模体计算结果对比分析  53-57    4.3.2 肺模体计算结果对比分析  57-61  4.4 小结  61-62第5章 总结与展望  62-64  5.1 总结  62-63  5.2 展望  63-64参考文献  64-66致谢  66-67附录A  67-71个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  71

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中图分类: > 医药、卫生 > 特种医学 > 放射医学 > 放射疗法
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