伽玛刀单束射线特性的Monte Carlo模拟

    随着核技术在医学领域中应用的发展，为了解决传统外科手术的某些困难，应用射线治疗肿瘤的伽玛刀和x刀等放射治疗技术也应运而生。伽玛刀是一种免除传统的外科手术而治疗脑部肿瘤所专门设计的放射治疗装置，Leksell Gamma Unit装置杀死肿瘤病灶所需的照射剂量是由不同方位经准直以后的201个束⁶⁰Co 'y射线所提供，其201个Co源以不同的极距角分别固定在一个半径为401mm的球壳上，每一束射线都经过初准直器和不同孔径的终准直器准直以后聚焦至该球的球心^[1]。根据世界卫生组织的规定，放射治疗装置的照射剂量的误差必须小于50%，否则将会影响治疗效果。在确保肿瘤病灶细胞杀死的情况下，如何尽可能地减少射线对病灶周围正常组织的损伤一直是人们所关心的问题。近些年来国内引进了不少伽玛刀，为做到对进口设备的消化、吸收、改进和创新，为了提高放射治疗装置的效率和准确性，就需要详细了解放射治疗装置的剂量分布、剂量分布的组成及剂量计划系统。

    Monte Carlo法是一种用于模拟随机过程的方法，它在许多科学领域里都有着十分广泛的应用，国内对此方面的应用也都有很重要的贡献[^[2]。用于模拟光子和电子的Monte Carlo的技术已较为成熟，已有不少的程序包，如常见的MCNP,  ITS和EGS^[3] o EGS MonteCarlo模拟程序可模拟在任何几何条件下，正、负电子和光子在由原子序数为1-100的元素组成的单质、化合物或混合物中的迁移过程，它模拟了光电效应、康普顿效应、电子对效应、瑞利散射、韧致辐射、莫勒和Bhabha散射等物理过程，是一个功能非常强的MonteCarlo程序包^[4]

    本文介绍应用EGS4 Monte Carlo程序模拟了单源情况下，⁶⁰Co y光子经LeksellGamma Unit准直系统后散射光子以及直射(未经散射)光子在终准直器外平面上的半径分布、能量分布及角度分布，得到一些有意义的结果。

    1方法

    Leksell Gamma Unit伽玛刀包含有201个⁶⁰Co ,}源，201个源分布于半径为401mm的球壳上，每个源由20个直径和长度都为1mm的钻粒组成，每一束射线经过伽玛刀的准直系统准直后聚焦于球心上。Leksell Gamma Unit的准直系统由两部分组成，一部分是球壳上的初准直器，另一部分是下端可拆装的终准直器。初准直器由两种材料做成:即由靠近源体的钨(60mm)和靠近终准直器的铅(92.5mm)组成，而终准直器按其在聚焦平面的聚焦范围分为4,  8,  14,  18mm4种。单源准直系统结构如图1所示。我们实测了安装于广州伽玛刀治疗研究中心的瑞典产B型Leksell Gamma Unit终准直器的几何孔径，对于4,  8,  14,  18mm 4种终准直器，它们的内径分别为2.09,  3.90, 6.58, 8.31mm，外径分别为2.61,  4.998,  8.57,  10.89mm。在模拟中，初准直器的孔径由18mm终准直器延伸而得到，其上下端孔径分别为4.153mm和0.767mm。