医用直线加速器的Monte Carlo模拟

　　癌症在现代社会已是常见的疾病,在发达国家,一般人口中的20%~30%患有不同类型的癌症[1]。放射治疗是肿瘤治疗的三大主要手段之一,放射治疗的根本目标在于给肿瘤区域足够的精确的治疗剂量,而周围正常组织和器官受照射最少[2]。保证放射治疗安全有效的关键是对治疗剂量进行精心的计算和准确的执行,从而保证最大限度地治愈疾病,最少损伤正常组织。目前医用直线加速器是放射治疗的主流设备,几乎所有放射治疗的先进技术包括IMRT、IGRT等都在加速器上开展,因此,对医用直线加速器进行Monte Carlo模拟,建立加速器输出射束Monte Carlo模型并进行剂量计算,是放射治疗的热点课题之一[3-7]。本文对Varian 600C医用直线加速器进行模型构建和模拟计算,通过模拟结果和测量结果相比较,确定Varian 600C医用直线加速器治疗头的Monte Carlo参数,为今后进一步的研究工作奠定基础。

　　1　模型与方法

　　rc是一个专为模拟放射治疗源而开发的蒙特卡罗软件,功能非常强大,可以模拟加速器治疗头各部件的几何尺寸和空间位置关系,模拟任意数量的光子或电子在其中的传输过程。模拟的主要部件包括靶、初级准直器、Be窗、均整器、电离室、射野镜、次级准直器及水体模等,几何参数由Varian公司提供。模拟计算中AE=ECUT=0.70MeV,AP=PCUT=0.01MeV,除钨靶外ESAVE=2.0MeV,计算中采用DBS(Directional Bremsstrahlung Splitting)技术,NBRSPL=1000,FS=30cm。体模大小为50×50×50cm3,分成79×79×151个格子,取SSD=100cm。

　　确定入射电子束参数是模拟的关键。图2是模拟计算流程框图,采用尝试错误法,主要步骤是:首先按厂家提供的几何参数对加速器治疗头进行构建,输入标称能量和射束强度分布等参数,用DOSXYZnrc计算水体模中的剂量分布;把获得的剂量分布与测量结果作比较,根据出现的具体情况修改入射电子束能量及射束强度分布的数值,重新计算,直到得到合理结果,即差异小于1%或在剂量梯度较大的地方位置差距小于1mm[3-6],最后确定加速器治疗头电子束的参数。入射粒子数随射野大小不同而定(108以上),剂量计算的不确定度<1%(剂量较小的地方除外)。数据测量在中山大学肿瘤防治中心的Varian 600C医用直线加速器上进行,测量采用Scanditronix/Wellhofer水箱,分别用电离室(iba:cc13-s-7715)及半导体探头(DEB010-2710)测量不同射野下水箱里的剂量分布。

　　2　结果及分析

　　2·1　入射电子束参数对百分深度剂量的影响

　　图3给出了10×10cm2射野水体模中百分深度剂量曲线(PDD)的电离室测量值与计算值的比较。从图3可看出入射电子束能量为7.0MeV时PDD曲线与入射电子束能量为5.4MeV及5.8MeV时的PDD曲线明显不同,说明入射电子束能量对PDD曲线有影响。但是,入射电子束能量为5.4MeV及5.8MeV时的PDD曲线与测量值非常接近,说明入射电子束能量对PDD曲线影响不是很敏感。小插图给出了入射电子束能量为5.8MeV时模拟计算的PDD值与测量值的差异,基本上都小于1%,说明此时计算值与测量值已经非常接近。