基于重复结构卡的BNCT人体头部精细模型剂量分布计算

　　Gordon Locher于1936年首先提出了BNCT的原理,硼可以有选择性地富集于肿瘤区,被热中子照射后,肿瘤区吸收的剂量远比正常组织高,可以达到杀死癌细胞,保护正常细胞的目的[1]。目前,学术界普遍采用Snyder人体头部模型对BNCT进行剂量分布计算。我国研究BNCT的部分学者,在Snyder模型的基础上结合中国人体的头部解剖特性,构建了Synder修正模型。这两种人体头部模型均由几个椭球边界方程确定[2],只对人体头部进行了粗略描述,与实际人脑组织分布存在较大差别。本文根据首例中国数字化可视人体完成[3]中的研究原理,利用MCNP程序中的Universe(简称U单元)卡和Fill(简称F)卡对人体大脑进行立体填充,构建了完整的人体头部精细模型;计算人体头部剂量率-深度分布,并对结果进行了分析。

　　1　人体头部精细模型的建立

　　1·1　人体头部模型的构建

　　MCNP程序中的重复结构[4]卡对于有相同结构栅元的描述非常方便。U单元是一个栅元或一批栅元的集合,F卡能将U单元按指定的顺序对所描述的几何模型进行填充。本文取人头部中心为坐标原点,竖直向上为Z轴正方向。首先,在三维立方体空间中定义了长为51·2cm、宽为31·2cm、高为22·4cm的长方体;其次,将人体头部沿Z轴方向以0·4cm间距划分为一层,共分为56层;然后,用头皮、颅骨、大脑、肿瘤、软组织、肌肉等不同的U单元来填充不同的头部层,每个U单元都是边长为0·4cm的立方体,不同的头层用到了0至128×98个U单元进行填充;最后将厚度为0·4cm不同头部层堆积在一起构成了人体头部精细模型。其截面如图1所示。

　　1·2　肿瘤模型的构建肿瘤平均体积大小[5]约为42.3cm3。本文计算时把肿瘤作为球体进行处理,由体积公式V=4πR³/3,得到肿瘤的半径约为2·16cm。为了便于计算,取肿瘤半径为2cm,并将肿瘤中心位置定于(0 2.8 4.5)点处。肿瘤边界方程为x²+(y-3)²+(z-4·5)²=4。

　　1·3　组织材料成份

　　人体头部主要组织的材料成份来自IC-RU44号报告。肿瘤成份列于表1。

　　2　计数方法

　　2·1　计数区域的确定

　　本文中所进行计数的栅元主要包括头皮、颅骨、大脑、肿瘤、软组织、头部肌肉,所用到的U单元是立方体,属非旋转体,需在MCNP程序的SD卡中给出计数区域内的体积。为方便准确地算出计数区域内栅元的体积,本文沿肿瘤区域所在的Z轴方向单独定义了一个圆柱形的计数区域。此区域的边界方程为x2+(y-3)2=4。本文使用平均栅元能量沉积卡(F6卡)对该区域沿Z轴每隔0·4cm进行一次计数。

　　2·2　计数区域体积的计算