盛尹祥子,Kambiz Shanazi,王巍伟,黄志杰,Nickii Schlegel,张俊昱,孙家耀,赵静芳.点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模拟和验证[J].中华放射医学与防护杂志,2019,39(8):635-640
点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模拟和验证
Monte Carlo simulation and verification of a scanning proton beam nozzle
投稿时间:2019-03-15  
DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2019.08.014
中文关键词:  蒙特卡罗  质子治疗  治疗机头  点扫描
英文关键词:Monte Carlo  Proton therapy  Treatment nozzle  Scanning beam
基金项目:上海市青年科技英才杨帆计划资助(16YF1410700);上海市卫生与计划生育委员会面上基金项目(201840235)
作者单位E-mail
盛尹祥子 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321  
Kambiz Shanazi 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321  
王巍伟 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321  
黄志杰 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321  
Nickii Schlegel 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321  
张俊昱 四川大学物理科学与技术学院, 成都 610041  
孙家耀 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321  
赵静芳 上海市质子重离子医院 上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心放射物理科 201321 jingfang.zhao@sphic.org.cn 
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中文摘要:
      目的 利用蒙特卡罗程序模拟点扫描质子束治疗机头,建立精准的质子束流蒙特卡罗模拟计算模型。方法 利用蒙特卡罗程序FLUKA,结合上海市质子重离子医院治疗机头几何结构,建立点扫描质子束治疗机头的蒙特卡罗模型。通过对不同能量下水中积分深度剂量分布,等中心点处空气中束斑大小的测量和模拟,建立精准的模拟模型。利用该模型模拟质子束扩展布拉格峰,并与对应治疗计划系统(treatment planning system,TPS)计算结果进行比较分析。结果 对于射程末端90%积分深度剂量值,各能量下模拟和测量的偏差均不高于0.5 mm。而对于80%至20%末端跌落,各能量质子的模拟和测量的偏差在0.1 mm以内。质子束流束斑大小的模拟与测量结果偏差最大为0.45 mm。对扩展布拉格峰的剂量验证的模拟与TPS计算结果进行对比,γ分析通过率高于90%(2 mm,2%标准)。结论 利用蒙特卡罗程序FLUKA可以建立点扫描质子治疗机头模型,该模型满足临床要求,可以精确地模拟点扫描质子束的输运。该模型通过测量验证,可以作为剂量验证工具,评估临床治疗计划,能够减少剂量验证所需的束流时间,从而增加患者治疗数量。
英文摘要:
      Objective To establish an accurate simulation model for proton scanning beam using Monte Carlo (MC) code. Methods The MC model of proton scanning beam treatment nozzle was established by using MC code FLUKA combined with the geometric structure of the treatment nozzle in Shanghai Proton and Heavy Ion Center (SPHIC). The MC beam model was established through the simulation of the integrated depth dose distribution (IDD) in water and the lateral profile in air at the isocenter points. The model was used to simulate the depth and lateral dose profile of Spread Out Bragg Peak (SOBP) of proton beam. The calucated result were compared with TPS calculation values. ResultsFor the distal R90, the deviations of simulation and measurement at all energies were less than 0.5 mm. For distal fall off (R80-20), the deviations between simulation and measurement at each energy were within 0.1 mm. The biggest difference between measurement and simulation of the proton beam spot size was within 0.45 mm. The result of simulation and TPS calculation of proton SOBP matched well, with the γ index pass rate being higher than 90% (Criteria:2 mm, 2%). Conclusions The MC code FLUKA can be used to model the nozzle of scanning proton beam, which can meet the clinical requirements and accurately simulate the proton beam transport in material. After construction and verification on the basis of measurement, this model can be used as a dose verification tool to evaluate clinical proton treatment plans, in order to reduce the beam time for dose verification and thus increase the number of patient treatment in proton therapy.
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