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2024年6月7日发(作者：)

医用直线加速器不同辐射野光子线水吸收剂量的蒙特卡罗模拟

癌症是导致人类发病和死亡的最主要原因之一。放射治疗可以有效治疗原发

性和转移性肿瘤。

单纯放疗或放疗与手术、化疗相结合可以使60%-70%的恶性肿瘤患者受益。

目前,调强放射治疗(IMRT)、立体定向放射外科(SRS)、立体定向放射治疗(SRT)

和容积调强放疗(VMAT)以及高剂量率非均整模式等放疗新技术广泛应用于放疗

临床。

这些放疗新技术多采用多叶准直器和主铅门形成小尺寸、非标准射野来实施

治疗计划。采用小尺寸、非标准射野可以进一步提高肿瘤患者的靶区适形度,进

而缩小靶区外放边界,提高肿瘤的治愈率,减少正常器官的毒性；但是,也给临床

辐射剂量学测量带来了巨大的挑战。

参考剂量和相对剂量的准确测量对放疗新技术的开展至关重要。目前,水吸

收剂量的测量是在标准参考射野(10 cm × 10 cm射野)下进行,射野中心轴及其

附近区域内处于带电粒子平衡状态。

由于小尺寸、非标准射野受侧向带电粒子失衡以及部分源遮挡效应等因素影

响,不能用美国医学物理师协会51号报告(AAPM TG-51)和国际原子能机构398

号报告(IAEA TRS-398)准确描述放疗新技术下小尺寸照射野的水吸收剂量。针对

这一问题IAEA和AAPM在2008年给出了新的指导建议,其中对小尺寸、非标准射

野高能光子水吸收剂量的测定给出了新的推荐公式。

该推荐公式要求加入射线质修正因子,用来修正射野大小改变对射线质造成

的影响。射线质修正因子可以借助蒙卡程序对所用电离室的结构建模、模拟计算

得到。

但是必须确切知道所用电离室的几何结构和材料密度。TrueBeam加速器是

Varian公司生产的新一代加速器,可以产生6 MV非均整模式(FFF)和10 MV FFF

两档光子能量,最大剂量率分别达到1400 MU/min和2400 MU/min。

目前,FFF模式主要应用于立体定向放疗(SRT)和立体定向放射外科(SRS)。

由于SRT和SRS的单次剂量很高,其剂量测量精度对靶区的治疗和周围正常器官

的损伤至关重要。

蒙特卡罗方法能精确地模拟加速器的机头结构以及射线与物质的相互作用,

可以用来研究FFF射束的小尺寸射野的剂量学。由于没有确切的TrueBeam机头

模型参数,本研究借助Varian公司生产的高能加速器iX机头模型,将均整器移除

后在原来均整器的位置放置一定厚度的铜箔后利用BEAMnrc程序来构建

TrueBeam机头模型。

通过调整入射电子能量、径向强度分布以及展宽角度等相关参数,用

DOSXYZnrc程序对TrueBeam加速器6 MV FFF和10 MV FFF两档能量4 cm × 4 cm

到40 cm × 40 cm射野的百分深度剂量(PDD)曲线、离轴比(OAR)曲线以及总散

射因子Sc,p进行了模拟。通过与相应射野的测量数据进行比较,得到最佳的入射

电子模型参数。

进而,将得到的最佳模型参数用于4 cm × 4 cm以下小尺寸射野的剂量学计

算,研究分析小尺寸射野的特性。同时,计算得到不同能量下小尺寸辐射野的大小

以及小尺寸辐射野的水吸收剂量,并与实际测量结果进行比较、分析,得到小尺寸

射野的水吸收剂量的定标方法。

对6 MV FFF的射束,蒙特卡罗模拟中最终选定的入射电子能量为6.1 MeV,

半高宽(FWHM)为0.75 mm,角度展宽为0.90;对10 MV FFF的射束,入射电子能量

为10.8 MeV,半高宽(FWHM)为0.7 mm,角度展宽为0.3°。对这两档能量的射线

质,蒙卡模拟结果与测量结果的差异均小于0.5%。

对这两档能量的PDD曲线,在0.1 cm到30 cm深度处,除1 cm × 1 cm射野

满足Local Dose限制条件2%/1 mm外；其它射野的PDD模拟结果和测量结果均

满足Local Dose限制条件1%/1 mm。对这两档能量的OAR曲线,20 cm × 20 cm

及以下射野模拟得到的OAR曲线与测量结果相比满足Local Dose限制条件1%/1

mm；其它射野满足Local Dose限制条件2%/1 mm。

对总散射因子和水吸收剂量,除了1 cm ×1 cm射野外,其它射野的总散射因

子和水吸收剂量计算结果和测量结果得到的差异均小于1%,满足临床剂量学要

求。对6 MV FFF和10 MV FFF两档能量下1cm × 1 cm射野的总散射因子,测量

结果与模拟结果相差分别为4.82%和3.40%,测量结果小于模拟结果。

综上所述,本研究得到的6 MV FFF和10 MV FFF X射线的机头模型参数可以

用于小尺寸射野临床剂量学研究。同时,本研究为建立以电离室剂量计为基础的

小尺寸辐射野水吸收剂量的定标流程和测量装置提供理论依据和参考数据。

该模型的精确性还需准确的机头结构参数进行验证。另外,还需要对1 cm ×

1 cm射野的剂量学测量进行进一步深入研究。

本文标签： 射野测量尺寸结果吸收剂量

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