医用电子直线加速器治疗系统剂量分布的模拟及实验研究

发布时间：2020-07-30 03:16

【摘要】：基于电子加速器的放射治疗技术已成为放射治疗的主要形式,医用电子直线加速治疗系统的剂量分布数据是制定治疗计划的重要依据。本论文针对兰州大学第二医院新购置的医科达synergy电子直线加速器,开展了治疗系统剂量分布的模拟研究和实验研究,目的是为下一步的临床治疗奠定基础。研究了放射治疗所涉及的照射量、吸收剂量及两者之间的关系等理论问题,并对医用电子直线加速器放疗中所涉及的照射野、百分深度剂量(PDD)、剂量分布平坦度和对称性等进行了总结。根据医科达synergy电子直线加速器治疗头的结构,建立了模拟模型,采用Geant4程序开展了治疗头系统的剂量分布模拟研究,给出了电子能量为6MeV和10MeV、射野为5cm×5cm和10cm×10cm条件下组织等效水箱中的百分深度剂量分布曲线和剂量横向分布曲线。基于医科达synergy电子直线加速器治疗系统,采用德国PTW三维水箱和灵敏体积为0.1253潂3的指型电离室,完成了电子束能量6MeV和10MeV条件下水模体中不同深度的百分深度剂量分布和横向剂量分布的实验测量,开展了实验数据和模拟结果的比较研究和分析,得到了如下结果和结论:6MeV电子束能量下最大剂量深度约为1.5cm,10MeV下最大剂量深度约为2.2cm,模拟数据和实验结果的相对偏差不大于5%,验证了Geant4模拟方法的可靠性;开展了电子束能量10MeV和10cm×10cm射野下横向剂量分布的均匀性和对称性分析,结果显示横向剂量分布的对称性和平坦度均小于3%,且具有良好的正交性对称性,满足放射治疗临床剂量学规定的不大于3%的基本要求。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH774
【图文】：

粒子加速器,束流能量,历程,加速器

于结构紧凑、体积小、能量高、能够满足临床各类需求，一经发明很快被广泛应用，极大地推进了加速器技术在放射治疗中的应用。在我国，直到1978年，首台国产的医用电子直线加速器才被投入使用。如图1-1所示给出了随时间推移加速器能量不断提高的发展历程[19]。图1-1 粒子加速器的束流能量随时间的发展历程

示意图,电子回旋加速器,涡旋电场,示意图

接玫缱又毕呒铀倨髦瘟葡低臣亮糠植嫉哪Ｄ饧笆笛檠芯?6图1-2 电子回旋加速器结构及原理示意图3、电子感应加速器此加速器是采用变化的磁场产生涡旋电场，将电子注入到涡旋电场中被加速来获得高能量电子束流的一种加速器。其结构和组成如图1-3中所示，由电子枪、两轭“山形”磁极（上下磁轭）、励磁线包（即绕组，包括高频电源）、真空盒等组成。电子感应加速器的工作原理为：给励磁线包上加随时间变化的励磁电流，即可以产生变化的磁场，变化的磁场就可以产生涡旋电场，将来自电子枪的电子束注入到真空盒区域的平衡轨道上，依靠次区域的涡旋电场实现电子的加速。在涡旋电场方向改变前的短时间内，电子束可以平衡轨道上被加速上万圈，从而可以获得高能量的电子束[26]。电子感应加速器的电子束的最高能量可以达到约300MeV

示意图,电子感应加速器,示意图

接玫缱又毕呒铀倨髦瘟葡低臣亮糠植嫉哪Ｄ饧笆笛檠芯?7图1-3 电子感应加速器结构和组成示意图4、电子直线加速器1924年，英国科学家G.Ising率先提出了直线加速器概念，是利用高频电场实现带电粒子多次加速的一种加速器。随着微波技术的发展，1946年后开始采用射频微波来加速带电粒子。电子直线加速器是目前发展最为成熟的一种直线加速器，其优点是体积小、电子束流强，电子打靶可产生高强度的X射线辐射场，已得到了十分广泛的应用，其中，医用直线加速器作为产品已广泛应用于放射治疗[27-28]。医用电子直线加速器按照微波电场加速方式分为行波和驻波两类，其基本结构和组成如图1-4所示

【参考文献】