基于蒙特卡洛方法和数字体模的质子治疗设施屏蔽优化设计

发布时间：2021-11-15 21:27

　　目的:评估采用蒙特卡洛（MC）模拟方法和中国科学技术大学数字人体模型（USTC体模）在质子治疗设施中的辐射屏蔽优化设计。方法:使用MC模拟方法和USTC体模计算数字体模处于不同位置时在不同部位的当量剂量率（EDR）,对安徽省合肥市离子医学中心（HIMC）的新型质子治疗设施的屏蔽设计进行评估,并将其与采用经验公式计算得出的EDR进行比较。结果:使用铁靶时,经验公式计算得出的EDR值比MC模拟方法得到的结果偏高27.6倍;使用水靶时,经验公式计算结果较MC模拟结果高36.6倍,说明使用经验公式进行屏蔽计算将使得剂量被高估,从而导致成本增加,不符合辐射防护最优化原则。结论:利用USTC体模对质子治疗设施进行基于MC模拟的屏蔽计算可以得到更加准确和优化的结果。 

【文章来源】：中国医学物理学杂志. 2020,37(12)CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

HIMC质子治疗系统简图

经验公式计算涉及的几何模型如图3所示。质子撞击目标靶后在该点产生的当量剂量率为H0，经一定方向自屏蔽体内侧穿过，在屏蔽体外侧的关注点（屏蔽体厚度为“d”，单位：cm）处减小为Hx。碰撞点与关注点之间的距离为“r”，单位：m。根据（GBZ/T201.5-2015)[20]中“6机房墙体屏蔽估算方法”，当关注点与束流损失点的距离远大于束流损失点的几何尺寸（大于7倍）时，可将靶视为点源。根据质子治疗系统的设备结构和平面布局，本项目各束流损失点均视为点源处理。屏蔽体外关注点剂量率采用下式计算[20]:图3 质子加速器理论计算几何模型

图2 MC模拟计算和理论计算流程图其中，λ(θ)为在θ方向的级联中子在屏蔽层中的衰减长度，单位：g/cm2;Hcasc为单个质子产生的级联中子在距束流损失点1 m远处的当量剂量，单位：(SV?m2)/p；侧向和前向的Hcasc和λ(θ)的值如表1所示，数据引用《广东本项目质子医疗装置示范工程项目核技术利用环境影响报告书》中130～230 Me V质子相应参数，采用内插法换算而得。当束流损失为I（固定治疗室中的加速器机头束流损失为3 n A）时，每秒在组件中损失的质子数为S0=6.24×109I，单位：P/s。


本文编号：3497523