降能片对医用碳离子束流影响的Geant4模拟

发布时间：2017-06-02 08:05

  本文关键词：降能片对医用碳离子束流影响的Geant4模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，在放射治疗领域中重离子肿瘤治疗得到迅速发展，其中碳离子束以其倒转深度剂量分布(Bragg peak)和高相对生物学效应(REB)的特点，使得其在治癌研究中受到广泛关注。碳离子束在到达人体之前由束流配送系统调节其形状以使其与肿瘤的形状一致，现有的束流配送系统分为主动型和被动型两种，这两种配送系统都有一变能装置——降能片对肿瘤实施适形放射治疗，，因此研究降能片对束流的影响非常必要。 本文利用Monte Carlo模拟软件Geant4，模拟、计算了能量在（80-360）MeV/u范围内的碳离子穿过靶厚在（0.5-5.5）g/cm2范围内的有机玻璃（PMMA）、铝（Al）、铜（Cu）和铅（Pb）四种靶材降能片之后的角度歧离值和能量歧离值，定量讨论了碳离子能量、降能片材料及厚度对碳离子束流的影响。此外，在本文最后通过给出、分析水等效厚度公式选出最佳的降能片材料，然后通过对比碳离子经过降能片之后再进入水中的Bragg峰和单能碳离子直接进入水中的Bragg峰，定性分析了降能片对Bragg峰的影响与降能片厚度、碳离子能量的关系。所得结论如下： （1）角度歧离主要与入射碳离子的能量、降能片的材料及厚度三个因素相关，具体规律为：角度歧离程度随着入射碳离子能量的降低、降能片材料原子序数的增高、降能片质量厚度的增加而增大。 （2）能量歧离主要与降能片材料及厚度两个因素有关，即:能量歧离程度随着降能片Z/A的增大、降能片质量厚度的增加而增大。此外，能量歧离还受到入射碳离子能量的影响，但是这种影响很小，在近似情况下，通常认为能量歧离值不随着碳离子能量的变化而变化。 （3）原子序数低的靶材料更适合用作降能片材料。此外，Bragg峰受降能片的影响随着降能片厚度的增加、碳离子能量的降低而增大。
【关键词】：Geant4 碳离子 角度歧离 能量歧离 Bragg峰
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R730.55;O571
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-16
• 1.1 放射治疗简介9-12
• 1.1.1 放疗用射线9-10
• 1.1.2 射线杀伤癌细胞的机制10-11
• 1.1.3 射线在水中的能量损失11-12
• 1.2 重离子治癌终端的束流配送系统12-15
• 1.3 本文的主要工作15-16
• 第二章 Monte Carlo 方法与编程思想16-29
• 2.1 Monte Carlo 方法概述16-18
• 2.2 编程思想简介18-29
• 2.2.1 设定基本的模拟条件18-24
• 2.2.1.1 Detector Construction—物理体的构建18-21
• 2.2.1.2 Detector Construction—材料的定义21-22
• 2.2.1.3 Primary Generator Action—源粒子的定义22-23
• 2.2.1.4 Physics List—物理过程的设定23-24
• 2.2.2 输入输出量的控制24-26
• 2.2.2.1 Stepping Action—获取模拟数据24-25
• 2.2.2.2 Run Action—输出模拟数据25-26
• 2.2.3 main()函数的编写26-29
• 第三章 角度歧离29-38
• 3.1 角度歧离的理论发展29-31
• 3.2 角度歧离高斯分布的模拟验证31-32
• 3.3 角度岐离随着能量、靶厚和靶材的变化规律32-38
• 3.3.1 角度歧离值θ随着靶厚与能量的变化规律33-35
• 3.3.2 角度歧离值θ随着靶厚与靶材的变化规律35-36
• 3.3.3 角度歧离值θ随着碳离子能量与靶材的变化规律36-38
• 第四章 能量歧离38-45
• 4.1 能量歧离的理论概述38-39
• 4.2 能量歧离高斯分布的模拟验证39-40
• 4.3 能量歧离随着能量、靶厚和靶材的变化规律40-45
• 4.3.1 能量歧离值σ随着碳离子能量与靶材的变化规律40-41
• 4.3.2 能量歧离值σ随着靶厚与能量的变化规律41-43
• 4.3.3 能量歧离值σ随着靶厚与靶材的变化规律43-45
• 第五章 降能片对 Bragg 的影响45-52
• 5.1 等效水厚度与质量厚度的换算公式45-47
• 5.2 PMMA 靶对 Bragg 峰的影响47-50
• 5.2.1 不同质量厚度的 PMMA 靶对 Bragg 峰的影响47-49
• 5.2.2 PMMA 靶对 Bragg 峰的影响与碳离子能量的关系49-50
• 5.3 总结与建议50-52
• 参考文献52-56
• 致谢56-57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 曹吉生;张伟军;彭红;;治疗计划系统中利用CT值计算碳离子入射能量的可行性研究[J];核电子学与探测技术;2011年12期

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4 戴中颖;李强;肖国青;金晓东;闫铮;;HIRFL浅层肿瘤重离子治疗终端束流配送系统性能的实验验证[J];高能物理与核物理;2007年07期

5 刘进;章林文;刘军;施将君;;质子照相中容器引起的模糊[J];强激光与粒子束;2008年07期

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本文编号：414608