用蒙特卡罗方法评估加速器光子剂量各向异性分析算法的精度

摘要

目的：以蒙特卡罗模拟的结果为基准，评估各向异性分析算法（Anisotropic Analytical Algorithm，AAA）在非均匀介质中的计算精度。
　　方法：建立一包含非均匀介质（空气、肺、脂肪、肌肉、骨）的水模体,模体大小为40cm×40cm×25cm，非均匀介质为30cm×30cm×5cm的平板，位于水模体的5cm深度处。分别用蒙特卡罗方法、AAA算法、笔形束卷积算法（Pencil Beam Convolution，PBC算法）（作为对比）计算不同射野（1cm×1cm到10cm×10cm）、不同能量（6MV和15MV）、不同介质中的深度剂量和离轴比并做比较。深度剂量的比较使用定义的剂量偏差和剂量偏离因子，在非均匀介质区域和非均匀介质后的区域进行。离轴比的比较通过伽马分析来实现。
　　结果：AAA算法在空气介质中、能量分别为6MV和15MV时，剂量偏差的范围分别为40.37％～517.22%、42.55%～560.97%，伽马分析通过率范围分别为12.20%～64.63%、21.95%～65.82%，AAA算法的剂量偏差均小于PBC算法，伽马分析通过率与PBC算法接近。AAA算法在肺介质中、能量分别为6MV和15MV时，剂量偏差的范围分别为-2.54%～11.63%、-0.92%～26.29%，伽马分析通过率范围分别为84.15%～93.90%、87.80%～100.00%，AAA算法除个别射野的剂量偏差大于PBC算法外，其它均小于PBC算法，伽马分析通过率均大于PBC算法。AAA算法在脂肪介质中、能量分别为6MV和15MV时，剂量偏差的范围分别为-2.45%～-1.22%、-3.43%～1.26%，伽马分析通过率范围分别为93.90%～97.56%、93.90%～97.56%，AAA算法除能量为6MV、2cm×2cm射野的剂量偏差大于PBC算法外，其它均小于AAA算法，伽马分析通过率与PBC算法接近。AAA算法在肌肉介质中、能量分别为6MV和15MV时，剂量偏差的范围分别为0.99%～4.03%、1.65%～4.38%，伽马分析通过率范围分别为92.68%～96.34%、95.12～97.56%，AAA算法除能量为15MV时、1cm×1cm射野的剂量偏差小于PBC算法外，其它均大于PBC算法，伽马分析通过率整体与PBC算法接近。AAA算法在骨介质中、能量分别为6MV和15MV时，剂量偏差的范围分别为1.68%～4.22%、1.47～2.60%，伽马分析通过率范围91.46%～97.56%、92.68%～97.56%，AAA算法在能量为6MV时，剂量偏差均大于PBC算法，伽马分析通过率整体与AAA算法接近，在能量为15MV时，除个别射野的剂量偏差大于PBC算法外，其它均小于PBC算法，伽马分析通过率均与PBC算法接近。
　　结论：AAA算法计算的精度在空气、肺、脂肪介质中高于PBC算法，而在肌肉、骨介质中的精度略低于PBC算法。AAA算法在肺、脂肪介质中剂量计算的结果与蒙特卡罗模拟的结果一致性较好，计算精度较高，但在空气中的剂量计算结果与蒙特卡罗模拟的结果仍偏离较大。AAA算法在能量为6MV时、空气介质、肺介质、脂肪、肌肉介质中剂量计算的精度高于能量为15MV时，而骨介质中剂量计算的精度总体上略低于能量为15MV时。同时，AAA算法，尤其是PBC算法在1cm×1cm射野时显示了较差的计算精度。

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1 引言

2 各向异性分析算法和蒙特卡罗方法

2.1各向异性分析算法

2.2蒙特卡罗方法

3 材料与方法

3.1蒙特卡罗模拟

3.2 AAA算法剂量计算

3.3 PBC算法剂量计算

3.4 相对介质的剂量到相对水的剂量转换

3.5精度评估方法

4.结 果

4.1 光子能量为6MV，非均匀介质为空气时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）计算精度的评估

4.2 光子能量为15MV，非均匀介质为空气时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.3 光子能量为6MV，非均匀介质为肺时，不同射野条件下，AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.4 光子能量为15MV，非均匀介质为肺时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.5 光子能量为6MV，非均匀介质为脂肪时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.6 光子能量为15MV，非均匀介质为脂肪时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.7 光子能量为6MV，非均匀介质为肌肉时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.8 光子能量为15MV，非均匀介质为肌肉时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.9 光子能量为6MV，非均匀介质为骨时，不同射野条件下，AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

4.10 光子能量为15MV，非均匀介质为骨时，不同射野条件下， AAA算法（PBC算法作对比）精度的评估

5.讨论

6.结论

参考文献

致谢

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