GZP3近距离放疗剂量学参数模拟与DVH计算

摘要

GZP3 HDR(High Dose Rate)60Co近距离放射治疗后装机是一个二维放射治疗设备，它所采用的高剂量率近距离放射治疗方式是宫颈癌放射治疗中普遍采用的方法。根据美国医学物理师协会(American Association of Physicists inMedicine，AAPM)43号小组修正报告(TG-43U1)中对使用近距离放射治疗源的规定，任何近距离放射治疗辐射源在投入临床应用前应进行校准并测定其剂量学参数。
　　高剂量率近距离放射治疗是将密封的放射源由组织间插植或植入病人人体空腔内，在一较短距离内给肿瘤高剂量照射。在目前商业近距离治疗计划系统中，放射源周围剂量分布的计算均假设治疗环境为均匀水介质中。
　　美国医学物理师学会第43号小组于2004年修正了近距离放射治疗中线型放射源周围剂量分布的计算模式，并推荐了该计算模式下放射源各剂量学参数可以通过实验或者蒙特卡罗方法在均匀水介质中获得。然而，针对食管癌病人食管周围的危及器官，主要包括脊髓、胸骨、气管和肺。他们的质量密度、电子密度和元素组成等特征与水介质的这些特征存在明显的差异性，但是商业近距离治疗计划系统在剂量计算时并未对该差异性进行考虑。然而正是由于这些差异性的存在以及不同病人食管周围危及器官几何解剖位置的变化，对剂量计算的准确性产生严重影响，最终影响到剂量体积直方图(Dose Volume Histogram，DVH)的准确性，使临床医生对放射治疗计划合格性的评估产生偏差。
　　本研究主要围绕60Co近距离放射源在均匀水介质模型中的剂量学参数获取和在均匀与非均匀模型中放射源周围剂量分布的差异性做两方面的探讨:
　　（一）:根据AAPM TG-43U1的报告中所推荐的均匀水介质模型中近距离放射治疗线型放射源周围剂量分布的计算模式，利用蒙特卡罗方法模拟GZP3 HDR近距离放射治疗源60Co在均匀水介质模型中的剂量学参数:剂量率常数、几何函数、径向剂量函数和各向异性函数。
　　（二）:根据一位食管癌病人扫描的CT图像，确定食管及其周围器官的几何解剖位置和结构，建立一个三维的模型。在等效病人非均匀模型与均匀水介质模型中，比较食管计划靶区(Planning Treatment Volume，PTV)及周围危及器官(Organs at Risk，OARs)脊髓、胸骨和肺的剂量体积直方图的差异。
　　为了验证本文所用软件和研究方法的正确性与可行性，本文先利用蒙特卡罗软件MCNP5对192Ir近距离放射源在均匀水介质模型中的剂量学参数进行模拟计算并与Daskalov GM的数据进行比较分析。
　　通过模拟及计算研究发现，GZP3 HDR60Co近距离放射治疗装置中第3号通道的放射源在等效病人非均匀模型下食管计划靶区的剂量体积直方图与均匀水介质模型下完全重合，并未受到食管周围非均匀组织对光子散射的影响;而非均匀模型中气管内充满了空气，且胸骨的组成为密质骨。因为空气、密质骨和水对光子能量的衰减和光子散射效应等是不同的，所以计算结果表明相比于实际情况，100％体积的胸骨所受到的剂量在均匀水介质模型中被低估了1.10％，在高剂量区被低估的趋势增加，超过50％体积的胸骨所受剂量被低估了8％以上;100％体积的脊髓所受到的剂量在均匀水介质模型中被高估了16.08％。
　　在临床放射治疗中危及器官受到的照射量限制了计划靶区的最大处方剂量，在食管癌病人的放射治疗中脊髓是临床上需要重点保护的器官，它所受的剂量严重影响到计划靶区的处方剂量。从上面的分析可以看出，现在临床上60Co高剂量率近距离照射商业治疗计划系统均采用均匀水介质模型中获得的剂量学参数来计算剂量分布，而在作为食管癌计划靶区补量照射时，脊髓的受照射剂量是被低估的，所以可以考虑增加计划靶区的照射量使得肿瘤组织获得更高的照射剂量。
　　本方法获得的60Co剂量学参数可作为原始数据输入GZP3治疗计划系统(Treatment Planning System，TPS)中，在临床上具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 研究内容与方法

第2章 近距离放射治疗

2．1 近距离放射治疗特点

2．2 近距离放射治疗物理学基础

2．2．1 辐射分类

2．2．2 光子与物质相互作用

2．2．3 电子与物质相互作用

2．3 放射源周围剂量的分布

2．3．1 光子放射源的物理特性

2．3．2 γ射线源的物理量

2．3．3 放射源周围剂量分布计算的传统方法

2．3．4 放射源周围剂量分布计算的推荐方法

2．4 远距离后装治疗系统

第3章 GZP3 60Co近距离放射源剂量学参数的模拟

3．1 MCNP简介

3．2 MCNP5模拟粒子输运过程

3．3 软件和方法的可行性验证

3．4 60Co放射源均匀水介质中剂量学参数的模拟

3．4．1 GZP3 HDR近距离放射源60Co

3．4．2 蒙特卡罗模拟与计算

第4章 食管解剖结构中的DVH计算

4．1 60Co放射源在食管解剖结构中的情形

4．2 建模的几何结构

4．3 蒙特卡罗模拟

4．4 剂量体积直方图结果讨论

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果