60Co远程治疗机剂量场分布的Monte Carlo计算

现今放疗设备剂量分布的计算基本是以半经验解析方法为主,而半经验解析方法的适用范围是有限的,用Monte Carlo方法[1]却可以很好地克服以上缺陷,因此有必要对Monte Carlo方法在放射医学领域中的应用进一步研究,建立一种更为准确和实用的剂量场分布的计算方法。此外,在放疗中剂量数据通常是通过扫描水箱直接测得,这只代表了射野内某些平面上有限点的数据,而对于任意平面上任意点的剂量数据,受测量条件限制,费时费力,测量结果的准确性就难以得到保证了。

本文利用Monte Carlo方法,借助EGS4[2]软件包计算了60Co远程治疗机在水膜体中的剂量场分布,获得了比实际测量更多、更全面的三维剂量数据。同时,为了提高抽样效率,对于源粒子的运动方向采用了解析方法确定。经实验验证,此计算结果与RTS-200S扫描水箱测量结果符合得很好。

1　物理模型

60Co远程治疗机机头主要包括源和准直器两部分。其中60Co源为圆柱形结构,分别为1.17、1.33MeV两个能级。治疗机的准直器部分如图1所示,包括一级和二级准直器,控制射线在水膜体中的射野。

本文采用立方体水膜,几何区域划分如图2所示。

1区为水膜体,作为记录单元; 2区为水面至容器上端,介质为空气; 3区为容器,介质为有机玻璃;4区为准直器中间部分,介质为空气; 5区为准直器钨层,介质为钨; 6区为准直器外围,介质为空气。

2　计算方法

模型中涉及到的介质有:水、空气、有机玻璃、钨。计算前需填写输入卡片USERINP.DAT,计算所需的截面数据由PEGS程序给出。考虑到铅套的作用以及几何尺寸的关系,抽样时可将60Co源简化为面源。

准直器简化为钨层和空气两个区域。同时,对于源抽样,为了提高抽样效率,将采用确定源粒子入射方向的解析方法。如图3所示,具体做法是:根据给定的射野,确定准直器的位置以及源粒子直接入射到水膜体表面的最大角度。源抽样时,为了确定源粒子的入射方向,首先抽样确定粒子在60Co面源上的位置,然后在射野组成的方形区域内抽样,确定粒子入射到水膜体表面的位置,最后通过几何关系计算出相应的方向余弦。使用该方法时,源粒子的初始权重为1/4πL2(其中L为r*-r的长度)。这样做可以保证源粒子的入射方向在射野以内,从而提高了抽样效率。最后通过记录结果输出程序,可以得到水膜体中任一记录单元的沉积能量,进而转化为剂量,从而得到记录区域剂量场的三维分布。

3　计算结果

经过计算,可以得到任意射野下水膜体区域内剂量场的三维分布。任取一个深度和垂直面后得到的平面剂量分布和通过中心轴的垂直剂量面分布,如图4所示。