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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林堉烽
研究生(外文):Yu-Feng Lin
論文名稱:以蒙地卡羅方法驗證強度調控放射治療的劑量分佈
論文名稱(外文):Dose Verification of IMRT by Monte Carlo Simulations
指導教授:董傳中董傳中引用關係趙自強趙自強引用關係
指導教授(外文):Chuan-Jong TungTsi-Chian Chao
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:原子科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:蒙地卡羅方法蒙地卡羅模擬穿透劑量強度調控放射治療
相關次數:
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摘要
放射治療的目的,在於控制腫瘤病情、減少周邊正常組織的傷害、及降低副作用的發生,近年來,新發展的強度調控放射治療,利用調控光子射束來達到最佳的順形輻射劑量分佈。放射治療的劑量準確度要求必須在5%以內,才能達到有效治療及減輕副作用的產生。目前品質保證的過程多半是在病患接受治療前完成,只確保了治療系統的穩定性,並不能直接得知病患最終是否受到準確的治療。本研究計劃利用蒙地卡羅方法模擬穿透劑量,與病患實際治療時所量測到的穿透劑量比較,建立一IMRT病患劑量驗證系統。模擬結果證實了本研究在穿透劑量模擬計算的可行性。建立在本研究基礎上,可使繼起研究者在臨床假體測試、EPID劑量驗證,甚至病患劑量等研究上,有莫大的幫助,進而能發展出一套IMRT線上病患劑量驗證系統。
目錄
目錄 i
圖目錄 ii
表目錄 v
摘要 1
第一章 序論 2
1.1 前言 2
1.2 放射治療的品質保證 5
1.3 活體劑量與穿透劑量 7
1.4 蒙地卡羅方法 9
1.5 研究目的 10
1.6 論文架構 10
第二章 基礎理論 12
2.1 醫用直線加速器構造 12
2.2 蒙地卡羅方法 19
2.2-1 粒子遷移模擬簡述 20
2.2-2 EGSnrc程式簡介 22
2.2-3 BEAMnrc程式簡介 24
2.2-4 DOSXYZnrc程式簡介 31
第三章 材料與方法 36
3.1 直線加速器幾何構造模擬 36
3.2 比較模擬與實際量測之射束數據 44
3.3 均值假體的穿透劑量模擬計算 49
第四章 結果與討論 52
4.1 直線加速器機頭及所產生射束之模擬與驗證結果 52
4.2 穿透劑量評估結果 58
4.2-1 動態楔形濾器照野的相對劑量分佈結果 59
4.2-2 IMRT照野的相對劑量分佈結果 62
第五章 結論 78
參考文獻 80
附錄 84
圖目錄
圖1-1 本論文主要模擬實驗架構。 11
圖2-1 醫用直線加速器的三種類型。 12
圖2-2 醫用直線加速器的剖面圖。 13
圖2-3 使射束轉彎並使能量趨於單一化的磁鐵結構圖。 15
圖2-4 醫用直線加速器輸出X光射束的治療前端(機頭)。 18
圖2-5 蒙地卡羅方法示意圖。 19
圖2-6 使用蒙地卡羅方法之輻射粒子遷移模擬流程圖。 21
圖2-7 BEAMnrc模擬程式相關步驟流程圖。 24
圖2-8 BEAMnrc模擬程式之圖形使用者介面。 25
圖2-9 選擇模擬直線加速器時的相關組成模組。 26
圖2-10 選擇交互作用截面。 27
圖2-11 直線加速器組成模組的相關輸入參數(以靶為例)。 28
圖2-12 模擬直線加速器階段的主要相關輸入參數。 29
圖2-13 EGSnrc相關之演繹法及交互作用過程參數。 30
圖2-14 選用射束相關參數。 30
圖2-15 以DOSXYZnrc模擬計算劑量流程圖。 31
圖2-16 DOSXYZnrc模擬程式之圖形使用者介面。 32
圖2-17 DOSXYZ模擬程式相關輸入參數。 33
圖2-18 使用者自行定義假體參數。 34
圖2-19 設定射束相關參數。 35
圖3-1 以BEAMnrc所模擬之直線加速器機頭幾何結構示意圖。 37
圖3-2 平行運算叢集架構示意圖。 40
圖3-3 分析射束粒子數據之BEAMDP圖形使用者介面。 44
圖3-4 n_split與所需模擬時間關係圖。 46
圖3-5 n_split與平均不準度關係圖。 47
圖3-6 n_split與模擬後所收集粒子數關係圖。 47
圖3-7 BEAMnrc/DOSXYZnrc蒙地卡羅模擬流程示意圖。 48
圖3-8 模擬計算穿透劑量時,實際照射之量測擺設照片及示意圖。 51

圖4-1 電子撞擊靶產生光子射束,光子射束經平坦濾器、游離腔、鏡子及準直系統後進入收集平面的模擬示意圖。 53
圖4-2 6MV光子10×10 cm2照野,於水假體中之百分深度劑量曲線,蒙地卡羅模擬與水假體實際量測之結果比較圖。 55
圖4-3 6MV光子10×10 cm2照野,於水假體中1.5公分深度之profile,蒙地卡羅模擬與水假體實際量測之結果比較圖。 55
圖4-4 6MV光子10×10 cm2照野,於水假體中5公分深度之profile,蒙地卡羅模擬與水假體實際量測之結果比較圖。 56
圖4-5 6MV光子10×10 cm2照野,於水假體中10公分深度之profile,蒙地卡羅模擬與水假體實際量測之結果比較圖。 56
圖4-6 6MV光子10×10 cm2照野,於水假體中20公分深度之profile,蒙地卡羅模擬與水假體實際量測之結果比較圖。 57
圖4-7 6MV光子10×10 cm2照野,於水假體中30公分位置深度之profile,蒙地卡羅模擬與水假體實際量測之結果比較圖。 57
圖4-8 將Kodak X-Omat V軟片的光密度值轉換為絕對劑量圖。 58
圖4-9 距射源100公分處,15度的動態楔形濾器照野,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測相對劑量分佈的比較結果圖。 60
圖4-10 距射源100公分處,60度的動態楔形濾器照野,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測相對劑量分佈的比較結果圖。 60
圖4-11 距射源140公分處,15度的動態楔形濾器照野,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測相對劑量分佈的比較結果圖。 61
圖4-12 距射源140公分處,60度的動態楔形濾器照野,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測相對劑量分佈的比較結果圖。 61
圖4-13 第一個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與治療計劃系統的等劑量曲線比較結果。 64
圖4-14 第一個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與治療計劃系統,X方向的相對劑量分佈比較結果。 65
圖4-15 第一個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與治療計劃系統,Y方向的相對劑量分佈比較結果。 65

圖4-16 第二個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與治療計劃系統的等劑量曲線比較結果。 66
圖4-17 第二個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與治療計劃系統,X方向的相對劑量分佈比較結果。 67
圖4-18 第二個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與治療計劃系統,Y方向的相對劑量分佈比較結果。 67
圖4-19 第一個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測的等劑量曲線比較結果。 69
圖4-20 第一個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,X方向的相對劑量分佈比較結果。 70
圖4-21 第一個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,Y方向的相對劑量分佈比較結果。 70
圖4-22 第二個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測的等劑量曲線比較結果。 71
圖4-23 第二個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,X方向的相對劑量分佈比較結果。 72
圖4-24 第二個IMRT照野,在距射源100公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,Y方向的相對劑量分佈比較結果。 72
圖4-25 第一個IMRT照野,在距射源140公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測的等劑量曲線比較結果。 74
圖4-26 第一個IMRT照野,在距射源140公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,X方向的相對劑量分佈比較結果。 75
圖4-27 第一個IMRT照野,在距射源140公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,Y方向的相對劑量分佈比較結果。 75
圖4-28 第二個IMRT照野,在距射源140公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測的等劑量曲線比較結果。 76
圖4-29 第二個IMRT照野,在距射源140公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,X方向的相對劑量分佈比較結果。 77
圖4-30 第二個IMRT照野,在距射源140公分處,蒙地卡羅模擬與軟片實際量測,Y方向的相對劑量分佈比較結果。 77
表目錄
表4-1 僅用一顆CPU,模擬直線加速器機頭時,分段與不分段模擬所需時間比較表。 53
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