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放射治疗是治疗肿瘤的主要方法之一,剂量计算是放疗计划系统的重要组成部分,其准确性对于放射治疗的效果影响很大。剂量计算属于放射性粒子输运问题,蒙特卡罗方法在模拟粒子输运过程方面是公认的最精确的计算方法。
本文的主要工作是依据辐射仿真实体模型--“成都剂量人体模型”,构建了符合中国人解剖生理数据,可用于辐射防护的人体数学模型--“NHMAN人体数学模型”和基于CT扫描数据并符合中国人解剖生理数据的“Visual NHMAN男性人体体素模型”;并围绕这三种人体仿真模型,利用搭建的基于Windows和MPI环境下的蒙特卡罗方法并行集群计算平台对其进行剂量学方面的相关计算研究。
在针对“NHMAN人体数学模型”的剂量计算中,计算了单能光予以各种几何条件入射“NHMAN人体数学模型”时,每单位自由空气比释动能对应的有效剂量以及不同能量的平行光子束沿各种方向入射体模产生的人体有效剂量。将通用蒙特卡罗程序MCNP、自编蒙特卡罗程序NHMCI.O的模拟计算结果与ICRP出版物数据进行了对比分析,并对男女不同性别模型在不同外照射辐射剂量和不同方向照射情况下有效剂量的差异性进行了研究分析。
在针对“Visual NHMAN男性人体体素模型”的剂量计算中,应用蒙特卡罗程序MCNP对各种放疗外照射条件(不同能量的电子束和光子束外照射)进行模拟剂量计算,计算结果与实测得到的剂量数据结果进行了对比,研究分析光子束外照射条件下照射野对百分深度剂量(PDD)的影响。重点研究了医学影像CT值与人体化学组成和质量密度的对应关系,提出医学影像CT值推导人体组织属性参数的新方法-一两分法,并根据Y光子与物质相互作用原理构造了理论函数模型,从理论上证明了这一方法的有效性和合理性。
研究表明,本文构建的“NHMAN人体数学模型”和“Visual NHMAN男性人体体素模型”是基本可信的,能很好地符合中国人解剖生理数据,完全可用于辐射剂量的计算模拟;构建的基于Windows和MPI环境下的蒙特卡罗方法并行集群计算系统,缩短了计算时间,提高了计算效率;基于蒙特卡罗方法的模拟计算结果真实可靠,与国际组织ICRP的推荐数值和实测数据均能良好吻合;若干“基于蒙特卡罗方法的仿真体模辐射剂量计算”过程中的着干关键技术也均得到良好实现。