高能粒子在人体组织中三维能量沉积分布的模拟研究

论文摘要

我们所处的环境中存在着各种辐射粒子,这些辐射粒子无时无刻不在人体中沉积辐射剂量。精确了解不同辐射粒子的能量沉积特性,尤其是在射线应用于癌症放射治疗越来越广泛的当下,精确了解高能辐射粒子在人体组织中能量沉积分布的特点对于放射性治疗方式的选择、更好地应用辐射粒子具有重要意义。近年来癌症发病率越来越高,而放射性治疗作为一种先进的治疗方式其重要性日益显现。在放射治疗中主要用到的是电子、光子以及质子等辐射粒子,其中电子线放疗和光子放疗发展得较早,质子等重离子放疗发展相对缓慢。利用不同辐射粒子的放疗方式,本质上都是应用电离辐射粒子在癌变部位沉积过量剂量,杀死癌变细胞从而达到治疗的目的。随着三维适形放疗及调强放疗技术的发展,更加精确地制定放疗计划,减少对患者的额外剂量成为放疗技术的发展目标。近年来,窄束流质子扫描放射方式以及点对点式质子放疗方式的提出,使得质子放疗能够更容易的对癌变组织进行适形放疗,治疗效果更佳。但窄粒子束流受物质散射作用的影响较大,当下对于窄束流的粒子能量沉积研究还不充分;另一方面能量沉积放疗计划的制定主要基于CT断层扫描技术,CT扫描技术是通过扫描人体的横断面来获取人体的信息,但在放射性治疗的过程中放射束流一般是平行于人体横断面或是呈一定夹角照射人体组织,而目前对于垂直于粒子入射方向上的能量沉积的研究较缺乏。为此本文通过Geant4对几种医用辐射粒子窄束(电子、光子、质子)与人体组织相互作用时的能量沉积特性进行了模拟研究,多维度对比了不同粒子能量沉积的特性,为以后充分利用不同放疗方式的优点,开发复合式三维适形放疗计划系统提供借鉴,也为医院进行放射性治疗时选择哪种放疗方式提供有意义的参考。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外放射治疗发展现状

1.2.2 国内放射治疗发展现状

1.3 论文研究内容和结构

第2章放疗中的概念及粒子相互作用原理

2.1 辐射剂量相关概念及理论

2.1.1 辐射剂量学中常用的辐射量

2.1.2 传能线密度

2.1.3 辐射品质因子

2.2 辐射粒子治疗的物理学基础

2.2.1 光子与物质的相互作用

2.2.2 电子与物质的相互作用

2.2.3 质子和重离子与物质的相互作用

2.3 本章小节

第3章蒙特卡罗方法和Geant4

3.1 蒙特卡罗方法

3.1.1 蒙特卡罗方法概述

3.1.2 蒙特卡罗方法原理

3.1.3 蒙特卡罗方法优缺点

3.2 Geant4介绍

3.3 本章小节

第4章不同粒子的能量沉积特性

4.1 Geant4模型的建立及验证

4.2 Geant4粒子能量沉积计算模型的建立

4.3 电子能量沉积分布计算

4.3.1 电子一维能量沉积

4.3.2 电子二维能量沉积

4.3.3 电子三维能量沉积

4.4 光子能量沉积分布计算

4.3.1 光子一维能量沉积

4.3.2 光子二维能量沉积

4.3.3 光子三维能量沉积

4.5 质子能量沉积分布计算

4.5.1 质子一维能量沉积

4.5.2 质子二维能量沉积

4.5.3 质子三维能量沉积

4.6 本章小节

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李景太

导师: 欧阳晓平

关键词: 放射治疗,模拟计算,能量沉积

来源: 华北电力大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技

专业: 物理学,临床医学,肿瘤学,特种医学

单位: 华北电力大学(北京)

分类号: R730.55;O572.2

DOI: 10.27140/d.cnki.ghbbu.2019.001369

总页数: 72

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