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研究生： 林堉烽
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
Dose Verification of IMRT by Monte Carlo Simulations
指導教授： 董傳中
Chuan-Jong Tung
趙自強
Tsi-Chian Chao
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 生醫工程與環境科學系
Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
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
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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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