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SPEEDO:一款快速准确的碳离子蒙特卡罗剂量计算程序

SPEEDO:a rapid and accurate Monte Carlo dose calculation program for carbon ion therapy

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摘要目的:开发一款用于碳离子治疗的快速准确的蒙特卡罗程序SPEEDO.方法:对于电磁过程,采用连续慢化近似的Ⅱ类浓缩历史模拟方案,模拟能量歧离、射程歧离、多重散射和电离过程.对于核相互作用,本研究考虑5种靶核:氢、碳、氮、氧和钙.产生的次级带电粒子遵循同样的浓缩历史框架.本研究模拟碳离子在4种材料(水、软组织、肺和骨头)中的输运过程,并将计算的剂量结果与放射治疗物理专用蒙特卡罗模拟软件TOPAS进行对比验证,最后与在武威重离子治疗中心医用重离子加速器示范装置(HIMM-WW)上测得的水箱剂量进行对比.结果:SPEEDO的模拟结果与TOPAS具有良好的一致性.对于每种材料在物理剂量大于其体素最大剂量点10％的体素区域,两者的相对最大剂量平均误差均小于2％.在治疗能量为400 MeV/u时,SPEEDO的计算时间(13.8 min)明显小于TOPAS的计算时间(105.0 min).SPEEDO的计算结果与HIMM-WW的测量值在横向剂量分布和积分剂量深度曲线方面展现出良好的一致性.结论:SPEEDO程序可以准确快速地实现碳离子的蒙特卡罗剂量计算.

作者吴晋 ^[1] 李仕军 ^[1] 王誉鑫 ^[1] 常艳奎 ^[1] 裴曦 ^[2] 陈志 ^[1] 陈卫强 ^[3] 李强 ^[3] 徐榭 ^[4] 学术成果认领

作者单位中国科学技术大学核科学技术学院,安徽合肥 230026 ^[1] 安徽慧软科技有限公司,安徽合肥 238000 ^[2] 中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州 730099 ^[3] 中国科学技术大学核科学技术学院,安徽合肥 230026;中国科学技术大学附属第一医院放疗科,安徽合肥 230026 ^[4]

关键词碳离子治疗蒙特卡罗电磁过程核相互作用 carbon ion therapy Monte Carlo electromagnetic process nuclear interaction

分类号 R318（医用一般科学）R811.1（放射医学）

栏目名称

医学放射物理

DOI 10.3969/j.issn.1005-202X.2024.10.001

发布时间 2024-11-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

基金项目

国家自然科学基金（12275372）国家重点研发计划（2017YFC0107504）安徽省重点研究与开发计划项目（2023s07020020）中国科学技术大学双一流医学物理与生物医学工程交叉学科平台（YD2140000601）中国科学技术大学新医学创新团队项目（YD2140002002）