[1]戴天缘,李强,陈卫强,等. 基于微剂量学蒙特卡罗模拟的重离子生物有效剂量精确计算方法[J].中国医学物理学杂志,2019,36(10):1119-1124.[doi:DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2019.10.001]
　DAI Tianyuan,,et al. An accurate method for calculating biological effective doses of therapeutic heavy ions based on microdosimetric Monte Carlo simulation[J].Chinese Journal of Medical Physics,2019,36(10):1119-1124.[doi:DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2019.10.001]
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 基于微剂量学蒙特卡罗模拟的重离子生物有效剂量精确计算方法
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《中国医学物理学杂志》[ISSN:1005-202X/CN:44-1351/R]

卷:
36卷
期数:
2019年第10期
页码:
1119-1124
栏目:
医学放射物理
出版日期:
2019-10-29

文章信息/Info

Title:
 An accurate method for calculating biological effective doses of therapeutic heavy ions based on microdosimetric Monte Carlo simulation
文章编号:
1005-202X（2019）10-1119-06
作者:
 戴天缘1; 2; 3; 4; 李强1; 2; 3; 4; 陈卫强1; 2; 3; 4; 刘新国1; 2; 3; 4; 戴中颖1; 2; 3; 4; 贺鹏博1; 2; 3; 4; 马圆圆1; 2; 3; 4; 申国盛1; 2; 3; 4; 张晖1; 2; 3; 4
 1.中国科学院近代物理研究所， 甘肃 兰州 730000； 2.中国科学院重离子束辐射生物医学重点实验室， 甘肃 兰州 730000； 3.甘肃省重离子束辐射医学应用基础研究重点实验室， 甘肃 兰州 730000； 4.中国科学院大学核科学与技术学院， 北京 100049
Author(s):
 DAI Tianyuan1;  2;  3;  4;  LI Qiang1;  2;  3;  4;  CHEN Weiqiang1;  2;  3;  4;  LIU Xinguo1;  2;  3;  4;  DAI Zhongying1;  2;  3;  4;  HE Pengbo1;  2;  3;  4;  MA Yuanyuan1;  2;  3;  4;  SHEN Guosheng1;  2;  3;  4;  ZHANG Hui1;  2;  3;  4
 1. Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 2. Key Laboratory of Heavy Ion Radiation Biology and Medicine of Chinese Academy of Science, Lanzhou 730000, China; 3. Gansu Provincial Key Laboratory of Basic Research on Heavy Ion Radiation Application in Medicine, Lanzhou 730000, China; 4. School of Nuclear Science and Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
关键词:
 ; 微剂量学; 生物有效剂量; 微剂量动力学模型; 重离子治疗; 蒙特卡罗模拟
Keywords:
 ; Keywords: microdosimetry;  biological effective dose;  microdosimetric-kinetic model;  heavy ion therapy;  Monte Carlo simulation
分类号:
R811.5；R312
DOI:
DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2019.10.001
文献标志码:
A
摘要:
 目的：在蒙特卡罗（MC）模拟当中引入理想组织等效正比计数器（Ideal TEPC），并结合微剂量动力学模型（MKM）精确计算重离子生物有效剂量。方法：采用Ideal TEPC与MC模拟方法对能量为330 MeV/u具有6 cm展宽Bragg峰（SOBP）的碳离子束生物有效剂量进行计算。结果：优化得到MKM模型的参数为：[α0=0.12 Gy-1]，rd=0.39 μm，Rn=3.7 μm。对于能量为330 MeV/u具有6 cm SOBP碳离子束生物有效剂量的计算显示：基于MKM模型计算的生物有效剂量与碳离子放射治疗计划系统（ciPlan）中的生物有效剂量具有较好的一致性，二者偏差随深度的增加而增大，在坪区、SOBP前端、SOBP中点、SOBP后端、尾区的偏差分别为0.3%、1.7%、2.7%、4.9%、10.3%。结论：Ideal TEPC结合MC模拟能够准确计算重离子的生物有效剂量，有效避免TEPC壁引起的辐射场畸变，结构材料所产生的[δ]电子对线能谱的影响，以及实验中位置的偏差，具有良好的移植性。
Abstract:
 Abstract: Objective To calculate the biological effective dose of therapeutic heavy ions accurately by introducing ideal tissue equivalent proportional counter (Ideal TEPC) into Monte Carlo (MC) simulations and combining it with microdosimetric-kinetic model (MKM). Methods The biological effective dose of the carbon ion beam with the energy of 330 MeV/u and 6 cm spread-out Bragg peak (SOBP) was calculated using Ideal TEPC and MC simulation. Results The optimized parameters of MKM were as follow: [α0=0.12 Gy-1], rd=0.39 μm, Rn=3.7 μm. The calculation for the biological effective dose of the carbon ion beam with the energy of 330 MeV/u and 6 cm SOBP showed that the biological effective dose calculated by MKM were in good agreement with that in carbon ion treatment planning system (ciPlan), and that the deviations between them became greater with the increasing of penetration depth. The deviations were 0.3%, 1.7%, 2.7%, 4.9% and 10.3% at plateau region, SOBP front-end, SOBP midpoint, SOBP rear-end and tail region, respectively. Conclusion Ideal TEPC combined with MC simulation, with good portability, can be used to calculate the biological effective dose of therapeutic heavy ions accurately while eliminating the distortion of radiation field caused by TEPC wall, the effect of [δ] electrons produced by structural materials on lineal energy spectrum, and the location errors in the experiments.

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备注/Memo

备注/Memo:
 【收稿日期】2019-04-11
【基金项目】国家重点研发计划（2017YFC0107500）；国家自然科学基金（11875299, 61631001, U15322641）
【作者简介】戴天缘，博士研究生，从事离子束治疗技术基础研究，E-mail: dty@impcas.ac.cn
【通信作者】李强，研究员，从事重离子治疗相关研究，E-mail: liqiang@impcas.ac.cn
更新日期/Last Update: 2019-10-29