[1]李仕军,高宁,程博,等.螺旋断层放疗的快速蒙特卡罗剂量验证模块开发[J].中国医学物理学杂志,2024,41(11):1321-1326.[doi:DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2024.11.001]
　LI Shijun,GAO Ning,CHENG Bo,et al.Development of a fast Monte Carlo dose verification module for helical tomotherapy[J].Chinese Journal of Medical Physics,2024,41(11):1321-1326.[doi:DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2024.11.001]
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螺旋断层放疗的快速蒙特卡罗剂量验证模块开发()
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《中国医学物理学杂志》[ISSN:1005-202X/CN:44-1351/R]

卷:
41卷
期数:
2024年第11期
页码:
1321-1326
栏目:
医学放射物理
出版日期:
2024-11-26

文章信息/Info

Title:
Development of a fast Monte Carlo dose verification module for helical tomotherapy
文章编号:
1005-202X（2024）11-1321-06
作者:
李仕军1; 高宁1; 程博1; 皮一飞2; 王海洋1; 2; 常艳奎1; 裴曦3; 徐榭1; 4
1.中国科学技术大学核科学技术学院， 安徽 合肥 230026； 2.郑州大学第一附属医院放射治疗部， 河南 郑州 450052； 3.安徽慧软科技有限公司， 安徽 合肥 238000； 4.中国科学技术大学附属第一医院放疗科， 安徽 合肥 230001
Author(s):
LI Shijun1;  GAO Ning1;  CHENG Bo1;  PI Yifei2;  WANG Haiyang1;  2;  CHANG Yankui1;  PEI Xi3;  Xie George XU1;  4
1. School of Nuclear Science and Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China 2. Department of Radiotherapy, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou 450052, China 3. Anhui Wisdom Technology Co., Ltd., Hefei 238000, China 4. Department of Radiotherapy, the First Affiliated Hospital of University of Science and Technology of China, Hefei 230001, China
关键词:
螺旋断层放疗; 蒙特卡罗; 剂量验证; ArcherQA
Keywords:
Keywords: helical tomotherapy Monte Carlo dose verification ArcherQA
分类号:
R318；R811.1
DOI:
DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2024.11.001
文献标志码:
A
摘要:
目的：开发用于螺旋断层放疗（TOMO）的基于GPU加速蒙特卡罗独立剂量验证模块，并将其集成到商业软件ArcherQA，应用于临床。方法：首先，采用TOPAS构建TOMO治疗头模型，并获得相空间文件；然后，使用一种快速的透射粒子权重调制算法来模拟粒子在多叶准直器中的输运，以提高计算效率；最后，调用ArcherQA里基于GPU加速的蒙特卡罗算法来模拟粒子在患者体内的输运。为验证模型的准确性，比较水箱中不同开野条件下ArcherQA计算剂量与测量剂量的差异。此外，选取15例临床病例，其中头颈部、胸腹部、全身各5例，对比ArcherQA计算剂量、治疗计划系统（TPS）计算剂量和ArcCHECK测量剂量两两之间的差异。结果：在开野为40 cm×5.0 cm、40 cm×2.5 cm、40 cm×1.0 cm的水箱测试中，ArcherQA计算的百分深度剂量、横向剂量分布、纵向剂量分布与对应测量值的平均全局相对误差分别为0.72%、0.66%、0.54%，98%以上体素全局相对误差小于1%。对于15例临床病例，在2%/2 mm的标准下，ArcherQA与TPS的平均Gamma通过率为98.1%。相同标准下，ArcherQA与ArcCHECK测量值的平均Gamma通过率为99.4%，TPS与ArcCHECK测量值的平均Gamma通过率为99.1%。所有病例模拟的统计误差均小于1%，基于患者CT计算的平均时间为87 s，基于ArcCHECK模体计算的平均时间为64 s。结论：ArcherQA能提供快速且准确的剂量计算，可用于TOMO计划的独立剂量验证。
Abstract:
Abstract: Objective To develop a GPU-based Monte Carlo dose calculation module for helical tomotherapy (TOMO), and integrate it into the commercial software ArcherQA to achieve fast and accurate dose verification in clinic. Methods The TOMO treatment head was modeled using TOPAS to obtain phase space files, and a fast weight tuning algorithm was used to simulate particle transport in multi-leaf collimator for improving computational efficiency, and finally, GPU-based Monte Carlo algorithms in ArcherQA were used to simulate particle transport in patients. To verify the model accuracy, the ArcherQA calculated results in water tank were compared with measured data for different open fields. In addition, multiple comparisons among ArcherQA results, TPS results and ArcCHECK results were conducted on 15 clinical cases (5 cases in the head and neck, 5 cases in the chest and abdomen, and 5 cases in the whole body). Results In the water tank tests for 40 cm×5.0 cm, 40 cm×2.5 cm and 40 cm×1.0 cm radiation fields, the average global relative errors of the percentage depth dose, transverse dose distribution, and longitudinal dose distribution calculated by ArcherQA with the corresponding measured values were 0.72%, 0.66%, and 0.54%, respectively. Over 98% of the voxels had a global relative error of less than 1%. As for 15 clinical cases, in 2%/2 mm criteria, the mean Gamma passing rate was 98.1% between ArcherQA and TPS, 99.1% between TPS and ArcCHECK, and 99.4% between ArcherQA and ArcCHECK. The uncertainty of the simulation maintained less than 1%, and the average time taken for calculation based on patient CT vs ArcCHECK phantom was 87 s vs 64 s. Conclusion ArcherQA can be used for independent dose validation for TOMO plans for it can provide fast and accurate dose calculations.

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备注/Memo

备注/Memo:
【收稿日期】2024-06-03 【基金项目】国家自然科学基金（12275372）；安徽省重点研究与开发计划（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）；2020年中国科学技术大学新医学创新团队项目（YD2140002002） 【作者简介】李仕军，博士研究生，研究方向：医学物理，E-mail: eyg1688@mail.ustc.edu.cn 【通信作者】徐榭，博士，教授，研究方向：医学物理，E-mail: xgxu@ustc.edu.cn
更新日期/Last Update: 2024-11-26