基于蒙特卡罗模拟的放疗计划设计研究
周凌宏[1] 金浩宇 陈超敏(南方医科大学生物医学工程学院，广州
510515)
目的 由于蒙特卡罗(Monte Carlo，MC)剂量计算方法的精确性，MC必将被广泛应用于放射治疗计划系统。在我们前期建立的快速蒙特卡罗虚拟源剂量计算模型基础上，针对一例临床食道肿瘤，应用该模型计算了由多叶准直器形成的各个照射野的剂量分布。
材料和方法 在前期的工作中，以BEAM/EGSnrc蒙特卡罗模拟系统为研究平台，用二步模拟法建立了蒙特卡罗虚拟源剂量计算模型，精确计算任意强度、任意形状射野的剂量分布。①加速器虚拟源模型的建立：作为二步模拟法的第一步是对源射束在直线加速器治疗头中的固定模块的照射进行模拟，得到射线通过均整器的相位空间分布。②病人体模的建立：食道肿瘤病人图像是由CT扫描得到的，利用阈值算法将病人的CT图像灰度数据转换为电子密度数据，并建立相应的三维密度体积模型。③计划设计：设置了五个照射野，在计划中针对每个照射方向用多叶准直器对肿瘤进行了射野的适形设计，并将射野的相关参数输出生成计算参数文件，供蒙特卡罗程序调用。④剂量计算：选择多叶准直器下方1cm处(在本例中为距离源点63.5cm处)为计算平面，按照二步模拟法计算该平面的适形的虚拟源相位空间分布。
结果 采用等剂量曲线和剂量－体积直方图等手段评估剂量计算的结果。靶区的处方剂量为6000cGy，并将剂量归一到100％。从剂量分布可以看出，高剂量区与计划靶区保持了很好的适形，同时关键器官(脊髓)的照射量 很小，30％等剂量线经过脊髓的边缘，脊髓的实际受照剂量远小于其耐受剂量，得到了很好的保护，同时靶区内获得了较高的剂量。在剂量－体积直方图中，100%的剂量覆盖了靶区90%的体积，且在100%剂量的边缘剂量下降较快，并保证了危险器官和正常组织剂量远低于耐受剂量。
结论 计划靶区得到了高剂量的照射，关键器官受照剂量远低于耐受剂量，符合临床放射治疗的实施原则。实验结果表明，蒙特卡罗虚拟源剂量计算模型可以用于放射治疗计划设计，并且由于蒙特卡罗方法固有的精确性，可以大大改善目前使用广泛的解析型剂量计算算法的准确度，真正满足临床放疗剂量计算的精度要求。