碳离子束深度剂量分布的解析模型

提高碳离子治疗中有效治疗方案的精度尤为关键，尤其是针对位于深部区域的放射抵抗肿瘤，同时保护正常组织器官。虽然剂量计算主要依赖蒙特卡罗模拟，但大规模计算需求限制了其在临床实践中的应用。为填补这一空白，我们首次在文献中提出一种用于碳离子束深度剂量分布的解析模型，通过改造和扩展Bortfeld质子剂量模型来实现。该模型在引入额外项和参数以承接碳离子特有的能量沉积和碎裂效应后进行了修改和扩展。我们在MATLAB软件中实现了该模型，用于计算碳离子束在100-430 MeV/u临床能量范围内的深度剂量分布。将计算得到的280 MeV/u和430 MeV/u碳离子能量结果与TOPAS的蒙特卡罗模拟结果进行比较，以评估模型精度。观察到本模型的结果在100-400 MeV/u治疗能量范围内的几项解析和实验研究结果良好一致。在280 MeV/u时，解析模型结果与TOPAS蒙特卡罗模拟产生的深度剂量曲线表现出强一致性。然而，在更高能量如430 MeV/u时，尤其是在Bragg峰高度和剂量衰减处，仍出现明显差异。在临床实用能量范围内，本模型可能成为碳离子治疗中替代复杂蒙特卡罗模拟的有效工具。它将实现快速剂量评估，具备精确性和实时性，从而提高工作流程效率。