用于粒子治疗应用的碳离子束布拉格曲线模拟:基于 GEANT4 工具包的研究
医学物理
2021-02-26 v1 核理论
摘要
我们使用 GEANT4 蒙特卡洛(MC)工具包模拟入射到水、组织与骨骼上的碳离子束,并考虑核碎裂反应。随初级束能量增加,布拉格峰位置向模体更深处移动。对于不同材料,沿束方向峰位于较浅深度,且随电子密度 NZ 增大而变得更尖锐。随后,生成的布拉格曲线深度剂量与德国 GSI 的实验数据进行基准比对。结果与 GSI 实验数据表现出合理相关性,精度在 0.02 至 0.08 cm 之间,从而确立了在重离子治疗计划中采用 MC 的基础。Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验进一步从统计角度确认模拟数据与实验测量数据吻合极好。入口处的二维等剂量轮廓与峰位周围及峰后尾区者进行比较,显示由于次级剂量,骨骼相较水与组织产生更多剂量。在水中,结果显示每碎片沉积的最大能量主要归因于次级碳离子,其次为次级硼与铍。此外,产生的质子数最多,从而对尾区总剂量沉积贡献最大。最后,分析了相关的中子与光子能谱。发现中子平均能量值为 16.29 MeV,次级伽马为 1.03 MeV。然而,由于其射程更长,中子剂量相较总剂量可忽略。
引用
@article{arxiv.2102.12743,
title = {Bragg-Curve Simulation of Carbon-Ion Beams for Particle-therapy Applications: a study with the GEANT4 toolkit},
author = {M. Kh. Hamad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.12743},
year = {2021}
}