用于质子笔形束扫描照射的最优 GATE 模型的开发与验证

目的：开发并验证独立的蒙特卡洛剂量计算引擎，以支持治疗计划系统的软件验证与质量保证流程。方法：采用 GATE 蒙特卡洛工具包模拟基于固定水平主动扫描的质子束照射。在喷嘴内设计了主、次两个剂量监测器，以比较蒙特卡洛模拟与物理质量保证测量的剂量估计精度。所建立的束流模型针对一系列调试测量进行了验证，使用 pinpoint 电离室与二维阵列电离室，就横向分布与深度剂量分布进行比较。此外，针对 AAPM TG-119 的多种临床测试用例及一名前列腺患者，通过文献对照验证了束流照射模块与治疗计划。结果：蒙特卡洛模拟在横向深度剂量参数与 SOBP 特征上与测量高度一致，范围最大相对误差 0.95%，入口至峰值比 3.4%，平均逐点 2.3%，峰值位置 0.852%。蒙特卡洛模拟与测量在 SOBP 区吸收剂量的平均相对绝对差异为 $0.93\% \pm 0.88\%$。临床体模研究显示与商用治疗计划系统一致性良好（TG-119 PTV-D$_{95}$ 相对误差 $\mathrm{\sim}$ 1.8%；前列腺 PTV-D$_{95}$ 相对误差 $\mathrm{\sim}$ -0.6%）。结论：结果证实了 GATE 模拟作为患者治疗前验证 TPS 剂量图的可靠替代手段的能力。