人体与加速器的蒙特卡罗计算建模关键技术研究及应用

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论文论文题目人体与加速的豪特卡罗计算建模关键技求研壳及用作者姓名学科专业柏科学与技术导师姓名呉金灿教授程梦云到研死员完成时间中国科学技术大学博士学位论文人体与加速器的蒙特卡罗计算建模关键技术研究及应用作者姓名：王文学科专业：核科学与技术导师姓名：吴宜灿教授程梦云副研究员完成时间：二〇一五年六月二日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeTheKeyTe

2、chnologiesandApplicationofMedicalLinearAcceleratorandPatientPhantomModelingBasedonMonteCarlomethodAuthor'sName：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：：签字日期中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请

3、学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开□保密（年）、作者签名：导师签名签字日期：签字日期：夕‘“叫摘要摘要放射治疗是临床上治疗肿瘤的三大手段之一，剂量计算是放射治疗计划设计与验证的核心技术。基于

4、蒙特卡罗的剂量计算方法被公认为最精确的放射治疗剂量计算方法，而是否能够建立高精度的加速器装置和人体模型是决定剂量计算精度的关键因素之一。基于上述问题本文深入研究了蒙特卡罗模拟放疗计划过程中涉及的加速器治疗头的建模、多叶光栅建模、人体模型建模和加速器装置与人体模型的耦合建模等一系列关键问题。主要的创新点如下：、发展了基于直线加速器治疗头模型的精确蒙特卡罗建模方法，实现加速器工程模型到蒙卡模型的转换，为放疗计划模拟提供了真实的射束源。基于该方法建立了某国产加速器治疗头的精确模型，模拟了加速器的光子射束，通过纯水模例题计算与实测值进行对比

5、，数据一致性验证了所建立的加速器模型的正确性。、发展了一种能够模拟多叶光栅（精细结构的精确建模方法，解决适形或调强放疗计划中复杂限束装置的精确建模的困难问题。参数化的建模界面可以建立特有的弧形端面、舌状和凹槽结构、侧面聚焦于加速器源点的叶片，精细地模拟了叶片的机械几何构造，解决手工建模的复杂性问题。通过纯水模例题计算与实测值的对比，验证了建模的正确性。、基于层次化建模思想，发展了加速器治疗头、和人体模型的耦合建模方法，实现了放射治疗射束与人体剂量的整体输运的模拟。通过模拟真实的放疗计划例题与的计算结果进行对比测试，结果的一致性证明了

6、耦合方法的准确性。关键词：蒙特卡罗；耦合建模；量计算；放射治疗；加速器；本论文工作得到国家自然科学基金与国家计划中国科学院科技数据资源整合与共享工程“重点数据库”项目等资助。AbstractABSTRACTRadiotherapyisoneofthethreeprincipalmethodsforcancertreatment,anddosecalculationplaysakeyroleinthetreatmentplanningandverification.NowadaysMonteCarlo(MC)dosealgorithm

7、shavebeenrecognizedasthemostaccuratetechniqueforpatientdosecalculation，AbstractKeyWords:MonteCarlo,CouplingModeling，目录目录第一章绪论研究背景及意义放射治疗的意义放射治疗的发展基于蒙特卡罗方法的放疗计划验证国内外研宂现状应用于加速器射束模拟的蒙卡程序多物理耦合自动建模系统论文研究目标和意义论文结构安排第二章放射治疗中的蒙特卡罗建模方法蒙特卡罗方法概述蒙特卡罗方法的基本思想光子的输运理论通用蒙特卡罗模拟程序快速蒙特卡罗剂

8、量计算程序放疗计划中加速器治疗头蒙卡模拟加速器治疗头蒙卡模拟多叶准直器的蒙模拟；“放疗计划中人体体模建模方法人体器官模型的基本几何基于的蒙特卡罗人体建模方法‘‘基于彩色切片的蒙特卡罗人体建模方法本章小结第三章医用直线加速器蒙卡建模方法