均匀磁场下碳离子束剂量平均LET及纳剂量学量的分布

随着磁共振成像(MRI)技术的发展,图像引导放射治疗在放射肿瘤学中的作用和重要性正在迅速增加,本研究分析了外加均匀磁场对碳离子束的剂量平均LET以及纳剂量学量的影响。通过基于GEANT4内核的GATE蒙特卡罗(Monte Carlo, MC)模拟平台,模拟计算了不同磁场环境下,不同能量碳离子束剂量平均LET和纳剂量学量的分布。结果发现,平行磁场对碳离子束的剂量平均LET和纳剂量学量均无显著影响,垂直磁场对碳离子束的剂量平均LET及纳剂量学量的影响主要集中在布拉格峰区域,其影响主要是碳离子束在磁场中受到洛伦兹力作用而发生横向偏转,进而使得碳离子束布拉格峰位置发生横向侧移导致的。这些结果为进一步研究磁场对碳离子束治疗性能的影响打下了坚实的基础。     

碳离子在不同材料叶片的多叶光栅上产生的次级粒子研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域,在产生的次级粒子中以中子和$\gamma $射线的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下,减少碳离子放疗中产生的次级中子和$\gamma $射线对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义。本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了被动式束流配送系统下,400 MeV/u碳离子束照射到由不同材料叶片构成的多叶光栅(MLC)形成典型的10 cm×10 cm方形射野时,在水模体中产生的次级中子和$\gamma $射线所沉积的剂量及空间分布等。模拟结果显示:碳离子束通过MLC形成射野后在水模体中产生的次级中子主要分布在水模体的入射端,次级$\gamma $射线较为均匀的分布在整个水模体内,且较多分布在具有展宽Bragg峰(SOBP)射野在水模体中贯穿时的坪区。对于MLC叶片材料的选择,则需根据实际情况对叶片厚度以及次级粒子当量剂量的要求来确定。本文通过模拟研究不同MLC叶片材料产生次级粒子的情况,为被动式束流配送系统中MLC叶片及其他元件的材料选择提供了科学依据。     

基于LNDM模型的碳离子束混合辐射场相同剂量平均LET下关键纳剂量学指标及RBE分析

纳剂量学量正在成为新的表征辐射品质的量,也是用于精确计算相对生物学效应(RBE)的基础数据.具有相同剂量平均传能线密度(LET)离子束混合辐射场导致的生物学效应也未必相同.为研究关键纳剂量学指标[电离簇尺寸NICS≥1的条件概率密度分布的一阶矩(M C11)、NICS≥2的条件概率密度分布的一阶矩(M C21)、NIC...     

120~430 MeV/u 碳离子的微剂量学特性研究(英文)

单粒子微剂量谱在放射治疗中是一个极其重要的参数,它可以用来评估辐射场的生物学效应。利用蒙特卡洛程序FLUKA模拟计算了由碳离子产生的混合辐射场能量沉积的微观模式。从已公开发表的文献中选取了实验测量300 MeV/u 碳离子的线能能谱,并与相同物理条件下模拟计算得到的线能能谱相比较,结果吻合得很好。此外,还计算了120~430 MeV/u 的碳离子的剂量平均线能能谱、频率平均线能和剂量平均线能。所得到的频率平均线能值为185~ 28.3 keV/m而剂量平均线能值则为272~ 64.1 keV/m。本文的结果对于制定碳离子放射治疗的治疗计划有着重要的意义.Microdosimetric single event spectrum is a significant parameter in radiotherapy, which can be used to evaluate the radiation biological effect. In this paper, microscopic patterns of energy deposition are simulated with Monte Carlo code FLUKA at mixed radiation fields during carbon ions therapy. The results are compared with experimental measured results at 300 MeV/u carbon ion and good agreement has been found. Meanwhile, dose-weighted lineal energy spectra, frequency averaged lineal energy values and dose averaged lineal energy values of carbon ion with energy from 120 to 430 MeV/u were calculated,too. The frequency averaged lineal energy values are from 185 to 28.3 keV/m while the dose averaged lineal energy values are from 272 to 64.1 keV/m. These studies are useful for treatment plan in carbon ion radiotherapy.     

空间辐射环境及人体剂量蒙特卡罗模拟

针对空间辐射环境进行了理论分析,并使用蒙特卡罗方法,对银河宇宙射线及典型太阳质子事件进行了模拟。通过分析常规屏蔽对空间辐射场及人体剂量的影响、屏蔽下的次级粒子产额等,验证了蒙特卡罗工具包Geant4应用于空间辐射防护研究的准确性。模拟发现：在常规屏蔽厚度的情况下,对于太阳质子事件,由于其能量主要分布在低能量段(100 MeV以下),屏蔽效果随屏蔽厚度的增加明显增大,1 g/cm2 Al等效厚度屏蔽皮肤剂量可降低至其初始剂量值的8%左右,10 g/cm2 Al等效厚度的屏蔽可降低至初始剂量值的048%左右;而对于银河宇宙射线,由于其平均能量较高,屏蔽层的屏蔽作用并不明显,在浅层组织剂量甚至有所增加。     

磁场中矩形空心阴极离子分布的计算

本文用解析方法研究了在均匀磁场中入射离子在矩形空心阴极中的分布。结果表明当空心阴极的深度和宽度接近的时候，入射离子在一个侧面上的分布不受另一个侧面的影响，同时受阴极深度影响的在底面上的离子分布及粒子数量都从阴极的中心到边缘而单调地降低。     

离子原子碰撞过程中反冲离子飞行时间谱的蒙特卡罗模拟研究

基于蒙特卡罗方法,建立了程序模拟离子与原子碰撞中的反冲离子飞行时间谱.模拟入射离子束的空间密度分布,原子束密度的空间分布,靶原子的初速度分布, 根据反应几率产生不同电荷态反冲离子,并求出反冲离子飞行时间后,对每次模拟事件根据飞行时间进行累计,就得到反冲离子的飞行时间谱.模拟结果与实验(Ar12+-Ar) 测量到的TOF谱进行了分析比较,并进行了定性讨论     

重离子加速器示范装置被动式束流配送系统次级中子特征的蒙特卡罗研究

在碳离子放射治疗中,碳离子束在剂量配送过程中会与束流输运线相互作用,形成以中子辐射为主的外辐射场.由于中子是高LET射线,具有较高的相对生物学效应,减少碳离子放疗中产生的次级中子有助于降低放疗后正常组织并发症几率及二次肿瘤风险.利用蒙特卡罗方法对保守情况(能量为400 MeV/u,多叶光栅完全闭合)下碳离子治疗被动式束...     

电子成像均匀约束磁场的产生及测试分析

为增加离子与原子碰撞成像系统中探测电子的立体角，设计了一约束电子的复合型亥姆霍兹线圈装置.对复合型亥姆霍兹线圈的磁场分布进行了理论计算和分析，并对制作的复合型亥姆赫兹线圈产生的磁场进行了实验测量，得出磁场的均匀性好于±0.6%. 关键词： 亥姆霍兹线圈 磁场分布 磁场均匀性     

非均匀磁场约束条件下的电子束空气等离子体特性

为了揭示大气环境电子束等离子体的性质,基于蒙特卡罗程序包Geant4建立了一个包含电离、激发以及轫致辐射等物理过程的计算模型,用于模拟非均匀磁场约束条件下高能强流稳态电子束的输运特性、以及大气环境等离子体的性质。结果表明：非均匀磁场可以有效控制电子束在空气中的输运轨迹,显著降低电子束的发散;随着电子束在空气中行程的增加,电子束能谱开始展宽并向低能区移动;输运装置出口能量损失比电子束射程末端高2个量级,且随着电子束输运距离的增加,等离子体密度降低;等离子体密度的高低与电子束能量直接相关。     

MCNP Dose Calculations in a CT Phantom for Therapeutic External Photon Beam

In this paper, we have addressed the problem of the radiation transport with the Monte Carlo N particle(MCNP) code. This is a general purpose Monte Carlo tool designed to transport neutron, photon and electron in three dimensional geometries. To examine the performance of MCNP5 code in the field of external radiotherapy, we performed the modeling of an Electron Density phantom (EDP) irradiated by photons from 60Co source. The model was used to calculate the Percent Depth Dose (PDD) at different depths in an EDP. One field size for PDD has been examined. A 60Co photons source placed at 80 cm source to surface distance (SSD). The results of calculations were compared to TPS data obtained at National Institute of Oncology of Rabat.     

磁场与流场耦合问题中Newton-Laphson方法的收敛性分析(英文)

针对磁场与流场耦合问题的数值分析,提出并证明求解离散化过程所得到的非线性方程组牛顿-拉夫逊方法的-类局部收敛性条件.这-条件不仅给出了时间步长与空间步长、拟压缩因子等之间的关系,而且为数值求解磁场与流场耦合问题的牛顿-拉夫逊方法收敛性提供了理论依据.数值算例表明时间步长的实际取值要比理论值偏大.     

蒙特卡罗剂量分布去噪中三维高斯和Savitzky-Golay滤波器的改进与混合

对模拟粒子轨迹数较少模拟时间较短的蒙特卡罗粗糙剂量分布进行三维滤波,可以加速其收敛速度.结合蒙特卡罗剂量分布特征,改进三维高斯和Savitzky-Golay滤波器,建立三维混合滤波方法,并比较并联和级联两种基本混合方式.根据卷积性质,提出用等效卷积核简化混合滤波器结构的方法.结果表明,改进后的高斯和Savitzky-Golay滤波器的整体去噪效果得以增强,混合滤波器进一步降低滤波结果的局部误差,两种混合滤波器都能够大幅度抑制MC粗糙剂量分布中的噪声,级联混合滤波器降噪效果略优于并联混合滤波器.     

负氢离子源中多峰磁场形态数值模拟

基于磁荷模型,在有限差分法基础上,推导了3维永磁体数值算法,结合全3维PIC/MCC粒子模拟算法,数值分析比较了外置型和“伞状”型两种特殊形态多峰磁场对电子能量沉积的影响。模拟结果表明:二者都能对粒子起到约束作用且能过滤引出负氢离子,同时二者电子能量分布规律基本一致,都呈现了双电子能态,符合等离子体放电基本机理;外置型过滤磁场对粒子的约束能力更强,能明显产生更多的粒子,总粒子数大约是“伞状”型过滤磁场情况下的4倍;“伞状”型过滤磁场能有效地抑制由磁场不均匀所引起的电子漂移,使产生的负氢离子空间分布更均匀。模拟结果与国外实验结果基本一致。     

矩形截面超导线圈的径高比对最大磁场点位置和幅值的影响分析

为了充分利用超导线材的载流能力,需要精确计算超导线圈产生的最大磁场值,还需要明确最大磁场值所处的具体位置.其中,最大磁场点的位置主要由线圈的形状(径高比)决定.本文基于单积分法并通过MATLAB编程,将矩形截面线圈的径高比α和β参数化,计算分析线圈内壁边上和端面边上各点磁场的变化趋势.同时,利用电磁场有限元软件ANSYS,对矩形截面线圈的空间磁场进行仿真分析,得到线圈的内壁磁场系数、端面磁场系数和最大磁场系数随α和β的变化规律;进而,计算并寻找到了线圈截面上最大磁场点的位置和幅值.综合分析表明,线圈内壁边上的最大磁场点并不是始终位于内壁中点B_c处,而是可能偏离端点B_e一小段距离的某点(a₁,b-δ)处;线圈端面边上的最大磁场点一定不位于端点B_e处,而是偏离端点B_e一小段距离的某点(a₁+δ,b)处.本文给出了线圈截面上最大磁场系数K_mc对应于线圈径高比(α,β)变化的等高曲线,矩形截面超导线圈最大磁场值可以通过计算内壁中点的磁场值与最...     

Estimation for Entropy and Parameters of Generalized Bilal Distribution under Adaptive Type II Progressive Hybrid Censoring Scheme

Entropy measures the uncertainty associated with a random variable. It has important applications in cybernetics, probability theory, astrophysics, life sciences and other fields. Recently, many authors focused on the estimation of entropy with different life distributions. However, the estimation of entropy for the generalized Bilal (GB) distribution has not yet been involved. In this paper, we consider the estimation of the entropy and the parameters with GB distribution based on adaptive Type-II progressive hybrid censored data. Maximum likelihood estimation of the entropy and the parameters are obtained using the Newton–Raphson iteration method. Bayesian estimations under different loss functions are provided with the help of Lindley’s approximation. The approximate confidence interval and the Bayesian credible interval of the parameters and entropy are obtained by using the delta and Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods, respectively. Monte Carlo simulation studies are carried out to observe the performances of the different point and interval estimations. Finally, a real data set has been analyzed for illustrative purposes.