2021 International Conference on Medical Imaging Physics and Engineering and the 10th National Annual Meeting of Medical Imaging Physics (ICMIPE 2021)

目的：
近几年，MRI技术已用于临床的图像引导放疗中，但相应的第三方剂量验证软件还有待开发完善。本研究研发了一套基于蒙卡的核磁剂量计算引擎，并将其集成到剂量验证软件ArcherQA^[1,2]中，实现核磁引导放疗中病人剂量的快速准确计算。

材料与方法：
本研究采用EGS的Beamnrc模块模拟加速器，初始入射的电子束采用XY平面上高斯分布的椭圆形射束（Source 19）。电子能量为7.6 MeV，XY平面半高宽FWHM为0.19 cm，打靶产生光子。分别采用SLABS、CONS3R、CHAMBER、MIRROR模拟靶、初级准直器、电离室、MIRROR，构建加速器机头。在MIRROR下方生成相空间文件。ArcherQA内已经集成了一套完整的MLC、JAW模型^[1]，将生成的相空间文件作为粒子源输入到ArcherQA中，粒子经过MLC、JAW的准直和散射后，再经过线圈、液氦的衰减，进入体内输运得到三维剂量分布。采用基于GPU加速的蒙特卡罗方法模拟粒子输运，其中带电粒子受洛伦兹力引起的速度变化如公式1^[2,3] 所示。
将ArcherQA的核磁剂量计算引擎在中国医学科学院肿瘤医院进行临床测试，并与Monaco使用的核磁剂量计算引擎GPUCMD^[4]对比。首先，使用ArcherQA和GPUCMD分别计算单个射束照射水箱的剂量分布。射束角度为0°，水箱尺寸是56 cm * 56 cm * 45 cm，SAD是143.5 cm，SSD是125 cm。然后，选取34个临床病例，包含CT上的参考计划34例，CT上的自适应计划166例，MR上的自适应计划27例，使用ArcherQA计算剂量并和GPUMCD剂量结果进行对比。 结果与讨论：
ArcherQA和GPUMCD计算的水箱剂量对比如图1、图2所示，图中曲线的平均误差在2%以内。在临床病例中，所有计划的3 mm 3%的伽马通过率均大于90%，参考CT计划、自适应CT计划、自适应MRI计划的伽马测试结果分布如表1所示。上述所有临床病例测试使用的GPU是TITAN V，平均剂量计算时间是1.4 min。后续还将比较ArcherQA计算结果和ArcCheck验证测量结果，进一步评价ArcherQA软件。

结论：
初步测试结果表明，基于蒙特卡罗的剂量验证软件Archer QA，能够快速准确地计算核磁放疗病例，为临床治疗的可靠性提供了保障。


参考文献
[1] 徐遥. 外照射光子放疗虚拟源建模方法及其在剂量验证中的临床应用[D].中国科学技术大学,2021.
[2] 毛玲丽. 核磁引导放射治疗系统中辐射剂量受磁场影响问题的研究[D].中国科学技术大学,2021.
[3] NEA (2019), PENELOPE 2018: A code system for Monte Carlo simulation of electron and photon transport: Workshop Proceedings, Barcelona, Spain, 28 January – 1 February 2019, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/32da5043-en.
[4] Hissoiny S, Raaijmakers AJ, Ozell B, Després P, Raaymakers BW. Fast dose calculation in magnetic fields with GPUMCD. Phys Med Biol. 2011 Aug 21;56(16):5119-29. doi: 10.1088/0031-9155/56/16/003. Epub 2011 Jul 20. PMID: 21775790.

 

蒙特卡罗,核磁共振,剂量计算