质子重离子放疗次级γ和中子能谱研究

作     者：柴林 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：文万信

授予年度：2019年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 

主      题：质子重离子放疗 次级粒子 飞行时间 中子能谱测量 n/γ甄别 

摘      要：质子重离子放疗是目前最先进的放疗技术,有着广泛的临床应用前景。但是质子、重离子在人体内发生核反应而产生次级射线,如中子,γ,α等,其中中子及高能γ射线会造成靶区外的全身剂量。论文基于蒙特卡罗的FLUKA、Geant4模拟程序系统地研究了质子、重离子放疗过程中次级中子与γ射线的产生,同时开展了基于飞行时间结合脉冲幅度甄别技术的次级中子测量的探测系统研究。主要结果如下:（1）基于质子重离子放疗加速器所提供的质子能量范围50 MeV～250 MeV和12C离子能量范围85 MeV/u～430 MeV/u,使用FLUKA和Geant4程序对质子重离子放疗产生的次级中子及γ射线能量和出射方向的分布随放疗质子重离子入射能量的变化进行了系统模拟,对次级粒子在体内的能量沉积和剂量做了相应的计算。（2）基于中子、γ射线在液体闪烁体内所形成的脉冲快慢成分不同的原理,并结合现有仪器搭建了基于飞行时间（TOF）测量技术和脉冲幅度甄别技术的系统,对D-T中子发生器产生的中子进行了 n/γ甄别测试。测量结果显示:飞行时间系统能够实现D-T中子发生器产生的中子能谱测量及中子能量标定;基于数字波形采样器（DT5730）的脉冲幅度甄别系统,能够根据中子与γ射线在液体闪烁体内脉冲形状的差异实现n/γ甄别,以及该系统对中子、γ射线甄别能力FOM（Figure of Merit）可达到0.981。本文使用蒙特卡罗模拟对质子、重离子放疗过程中产生的次级粒子分布以及其对靶区外的剂量分布的影响进行了深入研究,通过对中子能谱测量及n/γ射线甄别,研究并搭建了一套可利用飞行时间法和脉冲形状甄别法测量高能中子能谱的原理性样机,为后续临床实际测量提供依据和测量工具。