基于MCNP的BNCT人体头部剂量分布计算VIP免费

作者简介:付宏忠,南华大学核科学技术学院2005届毕业生.3指导老师.第19卷南华大学学报(自然科学版)Vol.192005年9月JournalofNanhuaUniversity(ScienceandTechnology)Sep.2005文章编号:1673-0062(2005)0067-04基于MCNP的BNCT人体头部剂量分布计算付宏忠,于涛3(南华大学核科学技术学院,湖南衡阳421001)摘要:根据中国人的头部特性,利用MCNP程序对国际上普遍采用的Synder人体头部模型进行修正,建立了具有中国人特征的用于BNCT的人体头部模型.依据该人头体模分别计算了基于微型中子源反应堆所提供的快中子、超热中子和热中子进行治疗时的头部剂量分布,并对计算结果进行了分析,这为我国即将展开的BNCT临床治疗研究提供了依据.关键词:头部模型;BNCT;建模;剂量分布中图分类号:R730.1;R329文献标识码:BTheDoseDistributionofHeadforBNCTBasedonMCNPFUHong2zhong,YUTao3(SchoolofNucleusScienceandTechnology,NanhuaUniversity,Hengyang,Hunan421001,China)Abstract:AccordingtothecharacteristicsoftheheadofChinesebody,MCNPcodewasusedtomodifyheadmodel.Syndergeometry,whichispopularadoptedintheworld,andaheadphantomwithChinesebodycharacteristicsforBNCTisestablished.Whenapatientistreatedbythefastneutron,super-heatneutronandheatneutronprovidedbyaMicro-Neutron-Sourcereactor,thedosedistributionsforhisheadwerecalculatedrespectivelybasedonthisheadphantomandtheresultswereanalyzed.Theworkinthispaperprovidesbasisforimpend2ingBNCTclinicaltreatmentresearchinourcountry.Keywords:modifiedheadphantom;BNCT;establishingmodels;dosedistributions0引言硼中子俘获治疗(BoronNeutronsCaptureTher2apy,简称BNCT)主要通过将具有选择性的含硼药物注射入人体血液,然后富集于肿瘤细胞中,具有超常热中子吸收截面的10B吸收热中子后迅速变为11B,紧接着分解为具有总动能为2.33MeV的4He和7Li粒子,这两种粒子飞行方向相反,在一条直线上.粒子在肌体中的作用范围约为12-13μm(同细胞大小可比拟).该反应构成了硼中子俘获治疗(BNCT)的物理基础.GordonLocher于1936年首先提出了BNCT的原理,假定硼可以有选择性地富集于肿瘤区,被热中子照射后,肿瘤区吸收的剂量就远比正常组织高,可以达到杀死癌细胞,保护正常细胞的目的[1].1模型和方法1.1数学模型本文所采用的数学模型是对国际上普遍采用的Synder模型[2]的修正.最初的Snyder模型是由两个椭球组成,将头分为大脑和颅骨两部分,修正模型再追加了一层5mm厚的皮肤层,并对Synder人体头部模型中的头部最大长,最大宽和水平围进行修正,采用适合中国人的各个标准.适合中国人的标准值分别为(单位:cm):头最大长:18.643±0.44;头最大宽:15.915±0.709;头水平围:56.522±2.138[3].大脑在z方向有1cm偏心.整个空间被分为4部分:大脑,颅骨,皮肤,空气.修正后的适合中国人特征的数学模型为:(1)脑和颅骨的边界x6.72+y7.72+z-182=1(1)(2)颅骨和头皮的边界x7.52+y8.52+z-18.82=1(2)(3)头皮和空气的边界x82+y92+z-19.32=1(3)1.2用MCNP程序初步建立模型由于人脑结构的复杂性,蒙特卡洛方法是BNCT最为可行的模拟工具,但MC模拟要达到要求的精度,计算十分耗时.所以采用MCNP程序对人头体模上半部分的1Π4进行了详细的描述,即对最关心的1Π8区域进行了详细描述,对其它的部分则描述的比较简单.这样可以使计算机运行时间降低,同时对所要计算的剂量结果不产生影响.具体的描述如图1、图2所示.图1MCNP描述的人头体模型的X-Z面示意图1.3组织成分修正的Synder人头体模的不同区域分别代表成年人脑、颅骨、和头皮组织,这三个组织的材料取自ICRU44报告,见表1;瘤区的材料见表2所示;人头体模被空气包围.图2MCNP描述的人头体模型的X-Z面示意图表1脑组织的成分ρΠ(g·cm-3)原子序号元素空气颅骨大脑皮肤0.0012931.611.041.091H05.610.7106C0.0121.214.520.47N75.5342.24.28O23.1843.571.264.511Na00.10.20.212Mg00.20015P08.10.40.116S00.30.20.217Cl000.30.319K000.30.120Ca1.2817.600表2瘤区的成分核素份额核素份额H0.10454Na0.00112C0.22663Mg0.00013N0.0249Si0.0003O0.63525P0.001...