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用于粒子治疗中准确剂量学的水-空气阻止本领比的解析表达式。

Analytical expressions for water-to-air stopping-power ratios relevant for accurate dosimetry in particle therapy.

机构信息

Department of Experimental Clinical Oncology, Aarhus University Hospital, Aarhus, Denmark.

出版信息

Phys Med Biol. 2011 Apr 21;56(8):2515-33. doi: 10.1088/0031-9155/56/8/012. Epub 2011 Mar 25.

DOI:10.1088/0031-9155/56/8/012
PMID:21441652
Abstract

In particle therapy, knowledge of the stopping-power ratio (STPR) of the ion beam for water and air is necessary for accurate ionization chamber dosimetry. Earlier work has investigated the STPR for pristine carbon ion beams, but here we expand the calculations to a range of ions (1 ≤ z ≤ 18) as well as spread-out Bragg peaks (SOBPs) and provide a theoretical in-depth study with a special focus on the parameter regime relevant for particle therapy. The Monte Carlo transport code SHIELD-HIT is used to calculate complete particle-fluence spectra which are required for determining the STPR according to the recommendations of the International Atomic Energy Agency. The STPR at a depth d depends primarily on the average energy of the primary ions at d rather than on their charge z or absolute position in the medium. However, STPRs for different sets of stopping-power data for water and air recommended by the International Commission on Radiation Units and Measurements are compared, including also the recently revised data for water, yielding deviations up to 2% in the plateau region. In comparison, the influence of the secondary particle spectra on the STPR is about two orders of magnitude smaller in the whole region up till the practical range. The gained insights enable us to propose simple analytical expressions for the STPR for both pristine and SOBPs as a function of penetration depth depending parametrically on the practical range.

摘要

在粒子治疗中,为了实现精确的电离室剂量测定,需要了解离子束在水和空气中的阻止本领比(STPR)。早期的工作已经研究了原始碳离子束的 STPR,但在这里,我们将计算范围扩展到一系列离子(1≤z≤18)以及展宽布拉格峰(SOBP),并提供了一个理论深入研究,特别关注与粒子治疗相关的参数范围。蒙特卡罗输运代码 SHIELD-HIT 用于计算完整的粒子通量谱,根据国际原子能机构的建议,需要根据这些通量谱来确定 STPR。在深度 d 处的 STPR 主要取决于在 d 处的初级离子的平均能量,而不是它们的电荷 z 或在介质中的绝对位置。然而,我们比较了国际辐射单位和测量委员会推荐的用于水和空气的不同组的阻止本领数据的 STPR,包括最近修订的水数据,在平台区域中产生了高达 2%的偏差。相比之下,在整个区域直到实际射程,次级粒子谱对 STPR 的影响大约小两个数量级。所获得的见解使我们能够提出用于原始和 SOBP 的 STPR 的简单分析表达式,该表达式作为穿透深度的函数,参数取决于实际射程。

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