研究目的
介绍并评估G4Linac_MT——一款基于Geant4的易用开源代码,用于医学直线加速器建模,旨在填补Geant4在放射治疗应用中的空白,实现更精准的模拟且减少人工投入与计算时间。
研究成果
G4Linac_MT成功模拟了Saturne 43直线加速器,模拟与实测剂量学数据高度吻合(精度在2.6%-1毫米范围内),证明其作为基于Geant4的易用高效放疗模拟工具的实用性。多线程和方差缩减技术将CPU时间缩短至1/7,使其具备临床应用可行性。未来工作将扩展验证至其他直线加速器模型以进一步确立其效用。
研究不足
该研究仅限于Saturne 43直线加速器模型,在未作调整的情况下可能不适用于其他类型直线加速器。模拟几何结构、初始源配置或测量数据的不准确可能影响结果,特别是在半影区等高梯度区域。代码的性能和准确性取决于正确的参数调校及硬件资源。
1:实验设计与方法选择:
本研究开发并测试了基于Geant4蒙特卡罗工具包的G4Linac_MT代码,采用ROOT-C++软件包进行数据分析,使用HDF5-C++库处理相空间文件。该代码旨在模拟医用直线加速器机头及水模体中的剂量分布,通过多线程技术和方差缩减方法提升计算效率与精度。
2:样本选择与数据来源:
以运行于12 MV能量、10×10 cm2射野的Saturne 43直线加速器作为模型系统,测量剂量学数据(百分深度剂量和离轴比曲线)取自法国国家电离辐射计量实验室(LNHB)用于验证。
3:实验设备与材料清单:
计算硬件配置为联想工作站(12核3GHz CPU/12GB内存,Ubuntu 14 Linux系统)。软件包括Geant4 10.3版本、ROOT-C++包、HDF5-C++库及Netbeans IDE开发的Java图形界面程序。建模对象包含直线加速器机头组件(如钛窗、钨靶)及PMMA材质的立方体水模体。
4:3版本、ROOT-C++包、HDF5-C++库及Netbeans IDE开发的Java图形界面程序。建模对象包含直线加速器机头组件(如钛窗、钨靶)及PMMA材质的立方体水模体。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:工作流通过G4Linac_MT??槭迪郑篏4Linac_Head??椴捎枚嘞叱毯头讲钏跫跫际酰ㄈ玳碇路浞至眩┠D饣罚籊4Linac_DoseCal??榧扑隳L寮亮浚籊4Linac_DataAnalysis??榻惺菘墒踊ava图形界面自动化完成代码编译、执行与调试。模拟采用优化参数(如6.7×10?初级电子、11核CPU),并通过伽马指数分析将结果与实测数据对比。
5:7×10?初级电子、11核CPU),并通过伽马指数分析将结果与实测数据对比。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:利用ROOT生成物理量直方图(如能谱、剂量曲线),通过伽马指数法进行剂量比较(位置容差1mm/剂量差异2.7%),统计不确定度控制在1%以内。
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Workstation
Lenovo Workstation
Lenovo
Used to run Monte Carlo simulations with Ubuntu 14 Linux operating system, providing computational resources for the G4Linac_MT code.
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Geant4
version 10.3
Geant4 Collaboration
Monte Carlo physics modeling tool used as the core simulation engine for modeling the linac head and dose calculations.
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ROOT
ROOT-C++ Package
CERN
Used to produce histograms for simulation data, such as energy spectra and dose profiles.
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HDF5
HDF5C++ scientific library
HDF Group
Used to develop a new phase space file format (h5PhaseSpace) for storing simulation data, enabling efficient data handling and multi-threading support.
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Netbeans IDE
Apache
Used to develop the Java-based GUI application for G4Linac_MT, providing an integrated development environment.
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Valgrind
Valgrind
Profiling tool used for debugging the G4Linac_MT code, helping to find and resolve bugs during execution.
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