基于非晶径迹模型的球形靶剂量解析计算与能谱分析及其在微剂量学中的应用研究

本文推荐了一种解析计算方法，用于精确计算离子在球形靶中的剂量沉积与能谱分布。通过对比局部效应模型（LEM）和Kiefer-Chatterjee模型（KCM）与蒙特卡罗模拟代码RITRACKS的结果，研究展示了高传能线密度（LET）离子剂量谱的优异一致性，为辐射防护质量因子评估和重离子治疗相对生物有效性（RBE）量化提供了高效计算工具。

　　

Highlight

Materials and methods

本节介绍了计算球形靶内能量沉积的解析方法。首先，通过径向剂量模型和积分表达式计算单离子径迹在薄圆盘中的剂量沉积（随撞击参数和盘半径变化）。计算分为两种情况：径迹核心穿过圆盘和未穿过圆盘。

Radial dose

图7展示了RITRACKS、LEM和KCM计算的径向剂量结果。虽然LEM模型与RITRACKS的模拟结果似乎更吻合，但由于使用对数坐标，这一结论可能具有误导性。在径迹边缘区域（penumbra），KCM模型实际上更符合RITRACKS的完整径迹结构模拟结果。

Discussion

本研究推导了使用LEM和KCM参数化径向剂量模型计算靶区能量沉积的解析表达式。KCM的径向剂量与RITRACKS的完整径迹结构计算结果一致性更优。KCM与RITRACKS在剂量-撞击参数关系上的高度吻合进一步验证了该模型的可靠性。

Conclusion

我们基于两种非晶径迹结构模型推导了球形靶能量沉积的解析方程。该方法能快速准确地估算球形靶剂量（仅需离子类型、能量、球体半径和撞击参数）。剂量-撞击参数关系的核心应用在于直接关联能量沉积谱——尤其对未直接击中靶区的离子（通过δ电子贡献的间接成分）的谱计算具有重要意义。