正交磁场对脑膜瘤碳离子治疗中生物材料应用的剂量学影响研究

本文通过FLUKA和PHITS双蒙特卡罗平台模拟，系统评估了正交磁场(B=0.35T/1.5T)下三种颅骨替代材料(PTFE/氧化铝/钛合金)对碳离子治疗(100-310MeV/n)脑膜瘤的剂量分布影响。研究发现1.5T磁场可导致碳离子束4.7cm侧向偏移，而PTFE材料能保持布拉格峰深度误差<2.4mm，显著优于其他材料(～10.8mm)，为MRI引导碳离子放疗(MRI-GCIRT)的生物材料选择提供了重要依据。

　　

Highlight
本研究通过计算模拟揭示了正交磁场对脑膜瘤碳离子治疗中生物材料应用的剂量学影响，特别关注三种潜在颅骨替代材料：聚四氟乙烯(PTFE)、氧化铝和钛合金。

材料与方法
为确保计算准确性，研究采用双蒙特卡罗平台(FLUKA和PHITS)进行验证。首先通过比较模拟布拉格峰深度(100/220/310MeV/n)与实验数据(误差≤4%)验证了束流模型的可靠性。

MC代码验证
采用相对误差公式R_err(MCcode)=|Bp(MCcode)-Bp(Weber)|/Bp(Weber)进行验证。结果显示FLUKA与Weber实验数据的最大误差仅1.92%(100MeV/n时)，证实了模拟的准确性。

结论
研究发现轴向磁场(0.35T/1.5T)显著影响碳离子束在脑膜瘤头模中的路径，其中PTFE最能保持布拉格峰精度。1.5T磁场可导致4.7cm侧向偏移，而PTFE材料在250MeV/n能量下布拉格峰深度与天然骨差异仅2.4mm，远优于氧化铝和钛合金(～10.8mm)。这些发现为MRI引导碳离子放疗(MRI-GCIRT)的临床实施提供了重要指导。