基于GATE验证的eMC算法剂量计算比较分析：组织异质性对电子束剂量学的深远影响

本研究针对电子束放疗中eMC算法在组织异质性环境下剂量计算精度不足的问题，由研究人员通过GATE平台开展蒙特卡罗模拟验证。研究发现eMC在均质水体中表现良好，但在含肺等效/骨等效材料的异质体模中，高能量(6/9/12 MeV)和大射野(6×6 cm2-20×20 cm2)条件下界面区域出现显著偏差，γ通过率(3%/3mm)明显下降，对临床精准放疗计划设计具有重要警示意义。

　　

在针对浅表肿瘤的电子束放射治疗领域，精确的剂量计算直接关系到治疗效果和副作用控制。虽然蒙特卡罗（Monte Carlo, MC）模拟被公认为剂量计算的黄金标准，但其巨大的计算成本限制了临床适用性。电子蒙特卡罗（electron Monte Carlo, eMC）算法虽能大幅提升计算速度，但其在复杂组织异质性环境中的准确性仍需系统验证。

本研究通过GATE仿真平台，系统比较了治疗计划系统（Treatment Planning System, TPS）中eMC算法与全蒙特卡罗模拟的剂量分布差异。研究团队采用多能量电子束（6、9、12 MeV）和多尺寸射野（6×6 cm²至20×20 cm²），分别在均质水模体与包含肺等效材料、骨等效材料的异质体模中进行测试。

结果显示：在均质条件下，eMC与GATE计算结果总体吻合良好，但在半影区和高能量大射野条件下出现可察觉偏差。在异质体模中，特别是在密度界面附近的侧向剂量分布和高能束流条件下，两者出现显著差异，满足3%差异标准的点数百分比大幅下降。

这些发现揭示了eMC算法在模拟复杂组织异质性方面的局限性。尽管该算法在简单场景中具有可接受的精度，但在临床真实的异质环境中性能显著下降，这要求临床治疗计划制定时需保持谨慎，并凸显了对改进型剂量计算算法的迫切需求。