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1一、實驗目的：學習Linux系統與BEAMnrc軟體的操作，並了解電子加速器與光子加速器的基本結構及兩者之間的差異。二、實驗原理：1.Linux：Linux在1991年首次由LinusTorvalds釋出，經由多年努力而有現今的架構。Linux的發展中，主要依據Unix的發展概念，透過Minix系統的學習，加上GNU軟體的支援與依據POSIX的標準規範，透過Internet來加強傳遞的速度。a.特色：i.自由與開放：由於Linux是基於GPL(GeneralPublicLicense)的架構之下，所以是一種自由軟體，即是任何人都可以自由的使用或是修改其原始碼的意思。此稱為“開放性架構”，對於科學界是相當重要的。因為很多工程師由於特殊需求，常常需要修改系統的原始碼，使該系統可以符合自己的需求，而此開放性的架構將可以滿足各種不同需求的工程師。ii.配備需求低廉：可以支援個人電腦的x86架構，不過若想要在Linux下執行XWindow系統，則硬體的等級就不能太低。iii.強大而穩定：Linux的功能並不會輸給一些大型的Unix工作站，因此有愈來愈多的公司或是團體投入此作業系統的開發與整合工作。iv.獨立作業：由於很多的軟體套件逐漸被這套作業系統拿來使用，許多套件軟體也都在Linux系統上進行發展與測試，因此已經可以獨力完成大部分工作站或伺服器的服務了，例如Web,Mail,Proxy,FTP等。2b.指令介紹：cd切換至目前使用者的目錄($HOME)cdplace切換至資料夾placecd..回到上層目錄cd-回到上次使用的資料夾ls列出目錄中資料夾的名稱ls-l列出資料夾與檔案名稱，指令等同於“ll”ls-al除了檔案名稱，並列出隱藏檔案及所有檔案的詳細資料cpfile1fiel2複製檔案file1到file2，若file2為資料夾名則file1會複製入file2內cp-pfile1fiel2使檔案file2的data與所複製的file1相同mvfile1fiel2將檔案file1移動至file2內rmfiel1刪除檔案file1，執行前會詢問是否確定mkdirnewname創造新資料夾rmdirdirname刪除該檔名之資料夾pwd顯示目前所在目錄名cat將檔案內容列出df察看硬碟空間clear用來清除螢幕畫面who視察目前在系統上的使用者**********資料來源1，2。2.電子加速器v.s.光子加速器：表1加速器之基本構造電子加速器：window→primarycollimator→scatteringfoils→ionchamber→ring→mirror→mainjaws→applicator光子加速器：target→primarycollimator→flatteningfilter→ionchamber→mirror→mainjawsa.window：電子束射入的地方。b.target：通常為鎢製，電子束射入後打到target會產生bremsstralung，是電子束轉換成光子束的重要構造。此構造只有光子加速器有。3c.primarycollimator：準直儀又稱為photonjaw，通常是以鎢製造。目前有許多不同種類的準直儀，但其功能都相似，依照射的部位或方式而搭配不一樣的準直儀。用來定義照射範圍，使射束只能通過特定區域，如此可避免射束產生散射而增加病人劑量的吸收，但是會使大部分的射束被準直儀擋掉而導致影像的解析度不佳。固定了最大照野就可藉此來調整和定準射束的強度，即是控制射束的量。圖1各種類的準直儀d.scatteringfoils：散射薄片放置於旋轉盤上，位置在第一準直儀之上(但實驗中為第一準直儀在散射薄片之前)，功能似平整濾片為移除射束中的低能粒子，使接收劑量達100%的區域擴大，讓癌細胞能平均受到高劑量來達到殺死癌細胞的目的。在電子的加速器中，並沒有target是直接用電子槍打入電子，有些機器會利用光柵掃描的方式取代散射薄片的功能，利用正負磁性來引導電子的方向。此構造用於電子加速器。e.flatteningfilter：在打入的射束中通常在邊緣的劑量會小於在中心的劑量，最高劑量的地方可以稱作劑量角，藉著平整濾片的特殊形狀構造使中心的劑量角的劑量快速變少。因為濾片的邊緣比中心狹窄，在射束中心軸處的光子較多，所以通過較厚的地方使光子散射到旁邊，如此打到病人時的劑量就會差不多，並減少電子污染，形狀像錐形通常會用鎢、銅或是鉛來做。此構造用於光子加速器。4f.ionchamber：用來偵測照野範圍正不正確，射束會進入兩個平行版多通道，早期常用雲母，現在通用的則是kapton，可以使電子產生的自動輻射減少，雲母游離腔裡充滿了氮氣，而kapton則是充滿氧氣，兩者皆可確認在射束打到病人時不被周圍的壓力和溫度影響到劑量的改變。chamberplates可以繞中心旋轉90度，可以監視並確認射束的對稱性和平整性，當射束沒有對稱和平整時，游離腔便會以負回饋的方式去調控，因此游離腔是用來控制射束的量，當劑量夠多時就會使系統自動關閉。g.ring：因電子束易散射產生偏折，這些金屬製的環便可正確提供電子束通過的方向。此構造用於電子加速器。h.mirror：利用光源反射鏡子而投影下來的點，來得知最後射束打入病人身體的位置，即照野的位置，是用來校正的重要結構。i.mainjaws：又稱作secondarycollimator，分為upperjaws跟lowerjaws，可避免準直儀壞掉而使射束沒有固定的行進方向，上下各兩塊可避免碰撞並減少半影區的產生。mainjaws可隨著射束進入的角度而做不同角度的調整。j.applicator：同樣也是用來控制電子束的行進方向，用來確認最後射束打到病人時的位置。此構造用於電子加速器。**********資料來源3，4，5，6。5三、實驗步驟：A.Ex10MeVe：1.點入Terminal圖示，輸入beam_gui指令，則會跑出程式。(圖2)2.首先loadapreviousaccelerator→EX10Meve.module。3.browsetheHEN_HOUSE→521icru.pegs4dat。4.然後loadapreviousinputfile載入舊檔→EX10Meve.egsinp。5.進入preview觀察模擬加速器的基本構造，並設定fieldlimits、SSD和jaws。(圖3，4，5)6.接著跑程式：Execute→Compile→Run。(圖6)7.待程式跑完後至egsnrc資料夾找BEAM_EX10Meve資料夾，將其資料夾內的EX10Meve.egslog檔案打開。8.打開後會列出一串程式的相關資訊，接著可利用view當中的find去找我們要用的資訊就可解problems。z圖2BEAMnrc，下方可看見所載入的3個檔案6圖3模擬加速器之構造名稱圖4設定fieldlimits和SSD7圖5設定jaws圖6執行runB.Ex16MVp：1.重複A實驗中的所有步驟。2.所載入之檔案分別改為EX16MVp.module、700icru.pegs4dat與EX16Meve.egsinp。3.相關資訊內容則位於/egsnrc/BEAM_EX16MVp/EX16MVp.egslog。四、實驗結果與討論：A.Ex10MeVe：1.Howmanyparticlesofeachtypeareinthephasespaceperincidentelectron?(圖7)光子：5983/50000=0.11966(個)電子：(8363-5983)/50000=0.0476(個)8圖72.Howmuchparticlesofeachhistoryneed?(圖8)30.9/50000=0.00062(s)圖893.Whichcomponentoftheacceleratorhasthelargestamountofenergydeposited;why?(圖9)編號14的mainjaws的能量囤積最大。因為質量大，所以擋到的能量是最高的，但又因為質量關係使吸收劑量並不高。(dose=energy/mass)4.Whichcomponentoftheacceleratorreceivesthelargestdose,andwhy?(圖9)編號5的scatteringfoils所吸收的劑量最大。因為位於加速器中的第一個位置，是最初直接被射束打到的地方，能量雖然不是最大的但因其質量小，使劑量是最大的。圖910B.Ex16MVp：1.Howmanyparticlesofeachtypeareinthephasespaceperincidentelectron?(圖10)光子：2436/15000=0.1624電子：(3696-2436)/15000=0.084圖102.Howmuchcputimedoeseachhistoryneed?(圖11)29.6/15000=0.001973(s)11圖113.Whichcomponentoftheacceleratorhasthelargestamountofenergydepositedinit;why?(圖12)target有最多的能量囤積。在光子加速器中打出的電子束大部分會被target擋下，這些電子會與target發生bremsstrahlung，故target含有最多的能量。16MeV=2.56*10-12Jenergyoftarget=1.841*10-12J1.841*10-12/2.56*10-12=71.91%高達70%以上的能量皆消耗在target上，光子產率低，表示加速器的效率不好。4.Whichcomponentoftheacceleratorreceivesthelargestdose?Why?(圖12)target接收最大的劑量。電子束打到target後發生bremsstralung而陸續產生光子，所以target是最先接觸到射束的地方，之後由於產生scatter等等的效應，電子散射至各處，劑量漸漸降低，故在target有最大的劑量。12圖12模擬加速器之圖片：13圖13電子加速器之簡圖圖14電子加速器之primarycollimator圖15電子加速器之scatteringfoils14圖16電子加速器之ionchamber圖17電子加速器之ring15圖18電子加速器之mirror圖19電子加速器之mainjaws16圖20電子加速器之applicator圖21光子加速器之簡圖圖22光子加速器之flatteningfilter17圖23光子加速器之mainjaws五、資料來源：1.鳥哥的Linux私房菜：更新日期：2006/05/302.TTU個人網頁-Kevin的學習筆記：更新日期：2007/10/303.李宗其助理教授，放物講義(ClinicalRadiationGenerators)4.96年放射師考題5.PeterMetcalfe,TomasKron,PeterHoban/Thephysicsofradiotherapyx-raysfromlinearaccelerators/p.25~32/Madison,Wis.:MedicalPhysicsPub,c19976.鐘孝文教授(台大電機系，三軍總醫院放射線部)，醫學影像簡介