「蒙地卡罗」算法 精算放射剂量

恶性肿瘤是现代人健康最大威胁，世界卫生组织更认定癌症为医药发展重要课题，在台湾，癌症蝉联多年十大死因之首，平均每4人即有1人曾经罹患癌症。
癌症治疗方式，主要不外乎手术、放射治疗及化学治疗等，其中放射治疗，现代科技日新月异，近几年来有极大进步。如果要控制肿瘤，放射剂量很重要，过去使用手算，剂量误差可能达20至30%，使用电脑辅助后，不同算法也有极大差异，例如在非均质的接口，如肺脏、头颈部，误差最高可能达10%，借由最新的「蒙地卡罗」算法，可以将剂量误差控制在1%以内。
举例来说，我们想要测量忠孝东路车流量，传统方式是把忠孝东路纵向分割成六个线道，每个线道派一人定时测量，一个小时后回报总数，大致上可以约略估计出来，但仍会有误差，比如从巷子弯出来或是随意变化车道的各种突发因素。
更精确的方式是在台北市每台车子都装上卫星导航，随时回报每台车动态，此时电脑便可以计算经过某段忠孝东路的车流轨迹，加以分析统计。这方式精确但耗时，也牵涉到科技设备。
回到放射治疗上，前者就像传统放射治疗，把照射范围从大照野分割成为小照野，分开计算；后者就像蒙地卡罗算法，仿真数十亿颗光子，从治疗机头抵达人体所行经路径和反应，累积计算，决定剂量。
过去电脑设备速度较慢，蒙地卡罗计算方式可能要耗时5至7小时以上，临床上并不实用，现今电脑速度大幅提升，且多核心共同运算，以美国CMS研发的Monaco为例，计算时间已可以大幅缩短至2小时以内，而且仍维持1%的精准度，在非均质的接口计算也较一般算法正确。
肺部肿瘤位在空气与软组织交界，传统演算方式容易造成肿瘤剂量高估，实际上，肿瘤并未达到缺省的治疗剂量。相对地，蒙地卡罗算法可以较正确掌握预期剂量。
国内许多医院已陆续引进以蒙地卡罗算法为核心运算的治疗计划系统，在癌症放射治疗上提供更精准的剂量，运用在运算复杂技术如动态弧形刀（VMAT）时，也能掌握患者体内剂量分布，有效降低正常器官剂量，减少副作用，提升肿瘤控制率。
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