一种光子束放射治疗适形照射的方法技术

本发明专利技术公开了一种光子束放射治疗适形照射的方法，其特征在于：该方法步骤为：首先应用ＣＴ技术取得病人的密度信息，再现病人肿瘤部位及邻近器官和组织的解剖结构；用计算机图形图像技术清晰地显示出靶区的二维图象和三维图象；将肿瘤及其浸润区域反投影到加速器头射束出口处光子束截面上；在射束出口处配置上与靶区投影相匹配的多叶准直器或挡铅部件，实现光子束截面与肿瘤及其浸润区域相匹配的适形照射要求；在上述基础上，输入光子束的能谱和角分布信息；对不同方向的光子束在人体和肿瘤部位投放的总剂量分布进行计算和评估；根据最后的可接受的优化照射方案，调整多叶准直器等部件以取得最佳结果。本发明专利技术具有计算精度高、计算效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及现代放射治疗中的正在发展的新治疗技术-适形放射治疗技术和调强放射治疗技术。尤其是涉及，该精确放射治疗技术是当前国际放射治疗的主流技术发展方向。
技术介绍
目前，为了进一步提高放射治疗的治愈率和改善病人的生存质量，发展以适形放射治疗技术和调强放射治疗技术为代表的精确放射治疗技术是当前国际放疗技术的主流。这两种技术都要求发展精确和快速的高能光子笔束算法。Monte Carlo方法虽然可以精确计算笔束光子的剂量分布，但计算时间太长，不适用于临床应用。国际上通常应用卷积/积分法(Convolution/Superposition)，卷积积分是应用Monte Carlo方法事先计算笔束光子在水中的一次碰撞剂量分布，做成一个数据库，应用时调用这些数据，经过对一次碰撞剂量分布求积并作非均匀修正后取得人体剂量分布信息，它的缺点是1)算法的计算效率不够高，特别是在调强的情况下，算法的计算效率不高是突出矛盾，直接影响治疗病人的效率；2)在密度变化大的区域内计算误差大。本专利技术提出的笔束算法计算精度高，由于它可以作较精确的密度修正，克服了上述C/S算法的缺点。同时由于采用解析的计算公式，计算效率比较卷积/积分法有显著的提高，有利于临床应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种计算精度高、计算效率高的光子束放射治疗适形照射的设计方法。现代放射医学所谓的适形照射设计，就是照射野的适形设计，是依据肿瘤在投影面上的不规则形状，来决定射线照射野的形状与大小，以保护肿瘤区域外的正常组织不会受到损伤的设计思想。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案，其方法步骤为(1)、首先应用CT技术取得病人的密度信息，然后对所取得的病人的密度信息应用三维图象重建技术，再现病人肿瘤部位及邻近器官和组织的解剖结构； (2)、应用电子工具帮助医生确定和勾画肿瘤及其浸润区域(靶区)和紧要器官，并用计算机图形图像技术清晰地显示出靶区的二维图象和三维图象；(3)、将已定位的肿瘤及其浸润区域(靶区)沿着射线束方向投影到加速器射束(光子束或电子束)出口处的参考截面上以确定肿瘤在此参考截面上的投影区域，依该投影区域来决定照射野的形状与大小。显然，由于肿瘤及其浸润区域的形状通常很不规则，其在截面上的投影区域亦是非规则的。(4)、在射束出口处配置上与靶区投影区域相匹配的多叶准直器或挡铅等部件。这样，光子束在通过多叶准直器或挡铅等部件时，只有靶区投影范围内的光子束未受到减弱，而靶区投影范围外的光子束将被充分吸收。实现光子束截面与肿瘤及其浸润区域相匹配的适形照射的技术要求；(5)、在此基础上，输入光子束的能谱和角分布信息。为了精确计算光子束在人体内的剂量分布，将射束出口处非规则的光子束截面(靶区投影)分割成若干小的矩形面积射束元，应用无限窄束光子(笔束光子)剂量分布的精确估算方法计算其在人体各处产生的剂量，将每一微束光子的剂量分布相加，从而确定该不规则截面光子束在人体和肿瘤部位投放的剂量。该方法计算精度高且计算效率高，特别适合调强和适形放射治疗技术的需要；(6)、对不同方向的光子束在人体和肿瘤部位投放的总剂量分布进行计算和评估。如果评估结果不满意，则改变照射方案调整照射参数，使投放的剂量分布与医生希望的处方剂量相近，直至可接受为止；(7)、根据最后的可接受的优化照射方案，调整多叶准直器等部件以取得最佳结果，同时对优化照射方案的剂量计算结果给出最后评估，包括给出剂量直方图、等剂量包络、DRR等提交给医生。再经模拟机证实，之后可作实际放射治疗操作。所述步骤5中的无限窄束光子(笔束光子)剂量分布的精确估算方法为a)获得被照射病人的人体电子密度矩阵(信息)；b)获得与光子射束相关的医用加速器的机器参数数据；c)将入射光子束离散为许多光子微束并形成相应的强度矩阵；d)对每一微束光子利用基于特征线方法的光子笔束模型，计算其在被照射人体或水模中的三维剂量分布；e)将每一微束光子在人体或水模内同一点所产生的剂量相加，获得光子束在人体或水模中的三维剂量分布并用一个三维剂量矩阵表示；f)在利用基于特征线方法的光子笔束模型，计算光子束在人体或水模中的剂量分布时，要考虑光子束能谱的影响，以精确计算光子束的剂量；g)将加速器头引起的光子束的发散对剂量分布的影响，归及为光子剂量分布的侧向分布参数的影响；本专利技术提供了一种实现适形照射概念的光子束精确放射治疗技术，解决了光子束适形放射治疗技术的一个关键问题，即精确计算无限窄束光子(笔束光子)在三维非均匀的人体或水模中的剂量分布的一种算法，以及应用此方法解决在适形放射治疗技术中，特别重要的非规则截面光子束剂量算法问题，从而实现计算精度高、计算效率高的光子束放射治疗适形照射的方法。附图说明图1是本专利技术的流程图，即外照射光子束在被照射人体或水模中的三维剂量分布的计算流程；图2是本专利技术中非规则射野离散化示意图；图3是本专利技术中离散化后形成的强度矩阵的示意图；图4是本专利技术中具有弯曲表面的介质的示意图；图5是本专利技术中适形照射中的三维立体重建，红色的区域是靶区示意图；图6是本专利技术中适形照射中的射野设置，光子束截面的形状和肿瘤的外轮廓匹配的示意图；图7是本专利技术中适形照射中的等剂量分布图；图8是本专利技术中适形照射中的剂量分布直方图。具体实施例方式本专利技术，见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，该方法步骤为(1)、首先应用CT技术取得病人的密度信息，然后对所取得的病人的密度信息应用三维图象重建技术，再现病人肿瘤部位及邻近器官和组织的解剖结构；(2)、应用电子工具帮助医生确定和勾画肿瘤及其浸润区域(靶区)和紧要器官，并用计算机图形图像技术清晰地显示出靶区的二维图象和三维图象；(3)、将已定位的肿瘤及其浸润区域(靶区)沿着射线束方向投影到加速器射束(光子束或电子束)出口处的参考截面上以确定肿瘤在此参考截面上的投影区域，依该投影区域来决定照射野的形状与大小。显然，由于肿瘤及其浸润区域的形状通常很不规则，其在截面上的投影区域亦是非规则的。(4)、在射束出口处配置上与靶区投影相匹配的多叶准直器或挡铅等部件，这样，光子束在通过多叶准直器或挡铅等部件时，只有靶区投影范围内的光子束未受到减弱，而靶区投影范围外的光子束将被充分吸收，实现光子束截面与肿瘤及其浸润区域相匹配的适形照射的技术要求；(5)、在此基础上，输入光子束的能谱和角分布信息，为了精确计算光子束在人体内的剂量分布，将射束出口处非规则的光子束截面(靶区投影)，分割成若干小的矩形面积射束元，应用无限窄束光子(笔束光子)剂量分布的精确估算方法，计算其在人体各处产生的剂量，将每一微束光子的剂量分布相加，从而确定该不规则截面光子束在人体和肿瘤部位投放的剂量，该方法计算精度高且计算效率高，特别适合调强和适形放射治疗技术的需要；(6)、对不同方向的光子束在人体和肿瘤部位投放的总剂量分布，进行计算和评估，如果评估结果不满意，则改变照射方案调整照射参数，使投放的剂量分布与医生希望的处方剂量相近，直至可接受为止；(7)、根据最后的可接受的优化照射方案，调整多叶准直器等部件以取得最佳结果，同时对优化照射方案的剂量计算结果给出最后评估，包括给出剂量直方图、等剂量包络、DRR等提交给医生，再经模拟机证实，之后可作实际放射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子束放射治疗适形照射的方法，其特征在于：该方法步骤为：　　　　（１）、首先应用ＣＴ技术取得病人的密度信息，然后对所取得的病人的密度信息应用三维图象重建技术，再现病人肿瘤部位及邻近器官和组织的解剖结构；　　　　（２）、应用电子工具帮助医生确定和勾画肿瘤及其浸润区域和紧要器官，并用计算机图形图像技术清晰地显示出靶区的二维图象和三维图象；　　　　（３）、将已定位的肿瘤沿着射线束方向投影到加速器射束（光子束或电子束）出口处的参考截面上以确定肿瘤在此面上的投影区域；　　　　（４）、在射束出口处配置上与靶区投影区域相匹配的多叶准直器或挡铅部件，光子束在通过多叶准直器或挡铅时，只有靶区投影范围内的光子束未受到减弱，而靶区投影范围外的光子束将被充分吸收，实现光子束截面与肿瘤及其浸润区域相匹配的适形照射要求；　　　　（５）、在上述基础上，输入光子束的能谱和角分布信息，为了精确计算光子束在人体内的剂量分布，将射束出口处由靶区投影区域形成的非规则光子束截面，分割成若干小的矩形面积射束元，应用无限窄束光子剂量分布的精确估算方法，计算其在人体各处产生的剂量，将每一微束光子的剂量分布相加，从而确定该不规则截面光子束在人体和肿瘤部位投放的剂量；　　　　（６）、对不同方向的光子束在人体和肿瘤部位投放的总剂量分布，进行计算和评估，如果评估结果不满意，则改变照射方案调整照射参数，使投放的剂量分布与医生希望的处方剂量相近，直至可接受为止；　　　　（７）、根据最后的可接受的优化照射方案，调整多叶准直器等部件以取得最佳照射结果，同时对优化照射方案的剂量计算结果给出最后评估，包括给出剂量直方图、剂量包络、ＤＲＲ等提交给医生，再经模拟机证实，之后可作实际放射治疗操作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗正明，勾成俊，杨代伦，吴章文，
申请(专利权)人：成都川大奇林科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]