一种测量医用加速器光子束能谱的方法技术

本发明专利技术公开了一种测量医用加速器光子束能谱的方法，步骤如下：ａ．测量医用加速器准直系统出口处光子束在三维水箱中的剂量分布，取得数据；ｂ．应用Ｍｏｎｔｅ　　Ｃａｒｌｏ方法计算不同能量的若干组单能光子束在水中的剂量分布数据；ｃ．建立单能光子束在水中剂量分布、光子束能谱和测量的剂量数据之间的线性方程组；ｄ．通过测量光子束在水模中剂量数据，应用可取得结果的光子束能谱加权算法，求解线性方程组可获得光子束的能谱；本发明专利技术优点是：只需测量光子束在水箱中的剂量分布，再用本发明专利技术的软件便可到得光子束能谱数据，使用快捷简便；各放疗单位都有放疗水箱，本发明专利技术可使医院免购测量光子能谱设备，降低测量成本；不用光子能谱仪简化了放疗流程，提高了治疗效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及放射治疗中医用加速器的光子束能谱的测定方法，这些能谱数据的测定是光子束精确放射治疗技术的基础。
技术介绍
放射治疗是医治癌症的主要手段之一，为进一步提高放射治疗的治愈率，发展以精确控制射线束剂量为特征的新一代放射治疗技术是关键。普通放射治疗直接以矩形野光子束在水模中测量的剂量数据为基础，作简单的人体密度修正即估算出光子束在人体中的剂量，并不需要光子能谱数据，但是这种方法对适形和调强放射治疗这样的精确放射治疗技术来说会产生较大误差，是不可接受的。为了实现将光子束的高剂量准确投放在靶区(肿瘤)，必须测定在加速器准直系统出口处(加速器头)的光子束能谱。这是因为对于标称能量为E兆伏的光子束来说，实际上它是由一定能量的电子打在加速器头内的钨板上产生的韧致辐射光子组成的，而韧致辐射光子的能谱很宽，从低能到高能都有，韧致辐射光子的平均能量大约为E/3(MeV)，而标称能量对应的光子能量为E(MeV)，在这种情况下，光子在人体中的剂量分布与标称能量为E(MeV)单能光子有本质的区别，如果不知道加速器光子束能谱(能量组成)，就不能精确确定光子在人体中的剂量，所以测定加速器头的光子束能谱是实现光子束精确放射治疗的一个必要条件。传统上可以利用一组核子仪器(如多道光子能谱仪)测量光子束能谱，但是这样的测量系统相当复杂，价格也很昂贵，测量系统对医用加速器治疗病人的现场布局有很大的影响，而且测量工作费时又干扰临床治病，费时费力，是医院方面深感不便的事。所以，如何用简便方法确定光子束的能谱成为实现光子束精确放射治疗技术的一个关键因素。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量简便、成本低的测量医用加速器光子束能谱的方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案。其步骤如下a、测量医用加速器准直系统出口处光子束在三维水箱中的剂量分布数据；b、应用Monte Carlo方法，计算不同能量的若干组单能光子束在水中的剂量分布数据；c、建立单能光子束在水中剂量分布数据、光子束能谱和测量的剂量数据之间的线性方程组；d、通过测量光子束在水模中剂量数据，求解线性方程组，获得光子束的能谱；e、将获得的光子束能谱数据输入到放射治疗计划系统。本专利技术提出了解决测量加速器光子束能谱问题的一个有效技术方法。即应用一台三维水箱测量光子束在三维水箱中的剂量分布，然后从这些剂量分布数据便可取得光子束能谱数据，测量快捷、简便。三维水箱是现代放射治疗医疗单位的必备设备之一。因此，利用本专利技术的结果，医院方面即可免除购买专门测量光子能谱的设备，使测量成本降低。同时，由于去掉了应用光子能谱仪测量光子束能谱的医疗环节，从而简化了光子束放射治疗的流程。附图说明图1为本专利技术方法的流程图；图2为由美国医学物理学家学会(American Association ofPhysiciats in Medicine，AAPM)55#报告提供的10cm×10cm射野的18MV光子在水模中的中心轴上的百分深度剂量分布的标准测量曲线；图3是本专利技术用Monte Carlo法计算6MeV单能光子束在水中剂量分布的数据；图4是本专利技术得到的18MV医用加速器的能谱。具体实施例方式，包括有下述步骤(见图1、图2、图3、图4所示)第一步，测量医用加速器准直系统出口处光子束在三维水箱中的剂量分布数据；具体做法是①调整医用加速器头内的挡块(jaw)，形成所要测量的一定大小的射野光子束；这是因为不同射野的光子束，其能谱有所不同。②将此一定大小射野的光子束照射三维水箱，通过在水箱中的剂量计，测量上述光子束在水箱中的剂量分布；将射野中心轴不同的深度标记为z1，z2，……zn，用剂量计测量得到的射野中心轴不同深度处的光子束剂量标记为d(z1)，d(z2)，……d(zn)，简写成d1，d2，……dn，或者将其写成向量形式 ；第二步，用Monte Carlo方法，计算不同能量的若干组单能光子束在水箱中的剂量分布数据；具体做法是①设光子束标称能量为E(MV)，将E分成n等份，取每份的平均能量代表该份的光子能量，得到E/2n，3E/2n，…..(2n-1)E/2n，将其简写成E1，E2，……En，共计n种能量；②用Monte Carlo方法，计算能量为Ei的单位注量单能宽束光子在水箱中测量点处的剂量D(z1，Ei)，D(z2，Ei)，…….D(zn，Ei)；③计算全部n种能量的单能光子在水箱中n个测量点的剂量，得到下面的剂量矩阵DD(z,E)=D(z1,E1)D(z1,E2)...D(z1,En)D(z2,E1)D(z2,E2)···D(z2,En)............D(zn,E1)D(zn,E2)···D(zn,En)---(1)]]>由于加速器光子的能量是从0到E的一个连续谱，当将光子束能区分为n个间隔时，如果间隔数n很大，则每个间隔内光子能量就近似相等，可以用平均能量Ei代表该间隔的光子能量，而每一个能区的光子总数就可以代表这个能区的光子的能谱，将其记为Ψ(Ei)，或简写成Ψi，全部n个能区的光子能谱为Ψ1，Ψ2，……Ψn，或者写成向量形式 ；第三步，建立单能光子束在水中剂量分布数据、光子束能谱和测量的剂量数据之间的线性方程组；由于每一个测量深度zi处的光子剂量，都是由n种单能光子产生剂量的总合，所以得到下面形式的线性方程组D(z1,E1)D(z1,E2)···D(z1,En)D(z2,E1)D(z2,E2)···D(z2,En)...D(zn,E1)D(zn,E2)···D(zn,En)Ψ(E1)Ψ(E2)...Ψ(En)=d(z1)d(z2)...d(zn)---(2)]]>形式上可以写为DΨ→=d→---(3)]]>第四步，通过剂量计测量光子束在水模中的剂量数据，求解线性方程组，获得光子束的能谱；我们没有用普通的逆矩阵法来直接取得光子能谱Ψ→=D-1d→,]]>因为D是一个病态矩阵，用逆矩阵方法会得到不正确结果，有可能取得高频振荡的非物理结果。在本专利技术中我们提出一种新方法可取得正确可用的结果。其步骤如下①用近似方程(4)代替方程(3) FΨ→=(D+αI)Ψ→=d→---(4)]]>这里I是单位矩阵，Ii ，j＝δi，j，δi，j是Kronecker符号，α是一个正数可调节参数，当α很小时，方程(4)就趋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量医用加速器光子束能谱的方法，具有下述步骤：第一步，测量医用加速器准直系统出口处光子束在三维水箱中的剂量分布数据；具体做法是：①调整医用加速器头内的挡块，形成所要测量的一定大小的射野光子束；②将一定大小射野的光 子束照射三维水箱，通过在水箱中的剂量计，测量上述光子束在水箱中的剂量分布；将射野中心轴不同的深度标记为ｚ↓［１］，ｚ↓［２］，……ｚ↓［ｎ］，用剂量计测量得到的射野中心轴不同深度处的光子束剂量标记为ｄ（ｚ↓［１］），ｄ（ｚ↓［２］），……ｄ（ｚ↓［ｎ］），简写成：ｄ↓［１］，ｄ↓［２］，……ｄ↓［ｎ］，或者将其写成向量形式＊；第二步，用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，计算不同能量的若干组单能光子束在水箱中的剂量分布数据；具体做法是：①设光子束标称能量为Ｅ（ＭＶ） ，将Ｅ分成ｎ等份，取每份的平均能量代表该份的光子能量，得到Ｅ／２ｎ，３Ｅ／２ｎ，…．．（２ｎ－１）Ｅ／２ｎ，将其简写成：Ｅ↓［１］，Ｅ↓［２］，……Ｅ↓［ｎ］，共计ｎ种能量；②用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，计算单位注量能量为Ｅ↓［ ｉ］＝（２ｉ－１）Ｅ／２ｎ的单能宽束光子在水箱中测量点处的剂量Ｄ（ｚ↓［１］，Ｅ↓［ｉ］），Ｄ（ｚ↓［２］，Ｅ↓［ｉ］），……．Ｄ（ｚ↓［ｎ］，Ｅ↓［ｉ］）；③计算全部ｎ种能量的单能光子在水箱中ｎ个测量点的剂量，得到下面的剂量矩阵Ｄ ：＊＊＊（１）由于加速器光子的能量是从０到Ｅ的一个连续谱，当将光子束能区分为ｎ个间隔时，如果间隔数ｎ很大，则每个间隔内光子能量就近似相等，可以用平均能量Ｅ↓［ｉ］代表该间隔的光子能量，而每一个能区的光子总数就可以代表这个 能区的光子的能谱，将其记为Ψ（Ｅ↓［ｉ］），或简写成Ψ↓［ｉ］，全部ｎ个能区的光子能谱为Ψ↓［１］，Ψ↓［２］，……Ψ↓［ｎ］，或者写成向量形式＊；第三步，建立单能光子束在水中剂量分布数据、光子束能谱和测量的剂量数据之间的线性方程组 ；由于每一个测量深度ｚ↓［ｉ］处的光子剂量，都是由ｎ种单能光子产生剂量的总合，所以得到下面形式的线性方程组：＊＊＊（２）形式上可以写为：Ｄ＊＝＊（３）第四步，通过剂量计测量光子束在水模中的剂量数据，求 解线性方程组，获得光子束的能谱；由于Ｄ可能是病态矩阵，用本专利技术中我们提出一种新方法取得有用结果，其步骤如下：①用近似方程（４）...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗正明，勾成俊，吴章文，杨代伦，孙官清，
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]