硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法技术方案

一种硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法，硼中子捕获治疗系统包括中子束照射装置、治疗计划模块和控制模块。中子束照射装置用于在照射治疗时产生治疗用中子束并照射到摄入含硼(

【技术实现步骤摘要】
硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法


[0001]本专利技术一方面涉及一种放射治疗系统，尤其涉及一种硼中子捕获治疗系统；本专利技术另一方面涉及一种治疗计划生成方法，尤其涉及一种硼中子捕获治疗系统的治疗计划生成方法。

技术介绍

[0002]随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。
[0003]为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。
[0004]三维模型广泛应用于科学实验分析、科学实验模拟领域。比如在核辐射与防护领域，为了模拟人体在一定辐射条件下的吸收剂量以帮助医生制定治疗计划，常常需要利用计算机技术对医学影像数据进行各种处理建立精确的蒙特卡罗软件需要的晶格模型，并结合蒙特卡罗软件进行模拟计算。在中子捕获治疗领域根据医学影像数据建立蒙特卡罗软件所需的晶格模型并进行剂量计算和评估时，需要在模型中定义每个晶格反映的生物体基本信息，如组织种类、硼浓度信息等，信息的准确性和精确度决定了剂量计算结果的可靠度。而通常硼浓度信息是根据血样检验或切片检验获得样本的硼浓度数据，以此推算相应的组织和肿瘤硼浓度，从而在对应的模型区域中给定区域硼浓度值，这样给定的硼浓度信息没有考虑生物体内真实的硼药分布及硼药随时间的代谢情况，进而影响剂量计算结果的可靠度。
[0005]因此，有必要提出一种硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的一个方面提供一种硼中子捕获治疗系统，包括中子束照射装置、治疗计划模块和控制模块。中子束照射装置用于在照射治疗时产生治疗用中子束并照射到摄入含硼(
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B)药物的被照射体形成被照射部位。治疗计划模块根据所述被照射部位的医学影像数据和所述中子束照射装置产生的所述治疗用中子束的参数进行剂量模拟计算并生成治疗计划，所述被照射部位的医学影像数据包括组织相关信息和硼(
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B)浓度相关信息。控制模块从所述治疗计划模块调取与所述被照射体对应的所述治疗计
划，并控制所中子束照射装置按照所述治疗计划对所述被照射体进行照射治疗。根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息进行剂量模拟和制定治疗计划，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。
[0007]进一步地，所述治疗计划模块根据所述组织相关信息建立对应的带有组织种类数据的三维体素假体组织模型，根据所述硼浓度相关信息给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定硼浓度数据，更加符合实际情况。
[0008]作为一种优选地，所述组织相关信息通过所述被照射部位的非放射性核素医学影像获得，所述治疗计划模块根据所述非放射性核素医学影像数据与组织种类之间的转换关系自动定义或手动定义所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的组织种类。三维体素假体组织模型是根据医学影像数据与组织种类之间的转换关系建立的，更加精确地提供组织种类(元素组成)，建立的几何模型更加匹配于医学影像数据反应出的真实情况。进一步地，所述非放射性核素医学影像为CT。
[0009]作为一种优选地，所述硼浓度相关信息通过所述被照射部位的放射性核素医学影像获得，所述被照射体摄入放射性标记的含硼药物或与含硼药物的肿瘤细胞亲和性近似的非含硼药物用于进行所述放射性核素医学影像扫描，所述治疗计划模块根据所述放射性核素医学影像数据与硼浓度之间的转换关系自动定义或手动定义所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度。进一步地，所述放射性核素医学影像为PET，所述放射性标记的含硼药物为
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F-BPA。
[0010]作为一种优选地，所述硼浓度相关信息包括被照射体体重(Body Weight)、施打药物药量(Injection Dose)、药物活性测量时间(Measure Time)、造影时间(Scan Time)、放射性核素半衰期(Half Time)和影像晶格强度(Image Pixel Intensity
pixel
)，所述治疗计划模块根据所述硼浓度相关信息计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，所述治疗计划模块根据计算结果给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。进一步地，所述治疗计划模块根据所述硼浓度相关信息计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度包括：
[0011]采用公式一计算近似的血液影像晶格强度Image Pixel Intensity
blood
：
[0012][0013]其中，SUV
blood
为血液的标准摄取值，Calibration Factor为医学影像扫描设备的校正值；
[0014]采用公式二计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度对血液硼浓度的比值：
[0015][0016]其中，B
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，B
blood
为血液硼浓度，SUV
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的标准摄取值。
[0017]进一步地，所述治疗计划模块通过蒙特卡罗模拟程序模拟所述三维体素假体组织模型单位时间的硼剂量(D
B
)、快中子剂量(D
f
)、超热中子剂量(D
epi
)、热中子剂量(D
th
)及光子剂量(D
γ
)，并采用公式三计算所述三维体素假体组织模型的等效剂量率D：
[0018]D(Gy-Eq)＝CBE
×
B
pixel
(ppm)
×
D
B
(Gy/ppm)+RBE
f
×
D
f
(Gy)+RBE
epi
×
D
epi
(Gy)+RBE
th
×
D
th
(Gy本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼中子捕获治疗系统，其特征在于，包括：中子束照射装置，所述中子束照射装置用于在照射治疗时产生治疗用中子束并照射到摄入含硼药物的被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，所述治疗计划模块根据所述被照射部位的医学影像数据和所述中子束照射装置产生的所述治疗用中子束的参数进行剂量模拟计算并生成治疗计划，所述被照射部位的医学影像数据包括组织相关信息和硼浓度相关信息；控制模块，所述控制模块从所述治疗计划模块调取与所述被照射体对应的所述治疗计划，并控制所述中子束照射装置按照所述治疗计划对所述被照射体进行照射治疗。2.根据权利要求1所述的硼中子捕获治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块根据所述组织相关信息建立对应的带有组织种类数据的三维体素假体组织模型，根据所述硼浓度相关信息给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。3.根据权利要求2所述的硼中子捕获治疗系统，其特征在于：所述组织相关信息通过所述被照射部位的非放射性核素医学影像获得，所述治疗计划模块根据所述非放射性核素医学影像数据与组织种类之间的转换关系自动定义或手动定义所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的组织种类。4.根据权利要求2所述的硼中子捕获治疗系统，其特征在于：所述硼浓度相关信息通过所述被照射部位的放射性核素医学影像获得，所述被照射体摄入放射性标记的含硼药物或与含硼药物的肿瘤细胞亲和性近似的非含硼药物用于进行所述放射性核素医学影像扫描，所述治疗计划模块根据所述放射性核素医学影像数据与硼浓度之间的转换关系自动定义或手动定义所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度。5.根据权利要求2所述的硼中子捕获治疗系统，其特征在于：所述硼浓度相关信息包括被照射体体重(Body Weight)、施打药物药量(Injection Dose)、药物活性测量时间(Measure Time)、造影时间(Scan Time)、放射性核素半衰期(Half Time)和影像晶格强度(Image Pixel Intensity
pixel
)；所述治疗计划模块根据所述硼浓度相关信息计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，包括：采用公式一计算近似的血液影像晶格强度Image Pixel Intensity
blood
：其中，SUV
blood
为血液的标准摄取值，Calibration Factor为医学影像扫描设备的校正值；采用公式二计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度对血液硼浓度的比值：其中，B
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，B
blood
为血液硼浓度，SUV
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的标准摄取值；
所述治疗计划模块根据计算结果给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。6.根据权利要求5所述的硼中子捕获治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块通过蒙特卡罗模拟程序模拟所述三维体素假体组织模型单位时间的硼剂量(D
B
)、快中子剂量(D
f
)、超热中子剂量(D
epi
)、热中子剂量(D
th
)及光子剂量(D
γ
)，并采用公式三计算所述三维体素假体组织模型的等效剂量率D：D(Gy-Eq)＝CBE
×
B
pixel
(ppm)
×
D
B
(Gy/ppm)+RBE
f
×
D
f
(Gy)+RBE
epi
×
D
epi
(Gy)+RBE
th
×
D
th
(Gy)+RBE
γ
×
D
γ
(Gy)
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(公式三)其中，CBE为含硼药物的单位浓度的化合物生物效应，RBE
f
为快中子的相对生物效应，RBE

【专利技术属性】
技术研发人员：邓逸樵，陈江，
申请(专利权)人：中硼厦门医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：