放射线照射系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种放射线照射系统，包括射束照射装置，所述射束照射装置用于产生治疗用射束并将所述治疗用射束照射到被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，所述治疗计划模块用于根据所述治疗用射束的参数和所述被照射部位的医学影像数据进行剂量模拟计算并生成治疗计划，其中，所述治疗计划模块采用降方差对粒子进行模拟；及控制模块，所述控制模块用于根据所述治疗计划控制所述射束照射装置的照射。本发明专利技术其他实施例还提供一种与之对应的放射线照射系统的控制方法。应的放射线照射系统的控制方法。应的放射线照射系统的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
放射线照射系统及其控制方法


[0001]本专利技术一方面涉及一种放射线照射系统；本专利技术另一方面涉及一种放射线照射系统的控制方法。

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]硼中子捕获治疗是利用含硼(
10
B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由10B(n,α)7Li中子捕获及核分裂反应产生4He和7Li两个重荷电粒子，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。
[0005]为使辐射粒子尽可能多地杀死癌细胞的同时减少对正常细胞的损伤，通常在对病人治疗之前进行CT或者PET的影像扫描，根据扫描结果得到人体的组织材料信息，根据材料信息和辐射源建立计算模型，模拟出辐射粒子在人体中的输运过程，最终得到辐射粒子在人体中的剂量分布，然后选择对病人剂量分布最优的方案作为病人治疗的方案。
[0006]目前放疗计划系统中的剂量计算模块主要是采用蒙特卡洛方法对辐射粒子进行模拟得到。对于传统放疗需要模拟光子、电子的运动过程，对于放射线照射治疗则需要模拟中子、光子的运动过程。蒙特卡洛方法目前是剂量计算的最准确的方法，但是计算耗时很长、内存消耗较大。
[0007]目前放疗计算使用的大多是MCNP、Geant4这类通用性蒙特卡洛程序，其中MCNP最初用于反应堆设计计算，Geant4最初用于高能物理计算，其在设计之初并没有考虑到放疗的物理场景，因此并未针对放疗计算领域做特殊的优化。放疗计划的制定通常需要在规定的时间内完成，如放射线照射治疗要求放疗计划系统要在一小时内给出治疗方案，其中剂量计算过程占据了放疗计划制定的大部分时间，因此需要优化剂量计算方法以降低放疗计划制定时间。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术第一方面提供一种放射线照射系统，包括：射束照射装置，射束照射装置用于产生治疗用射束并将治疗用射束照射到被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，治疗计划模块用于根据治疗用射束的参数和被照射部位的医学影像数据进行剂量模拟计算并生成治疗计划，其中，治疗计划模块采用降方差对粒子进行模拟；及控制模块，控制模块用于根据治疗计划控制射束照射装置的照射。
[0009]进一步地，降方差包括隐俘获、权窗游戏和赌分裂；放射线照射系统为中子捕获治疗系统，射束照射装置包括中子产生装置、射束整形体和治疗台，中子产生装置包括加速器和靶材，加速器对带电粒子加速产生带电粒子线并与靶材作用产生中子线，射束整形体能够调整中子产生装置产生的中子线到预设射束品质，中子产生装置产生的中子线通过射束整形体照射向治疗台上的被照射体。
[0010]本专利技术第二方面提供一种放射线照射系统的控制方法，其中，射束照射系统包括：射束照射装置，射束照射装置用于产生治疗用射束并将治疗用射束照射到被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，治疗计划模块用于根据治疗用射束的参数和被照射部位的医学影像数据进行剂量模拟计算并生成治疗计划；及控制模块，控制模块用于根据治疗计划控制射束照射装置的照射；放射线照射系统的控制方法包括治疗计划模块采用降方差对粒子进行模拟。
[0011]进一步地，降方差包括隐俘获、权窗游戏和赌分裂；采用降方差对粒子进行模拟包括：S1：获取一个源粒子；S2：判断粒子在栅元内是否碰撞，如果是，依次执行S3、S4，如果否，依次执行S5、S6；S3：隐俘获处理；S4：判断权重是否低于权窗，如果是，执行S7，如果否，回到S2；S5：赌分裂处理；S6：判断是否进行赌处理，如果是，执行S7，如果否，回到S2；S7：判断是否赌死，如果是，执行S8，如果否，执行S9后回到S2；S8：判断粒子是否处理完，如果是，流程结束，如果否，回到S1；S9：权重除以赌死的概率。
[0012]进一步地，赌分裂包括：S1：计算每个网格的网格空间重要性并一一记录；S2：获取粒子；S3：对粒子做权窗检查和操作；S4：计算粒子跨越网格边界前后的网格空间重要性I
n
和I
n+1
；S5：比较I
n
是否大于I
n+1
，如果不是，执行S6后回到S3，如果是，执行S7；S6：分裂粒子并降低粒子权重；S7：判断是否赌死粒子，如果判断赌死粒子，执行S9，如果判断不赌死粒子，执行S8后回到S3；S8：增加粒子权重；S9：判断粒子是否模拟完，如果判断未模拟完，回到S2；如果判断已模拟完，结束。
[0013]进一步地，隐俘获包括：S1：获取粒子；S2：判断粒子在栅元内是否碰撞，如果是，执行S3，如果否，回到S1；S3：权重乘以发生散射的概率；S4：判断粒子权重是否小于最低权重，如果是，执行S5，如果否，回到S2；S5：判断是否赌死粒子，如果是，执行S7；如果否，执行S6后回到S2；S6：权重除以赌死的概率；S7：判断粒子是否模拟完，如果判断未模拟完，回到S1；如果判断已模拟完，结束。
[0014]进一步地，权窗游戏包括：S1：模拟粒子运动；S2：判断粒子权重是否在权窗范围内，如果是，回到S1，如果不是，执行S3；S3：判断权重是否大于权窗，如果是，执行S4后回到S1，如果不是，执行S5；S4：分裂粒子，降低权重；S5：判断是否赌死，如果是，结束，如果不是，执行S6后回到S1；S6：增大粒子权重。
[0015]在一实施例中，网格空间重要性通过解伴随输运方程得到，伴随输运方程形式如
下：
[0016][0017]其中φ
*
为伴随通量，S
*
是伴随源，v是粒子运动的速度，Ω是粒子运动的方向，Σ
t
是粒子与物质发生碰撞的反应截面，Σ
s
是散射截面，r是粒子所在的位置，E是粒子的能量，t是时间。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放射线照射系统，其特征在于，包括：射束照射装置，所述射束照射装置用于产生治疗用射束并将所述治疗用射束照射到被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，所述治疗计划模块用于根据所述治疗用射束的参数和所述被照射部位的医学影像数据进行剂量模拟计算并生成治疗计划，其中，所述治疗计划模块采用降方差对粒子进行模拟；及控制模块，所述控制模块用于根据所述治疗计划控制所述射束照射装置的照射。2.根据权利要求1所述的放射线照射系统，其特征在于，所述降方差包括隐俘获、权窗游戏和赌分裂；所述放射线照射系统为中子捕获治疗系统，所述射束照射装置包括中子产生装置、射束整形体和治疗台，所述中子产生装置包括加速器和靶材，所述加速器对带电粒子加速产生带电粒子线并与所述靶材作用产生中子线，所述射束整形体能够调整所述中子产生装置产生的中子线到预设射束品质，所述中子产生装置产生的中子线通过所述射束整形体照射向所述治疗台上的所述被照射体。3.一种放射线照射系统的控制方法，其特征在于：所述射束照射系统包括：射束照射装置，所述射束照射装置用于产生治疗用射束并将所述治疗用射束照射到被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，所述治疗计划模块用于根据所述治疗用射束的参数和所述被照射部位的医学影像数据进行剂量模拟计算并生成治疗计划；及控制模块，所述控制模块用于根据所述治疗计划控制所述射束照射装置的照射；所述放射线照射系统的控制方法包括所述治疗计划模块采用降方差对粒子进行模拟。4.根据权利要求3所述的放射线照射系统的控制方法，其特征在于：所述降方差包括隐俘获、权窗游戏和赌分裂；采用降方差对粒子进行模拟包括：S1：获取一个源粒子；S2：判断粒子在栅元内是否碰撞，如果是，依次执行S3、S4，如果否，依次执行S5、S6；S3：隐俘获处理；S4：判断权重是否低于权窗，如果是，执行S7，如果否，回到S2；S5：赌分裂处理；S6：判断是否进行赌处理，如果是，执行S7，如果否，回到S2；S7：判断是否赌死，如果是，执行S8，如果否，执行S9后回到S2；S8：判断粒子是否处理完，如果是，流程结束，如果否，回到S1；S9：权重除以赌死的概率。5.根据权利要求4所述的放射线照射系统的控制方法，其特征在于：所述赌分裂包括：S1：计算每个网格的网格空间重要性并一一记录；S2：获取粒子；S3：对粒子做权窗检查和操作；S4：计算粒子跨越网格边界前后的网格空间重要性I
n
和I
n+1
；S5：比较I
n
是否大于I
n+1
，如果不是，执行S6后回到S3，如果是，执行S7；S6：分裂粒子并降低粒子权重；S7：判断是否赌死粒子，如果判断赌死粒子，执行S9，如果判断不赌死粒子，执行S8后回到S3；S8：增加粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟万兵，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：