【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种医疗设备领域的技术，具体是一种基于输运方程的质子放疗中次级粒子散射截面的仿真方法。
技术介绍
1、质子疗法是一种放射疗法，利用高能辐射来摧毁患者体内的癌细胞进而缩小肿瘤的治疗。质子重离子治疗中的剂量计算是质子重离子放疗计划中重要的一部分，为如何更好地治疗癌症提供指导。为提高治疗计划中剂量计算的准确性，采用蒙特卡洛(mc)方法使用基于随机数的概率来模拟粒子轨迹，随机地预测粒子在介质中的输运。但传统的蒙特卡洛解决方案可能非常耗时，这限制它们在临床治疗计划中的有效性。作为蒙特卡洛的替代方法，可以采用求解描述粒子概率密度函数的输运方程来计算剂量。粒子输运方程可以描述粒子在介质中输运、与原子核发生弹性碰撞、与核外电子发生非弹性碰撞以及发生核反应的物理过程。其中，质子发生核反应的过程中会产生次级粒子，因此次级粒子的散射截面在计算最终剂量发挥着很重要的作用。随机和确定性方法在给定足够多的模拟粒子(对于前者)或足够精细的网格(对于后者)的情况下都会收敛到相同的解。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有蒙特卡罗的随机算法中，随机误差会对计算结果造成较大影响，而增加模拟中的粒子数需要付出较大的计算代价；而基于求解输运方程的确定性算法缺少核反应的散射截面，尤其次级粒子的散射截面数据较少的现状，提出一种基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，进而为确定性算法计算质子能量沉积提供有力支撑。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种基于数据分
4、步骤1)根据初级质子、次级质子和其他粒子的相互作用，构建不同粒子在质子放疗中输运的物理模型，以模型中次级粒子的散射截面为目标，利用蒙特卡洛程序导出粒子轨迹，从中区分出初级质子以及次级粒子；
5、步骤2)通过概率密度分布对次级粒子中的偏转角度以及能量损失进行拟合；
6、步骤3)根据偏转角度与坐标之间的关系，通过坐标变换以及归一化处理得到次级粒子的散射截面。
7、本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：仿真单元、拟合单元、变换单元以及归一化单元，其中：仿真单元根据所有粒子信息，进行粒子区分处理，得到次级粒子的信息，拟合单元根据次级粒子信息，进行数据分析以及拟合手段，得到初步的密度分布，变换单元进行坐标变换处理，得到物理模型坐标系下的密度分布，归一化单元进行归一化处理，得到次级粒子的散射截面。
8、技术效果
9、本专利技术充分考虑所有粒子在介质中与原子核发生的弹性碰撞、与核外电子发生的非弹性碰撞以及发生的核反应过程产生的新粒子对剂量的贡献，从蒙特卡洛程序中获得粒子在介质中运动的轨迹，这些轨迹中区分出发生核反应的质子的数量，利用数据分析的手段，计算出在该能量和材料下质子的核反应散射截面。
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1.一种基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，其特征是，所述的次级粒子散射截面，表示质子发生碰撞产生次级粒子的概率其中：Ω为角度变量，r为空间变量，E为能量变量。
3.根据权利要求1所述的基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，其特征是，所述的拟合，采用gamma分布函数来拟合粒子的偏转角度，其中：α和β为角度参数，x为：质子运动轨迹中的偏转角度。
4.一种实现权利要求1-3中任一所述基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法的系统，其特征在于，包括：仿真单元、拟合单元、变换单元以及归一化单元，其中：仿真单元根据所有粒子信息，进行粒子区分处理，得到次级粒子的信息，拟合单元根据次级粒子信息，进行数据分析以及拟合手段，得到初步的密度分布，变换单元进行坐标变换处理，得到物理模型坐标系下的密度分布，归一化单元进行归一化处理，得到次级粒子的散射截面。
【技术特征摘要】
1.一种基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，其特征是，所述的次级粒子散射截面，表示质子发生碰撞产生次级粒子的概率其中：ω为角度变量，r为空间变量，e为能量变量。
3.根据权利要求1所述的基于数据分析的次级粒子散射截面的仿真方法，其特征是，所述的拟合，采用gamma分布函数来拟合粒子的偏转角度，其中：α和β为角度参数，x为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓江，唐敏，白雪岷，杨师俨，万天敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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