本发明专利技术公开了一种建立基于测量数据的医用直线加速器简便照射源模型的方法，其特征是假设医用直线加速器照射源就位于MLC最下端部位，通过调节从加速器测量数据反演的通量图，利用出射粒子的位置与通量分布相结合，出射粒子的权重与通量强度相结合的方法，实现对医用直线加速器照射源的模拟。利用经典蒙特卡罗程序EGSnrc的粒子输运模型和DOSXYZnrc的模型几何描述，获得模体中的剂量分布。本发明专利技术建立在医用直线加速器测量数据的基础之上，避免了传统全加速器模拟对加速器构造技术细节的依赖，和每次修改模拟参数都必须分阶段重新模拟所带来的繁重计算任务。本模型可作为人体内精确蒙特卡罗剂量计算工具的照射源模型，也可为治疗计划系统中的剂量验证工具和治疗方案优化算法的解析剂量计算工具提供源模型。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，该模型可用于肿瘤外放射治疗中精确模拟人体中的剂量分布。
技术介绍
医用直线加速器是实现肿瘤外放射治疗的重要设备，目前我国省级以上的医院使用的直线加速器基本上都是昂贵的国外品牌(如西门子、医科大、瓦里安(Varian)等)，和与其捆绑所售的肿瘤放射治疗计划系统(TPS, Treatment Planning System),并且这些产品经常处于持续更新中，给医院和病人治疗造成沉重的经济负担。对医用直线加速器照射源的准确模拟，关系到TPS中剂量计算的准确性。TPS中传统的加速器模型分成两大类，第一类是加速器的完全模拟，这种模型完全忠实于机器本身模块的几何和材料组成，相当依赖厂家提供详细准确的技术数据；第二类是加速器的多源模型，它把整个加速器设想为多个照射源的组合。此多源模型通常是基于对全加速器模型的粒子输运信息进行数据分析建立起来的，所以也很依赖于加速器的技术细节数据。目前关于加速器源模拟的工作已发表很多，它们基本上是通过调节多个源模型参数(如加速器入射电子束能量、角度、半径等)，获得模拟结果和水箱中测量数据的一致，从而建立起自己的加速器源模型。加速器模型参数的多样化，使得加速器模拟实际上是一个多自由度选择的过程，一个量的不准确，往往可以通过适当调节其它量的变化而弥补。此外由于机器制造所带来的台与台之间的客观差异性，以及模拟者数据测量与参数选择等多因素的随意性，使得各个工作建立的源模型往往具有自己的个性化。适形调强放射治疗(IMRT,Intensity Modulated Radio Therapy)利用多叶准直器(MLC，Multileaf Collimator)对人体肿瘤进行“适形”、“调强”地辐射治疗，是目前公认的最精确和最易于操控的新型治疗模式，已广泛用于各大品牌医用直线加速器治疗。其中 MLC是实现肿瘤“适形”和“调强”的重要组件，它由若干钨合金浇铸的叶片组成，可控制调节成肿瘤的投影形状。MLC —般位于医用直线加速器的出口最下端，以有效保护人体正常组织和器官免受伤害。医用直线加速器通过电子束打靶产生光子，又通过均整器、JAW等形成野内近似均匀的光子束，由MLC开口处出射。光子在与加速器组件(如均整器)碰撞过程中产生污染电子，污染电子由于射程较短，一般仅能影响照射体表面浅层处的剂量分布。均整器是加速器照射束均匀化的有效组件，它可以扩大光子束照射横截面，和均匀化光子束照射野内的强度。然而由于各台加速器生产及安装的差异，使得加速器开口野内的强度往往也存在着一定的非均匀现象。
技术实现思路
6本专利技术提供，基于加速器完全模拟的模型本身也具有差异性的客观事实，摒弃全加速器模拟的繁縟过程， 和多源模型对加速器构造细节的依赖，假设医用直线加速器照射源就位于MLC最下端部位，通过调节从加速器测量数据反演的通量图，利用出射粒子的位置与通量分布相结合，出射粒子的权重与通量图网格的通量强度相结合的方法，实现对医用直线加速器照射源的模拟。本模型可作为人体内精确蒙特卡罗剂量计算工具的照射源模型，也可为TPS中的剂量验证工具和治疗方案优化算法的解析剂量计算工具提供源模型。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案本专利技术的特点是按如下步骤进行步骤I、测量获得若干典型照射规则野的剂量测量数据设置医用直线加速器以典型规则野垂直照射标准水模(I)，所述典型规则野是指长宽相同的正方形野，所述标准水模(I)是指临床上用于标定医用直线加速器的由水的等效替代材料制成的模体，所述医用直线加速器的典型规则野是以控制多叶准直器MLC的开口形状实现的，所述多叶准直器MLC是医用直线加速器最下端的金属挂件，典型规则野的照射中心轴与标准水模(I)的中心轴重合，原点O置在照射中心轴与标准水模(I)的上表面的交点，以医用直线加速器出射束方向为正，设置医用直线加速器的虚点源S到标准水模上表面的垂直距离SSD为90cm，所述虚点源S位于医用直线加速器产生光子的靶心处， 照射等中心点C位于所述标准水模沿照射中心轴距上表面以下IOcm深度处，所述照射等中心点C是指医用直线加速器的旋转照射中心，则虚点源S到照射等中心点C的距离SID 为IOOcm ;分别获得医用直线加速器在典型规则野照射下，在标准水模(I)中最大剂量深度 dmax和IOcm深度处的百分离轴剂量OAR和百分深度剂量PDD处的测量数据，将所述测量数据归一到沿照射中心轴的最大剂量深度dmax处剂量值；步骤2、将IOcm深度处的百分离轴剂量OAR测量数据反演到多叶准直器MLC下表面处得到照射野通量图的离轴分布利用相似直角三角形法则，将IOcm深度处百分离轴剂量OAR的测量数据反演到多叶准直器MLC下表面高度B处，所述反演是将百分离轴剂量OAR的测量数据先按其野内与照射中心轴交点处的测量数据归一，并将其各个测量数据对应的离轴距离按照式(I)进行换算Rmlc = Rioc_r XO)"m)式⑴中，P·是多叶准直器MLC下表面高度B处照射野开口的半宽度，民__是照射等中心点深度处照射野的半宽度，D·是多叶准直器MLC下表面高度B处沿照射中心轴到医用直线加速器虚点源S的距离，Dsid是照射等中心点沿照射中心轴到医用直线加速器虚点源S的距离；步骤3、对照射野通量图的半个离轴分布进行公式拟合对步骤2获得的照射野通量图的半个离轴分布按式(2)进行拟合，获得各系数A1, A2, X0 和 dx，权利要求1.，其特征是在于按如下步骤进行 步骤I、测量获得若干典型照射规则野的剂量测量数据 设置医用直线加速器以典型规则野垂直照射标准水模(I)，所述典型规则野是指长宽相同的正方形野，所述标准水模(I)是指临床上用于标定医用直线加速器的由水的等效替代材料制成的模体，所述医用直线加速器的典型规则野是以控制多叶准直器MLC的开口形状实现的，所述多叶准直器MLC是医用直线加速器最下端的金属挂件，典型规则野的照射中心轴与标准水模(I)的中心轴重合，原点O置在照射中心轴与标准水模(I)的上表面的交点，以医用直线加速器出射束方向为正，设置医用直线加速器的虚点源S到标准水模上表面的垂直距离SSD为90cm，所述虚点源S位于医用直线加速器产生光子的靶心处，照射等中心点C位于所述标准水模沿照射中心轴距上表面以下IOcm深度处，所述照射等中心点C是指医用直线加速器的旋转照射中心，则虚点源S到照射等中心点C的距离SID为IOOcm ；分别获得医用直线加速器在典型规则野照射下，在标准水模(I)中最大剂量深度4_和IOcm深度处的百分离轴剂量OAR和百分深度剂量PDD处的测量数据，将所述测量数据归一到沿照射中心轴的最大剂量深度dmax处剂量值； 步骤2、将IOcm深度处的百分离轴剂量OAR测量数据反演到多叶准直器MLC下表面处得到照射野通量图的离轴分布 利用相似直角三角形法则，将IOcm深度处百分离轴剂量OAR的测量数据反演到多叶准直器MLC下表面高度B处，所述反演是将百分离轴剂量OAR的测量数据先按其野内与照射中心轴交点处的测量数据归一，并将其各个测量数据对应的离轴距离按照式(I)进行换算 式⑴中，IW是多叶准直器MLC下表面高度B处照射野开口的半宽度，Ri()_tCT是照射等中心点深度处照射野的半宽度，D-是多叶准直器MLC下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种建立基于测量数据的医用直线加速器简便照射源模型的方法，其特征是在于按如下步骤进行：步骤1、测量获得若干典型照射规则野的剂量测量数据：设置医用直线加速器以典型规则野垂直照射标准水模(1)，所述典型规则野是指长宽相同的正方形野，所述标准水模(1)是指临床上用于标定医用直线加速器的由水的等效替代材料制成的模体，所述医用直线加速器的典型规则野是以控制多叶准直器MLC的开口形状实现的，所述多叶准直器MLC是医用直线加速器最下端的金属挂件，典型规则野的照射中心轴与标准水模(1)的中心轴重合，原点O置在照射中心轴与标准水模(1)的上表面的交点，以医用直线加速器出射束方向为正，设置医用直线加速器的虚点源S到标准水模上表面的垂直距离SSD为90cm，所述虚点源S位于医用直线加速器产生光子的靶心处，照射等中心点C位于所述标准水模沿照射中心轴距上表面以下10cm深度处，所述照射等中心点C是指医用直线加速器的旋转照射中心，则虚点源S到照射等中心点C的距离SID为100cm；分别获得医用直线加速器在典型规则野照射下，在标准水模(1)中最大剂量深度dmax和10cm深度处的百分离轴剂量OAR和百分深度剂量PDD处的测量数据，将所述测量数据归一到沿照射中心轴的最大剂量深度dmax处剂量值；步骤2、将10cm深度处的百分离轴剂量OAR测量数据反演到多叶准直器MLC下表面处得到照射野通量图的离轴分布：利用相似直角三角形法则，将10cm深度处百分离轴剂量OAR的测量数据反演到多叶准直器MLC下表面高度B处，所述反演是将百分离轴剂量OAR的测量数据先按其野内与照射中心轴交点处的测量数据归一，并将其各个测量数据对应的离轴距离按照式(1)进行换算：RMLC=Riocenter×DMLCDSID---(1)式(1)中，RMLC是多叶准直器MLC下表面高度B处照射野开口的半宽度，Riocenter是照射等中心点深度处照射野的半宽度，DMLC是多叶准直器MLC下表面高度B处沿照射中心轴到医用直线加速器虚点源S的距离，DSID是照射等中心点沿照射中心轴到医用直线加速器虚点源S的距离；步骤3、对照射野通量图的半个离轴分布进行公式拟合：对步骤2获得的照射野通量图的半个离轴分布按式(2)进行拟合，获得各系数A1，A2，x0和dx，y=A1-A21+e(x-x0)/dx+A2---(2)式（2）中，x表示照射野通量图上各点离开照射中心轴的横向或纵向距离，y表示照射野通量图上各点的通量强度，A1和A2分别为照射野通量图的离轴分布的最大值和最小值，x0为照射野通量图的离轴分布的半野宽度，dx反映了照射野通量图离轴分布的半野边缘的陡峭度；步骤4、重复步骤2和3，对所有典型规则野的10cm深度处的百分离轴剂量OAR的测量数据进行反演和拟合，获得所有典型规则野的公式(2)的系数A1，A2，x0和dx；步骤5、通过对典型规则野中的10cm×10cm野照射下的模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD进行对比，获得医用直线加速器的光子能谱数据：对医用直线加速器的原始光子能谱进行插值，所述原始光子能谱是指医用直线加速器制造商出厂前测量的医用直线加速器出射束的能谱，这个原始光子能谱和医用直线加速器实地安装后的能谱略有不同，所述插值是指将原始光子能谱进行曲线拟合，并等光子能量间距取点得到对应光子能量的插值能谱，然后按光子能量等间距上下平移获得医用直线加速器的修正能谱，利用蒙特卡罗程序模拟修正能谱在典型规则野中的10cm×10cm野按步骤1所述照射方式下的百分深度剂量PDD，百分深度剂量PDD归一到最大剂量点深度dmax处剂量，所述10cm×10cm野的照射野通量图是按照步骤2和3获得，照射野通量图源光子出射模拟采用源光子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，源光子权重与照射野通量图的网格通量强度相结合，源光子的方向余弦按照医用直线加速器的虚点源与源光子在照射野通量图上的抽样位置的连线所决定，获得10cm×10cm野不同修正能谱照射下的蒙特卡罗程序模拟的PDD，通过对10cm×10cm野的模拟PDD与测量PDD在最大剂量点dmax更深部位的对比，选择符合度最好的模拟PDD所对应的最优修正能谱作为医用直线加速器的实际输出的光子能谱；步骤6、利用步骤4获得的所有典型规则野通量离轴分布，和步骤5获得的医用直线加速器的光子能谱，通过蒙特卡罗程序模拟得到所有典型规则野如步骤1所述照射情形下的OAR和PDD，并按照各典型规则野的测量数据，获得对应各典型规则野的医用直线加速器输出因子F，所述输出因...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林辉，许良凤，蔡金凤，景佳，裴曦，曹瑞芬，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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