[发明专利]基于体元活度的精确模拟核医学非均匀剂量分布方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒙特卡罗模拟核医学非均匀活度分布的粒子抽样方法，该方法可用于核医学放射免疫治疗中，精确模拟活度分布源的沉积剂量分布。

背景技术

核医学放射免疫治疗中，核素被注射到人体肿瘤部位之后，虽然携带核素的抗体具有很强的亲癌性，但还是会有部分核素离散分布于人体的各个脏器和组织中，形成极为不均匀的活度分布。鉴于核素活度分布的复杂性，常规应用于临床的MIRD半解析算法正逐渐被更为精确的、基于量化核医学图像(如PET、SPECT等)的蒙特卡罗模拟方法所替代。

目前广泛用于核医学剂量模拟的蒙特卡罗程序(如MCNP(X)、EGS4/EGSnrc、DPM和Geant4等)，是利用归箱的算法，将非均匀活度分布划分为若干个活度均匀的体源(即将活度值归类于不同的活度箱，取箱中值作为箱中所有体元的处理后活度，每个箱可以看作为一个独立“子源”，这是一种局部均匀化活度的做法)，利用各个局部均匀化子源的相对权重对其剂量分布进行加权，实现对肿瘤和各个关键器官或组织剂量的估计。这种算法受分箱数的影响较大，一般活度分布非均匀性越强，所需要的分箱个数越多。若分箱个数不充分，就会给计算结果带来伪影(即数据偏差)。而分箱过多，又会给计算带来较大的工作量。由于携带核素的抗体的强亲肿瘤性，使得肿瘤细胞的活度要远大于一般器官或组织的，若均匀划分活度箱，在保证肿瘤部位剂量计算精度的同时，也会造成活度较弱或包含体元数目较多的危及器官区域的剂量估计的不准确。另外，由于一些通用蒙特卡罗程序如MCNP(X)等，采用空间概率抽样方法，实现对子源源粒子出射位置的抽样，即对源粒子的发出位置进行几何空间的反复随机抽样，直到源粒子发出位置属于某个特定子源，才算一次成功的抽样。这样若活度箱划分过于精细，相当于各个子源的体积缩小，就会易于产生因为抽样概率太低而终止模拟的现象。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于体元活度的精确模拟核医学非均匀剂量分布的方法。以实现核医学剂量计算中非均匀活度分布的精确模拟，避免分箱处理所产生的数据伪影。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于体元活度的精确模拟核医学非均匀剂量分布的方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、在患者解剖图像中进行病灶和危及器官区域的勾画，并基于患者解剖图像建立患者的材料与密度模型，对勾画出的病灶和危及器官在材料与密度模型中的所有体元一一对应地给出材料编号；

步骤2、将携带放射性核素的抗体注射到患者的病灶部位，按照患者的功能影像提供的核素初始活度空间分布图像，获取患者体内核素初始活度空间分布信息；

步骤3、将步骤2所获取的核素初始活度空间分布信息中每一个活度大于零的体元都看作为一个体积相同的独立的体元源，归一化处理所有体元活度得到每个体元源的相对权重，所述归一化处理是以每个体元的活度除以所有体元活度的总和，分别得到每个体元归一化后的相对活度，将所述每个体元的相对活度分别作为相应的体元源的权重，所有由相应的体元源发出的源粒子的权重，就等于它出发的体元源的权重，以所述源粒子的权重对源粒子的剂量分布进行标定，则第i个体元的剂量dose_i为：

dosei=Σj=1Nweightj·dij---(1)]]>

式(1)中，d_ij为第j个体元源对第i个体元的剂量，weight_j为第j个体元源的权重，则，