[发明专利]肿瘤放射治疗剂量个体化验证仿真体模及其建立和应用

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械及医疗辅助器材技术领域，特别涉及一种肿瘤放射治疗剂量个体化验证仿真体模。

背景技术

从1966年以来，人们开始用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法来模拟人体各器官受到的辐射剂量，并开发了各种计算模型。人体辐射剂量模型从上世纪60年代最初利用几何图形表示人体结构的数学模型，发展到20世纪80年代基于断层扫描图片的三维体素模型，以及四维可变形运动模型。特点如下：

1.程式化数学模型(tylized mathematical mode1)

1969年，美国橡树岭国家实验室(oak ridgena-tional laboratory,RNL)的Fisher和Synder开发了首例人体程式化数学模型(medical internal radiation dose committee，MIRD)。这个MIRD模型是基于(international commission on radiologieal protection)ICRP“标准参考人”的定义(体重70kg，身高170cm的男性)。最初的MIRD模型包含有40个不同的人体组织和器官，主要由球面、圆柱面、椭圆形、圆锥体等几何图形组成。MIRD模型的二维截面，三维轮廓和三维立体结构。

橡树岭国家实验室在后续的改进中又将其衍生为具有不同年龄、性别的模型家族，以便适应不同人群。改良后的代表性模型，如成年男性模型亚当(ADAM)和成年女性模型夏娃(EVA)。这些基于MIRD的模型过去一直都作为核辐射防护剂量学界的标准。

以中国可视人为基础，构建符合中国人体特征的CMIRD模型。该模型在人体解剖结构上更符合中国人体特征，包括身高、体重、器官位置(坐标)和器官尺寸。CMIRD模型的构建是通过测量中国数字人体体素模型中头部、躯干、四肢、各内脏器官在整体模型中的位置坐标和寸，采用球体、圆柱和椭圆等数学公式表达。

相对于体素模型，数学模型定义简单，存储空间小，利于早期计算机处理。这种数学定义的方式虽然模拟了人体器官结构，但很大程度上影响了模型的真实性，尤其是很多解剖学的细节无法用有限数量的数学公式来建模，从而影响放射剂量的准确性。

2.层析模型(Tomographie model)

20世纪80年代末，人们开始借助现代医学成像技术构造具有解剖特征的真实模型。高分辨率连续CT和MRI扫描是被最广泛应用的方法之一。从CT或MRI图像中分割出的人体组织和器官，经过三维重建，可认为是准确反应了体内结构特征。至今已建有30余例基于CT、MRI和彩色图片的各类人体体素模型。

1994年，美国Yale大学的Zubal等开发了Voxel—Man成年男性模型；1997年，英国国家辐射防护部(NRPB)的Dimbylow构建了基于MRl图像的模型NORMAN；2002年，Zankl等构建了基于CT图像的具有不同年龄、性别的系列模型：BABY，CHILD，Alder-son，GOLEM等；2005年，Lee等开发出分别基于CT和MRI的韩国人模型KORMAN。

美国伦斯勒理工大学的徐榭博士领导的研究小组在断层彩色照片的基础上，开发了一个成年男子人体模型，命名为VIP—MAN，该模型采用美国国家医学图书馆“可视人项目”的彩色图片，分辨率为0.33mm×0.33mm×lmm，并用于多粒子外源、内源放射计量模拟。

3.Monte Carlo计算方法

计算机模拟大致分为随机统计实验方法(又称蒙特卡洛方法)和确定性模拟方法两类，蒙特卡洛方法广泛应用于模拟辐射传送，并逐渐成为辐射计量计算最强有力的工具之一。其核心思想是将粒子周期的概念贯穿于描述微观复杂粒子运动和反应过程中，通过不断产生随机数序列来模拟粒子的衰变过程和粒子在介质中的运输过程。

基于计算机技术的蒙特卡洛模拟离不开编译与执行代码，目前广泛应用于放射医学与核工程领域的代码主要有三种：MCNP，EGS和GEANT。它们都具有实用性，适用三维空间，还具有很好的基准和同时传输光子和电子的能力。