[发明专利]基于医学影像数据的几何模型建立方法及剂量计算方法

说明书

本发明一方面提供一种基于医学影像数据的几何模型建立方法，包括：输入或读取医学影像数据的步骤；定义组织种类与密度信息的步骤；根据测定的整体¹⁰B浓度空间或时间分布给定¹⁰B浓度信息的步骤；建立带有组织种类、密度和¹⁰B浓度信息的3D编码矩阵的步骤；产生几何模型的步骤。本发明另一方面提供一种基于医学影像数据的剂量计算方法，包括：根据蒙特卡罗方法计算上述获得的几何模型的¹⁰B剂量(D_B)、中子剂量(D_N)及光子剂量(D_γ)的步骤；根据测定的整体¹⁰B浓度(B_con)空间或时间分布计算肿瘤与组织的剂量的步骤。本发明的基于医学影像数据的几何模型建立方法能够提高模型中晶格信息的准确性和精确度；基于该几何模型的剂量计算方法，能够提升剂量计算可靠度以提升治疗质量。

技术领域

本发明涉及一种几何模型建立方法，尤其涉及一种基于医学影像数据的几何模型建立方 法；本发明另一方面涉及一种剂量计算方法，尤其涉及一种基于医学影像数据的剂量计算方 法。

背景技术

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。

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，借由含硼药物在肿 瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。

硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是利用含硼(¹⁰B)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。

三维模型广泛应用于科学实验分析、科学实验模拟领域。比如在核辐射与防护领域，为 了模拟人体在一定辐射条件下的吸收剂量，常常需要利用计算机技术对医学影像数据进行各 种处理建立精确的蒙特卡罗软件需要的晶格模型，并结合软件进行模拟计算。

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)或电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)等医学影像数据能够针对人体体内特征提供较为详细的组织几何结构信息， 为人体内部结构的实体建模提供了数据基础。蒙特卡罗方法是目前能够对辐照目标内部三维 空间核粒子碰撞轨迹和能量分布进行精确模拟的工具，蒙特卡罗方法与复杂的三维人体解剖 模型相结合代表了模拟在计算机技术中的跃进。在诊断放射检查中，精确的人体器官剂量评 估对于放射治疗是非常有益的。目前，国际上已经成功建立多种人体模型并结合蒙特卡罗模 拟程序，对人体在辐射环境下的吸收剂量进行精确性的计算评估。人体三维解剖模型成功转 换为蒙特卡罗程序所需要的几何描述是进行蒙特卡罗模拟计算的前提条件，也是目前国际上 蒙特卡罗模拟研究的热点和难点。