[发明专利]放射线的剂量计算方法及系统

说明书

本发明适用于医学肿瘤放射治疗技术领域，提供了一种放射线的剂量计算方法及系统。所述方法包括：A、将笔束核分为主核和散射核两部份，分别构建主剂量模型和散射剂量模型；B、利用预先建立的接受放射线照射治疗的模体的模型及预设的放射治疗深度算法，计算所述放射线照射的深度；C、根据所述放射线照射的深度对所述主剂量模型和散射剂量模型分别进行蒙特卡罗仿真模拟，并根据所述蒙特卡罗仿真模拟的结果计算所述笔束核的笔束核值；D、根据所述放射线照射的深度和所述笔束核值计算放射线照射所述放射线照射治疗的模体的剂量。借此，本发明的放射线的剂量计算方法可大大降低计算复杂度，提高剂量计算速度，在保证速度的同时也提高了准确度。

技术领域

本发明涉及医学肿瘤放射治疗技术领域，尤其涉及一种放射线的剂量计算方法及系统。

背景技术

癌症(即恶性肿瘤)是一种严重威胁人类健康的常见多发的重大疾病。70年代以来，癌症发病数以年均3％到5％的速度递增，已成为人类第二大死因。

癌症治疗的目的是治愈癌症患者，延长生命和提高生活质量。放射治疗作为世界卫生组织提出当前癌症治疗的三大手段之一，其使用光子、电子等射线照射肿瘤区域，利用放射生物学效应最大程度地杀伤癌细胞、破坏癌组织并使癌肿瘤缩小，同时尽可能使肿瘤周围的正常组织受到的损伤最小化，在治疗肿瘤的同时以最小的代价换取患者长期高质量的存活。目前70％左右的肿瘤病人在病程的不同阶段需要接受放射治疗。

肿瘤放射治疗的剂量模拟的实现主要有以下三部分：图像信息处理、人体建模和剂量计算。

(1)图像信息处理

首先要对来自医学影像设备的数据，例如CT(Computed Tomography，计算机断层成像)、MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)、PET(positron emissiontomography PET,正电子发射计算机断层显像)等进行图像的预处理，包括配准、融合、校正、滤波和增强等，然后对皮肤边界、病灶靶区、危及器官等进行分割。

(2)人体建模

将医学影像数据(如CT数据)转化为不同剂量计算方法所需的模型，包含三维几何(解剖结构、位置属性)和物理信息(材料组成、密度信息)，可真实再现人体复杂解剖结构及元素组成，为高精度剂量计算提供精确的模型基础。人体建模模块可以根据剂量计算方法的不同需求建立相应的计算模型。对于解析剂量计算方法，提供人体几何材料分布信息数据。

(3)剂量计算

传统的笔形束算法具有快速和均匀区域精度较高的优势，但在组织非均匀区域存在较大误差；蒙特卡罗方法在所有区域均可保持较高精度，但是极为耗时。传统的笔形束算法使用的剂量沉积核来自于经验的百分深度剂量和百分离轴剂量分布，不能准确描述各个点的沉积核。

剂量计算是强调放射治疗计划系统的核心内容，其计算精度直接影响放射物理师制定治疗计划的质量，以致最终影响放疗的精度和放疗疗效。考虑临床实际需要，计划系统对剂量计算速度及时间有着严格的要求，特别是在逆向计划中，优化功能需要进行大量反复的剂量计算试算，因此对计算速度要求更加苛刻。快速高精度剂量计算方法的研究始终是强调放射治疗计划系统研究的主要内容之一。

解析算法中的笔形束算法因其形象的描述了宽广照射野离散而成的“基本束”特征，而广泛用于临床治疗计划，它的基本思路是将照射束约束设备，如多叶光栅、挡板等形成的不规则野离散成一个个截面无限小的基本束，也就是零野条件下从源点射出的一束无穷小尺寸的射线，每个基本束都会在模体产生剂量分布，这个分布被称为笔束核，人体中任意一点的剂量可以看作为各基本束在此点形成剂量的叠加。

笔形束算法计算简单、所需的计算硬件要求也较低，但对于人体组织的不均匀性和体表不规则轮廓的处理精度不高，如果加上对不同介质的不均匀修正，则可以提高不同介质剂量的准确性。