[发明专利]一种蒙特卡罗剂量计算方法、设备和储存介质

说明书

本发明属于辐射剂量计算技术领域，涉及一种蒙特卡罗剂量计算方法、设备和储存介质。本发明的包括如下步骤：(1)预处理：输入病人影像、勾画信息、射野大小、照射方向、源参数；(2)模型处理：对病人影像进行重建，将二维的病人影像重建为三维模型，并将三维模型进行网格化；(3)粒子输入模拟：调用蒙特卡罗数据库，利用蒙特卡罗粒子输运原理进行粒子输运模拟，得到剂量分布与标准差分布；(4)输出模拟结果。本发明具有以下有益效果：平衡分辨率和精度，通过降低一定的分辨率提高精度，使得所关心的区域精度均匀；计算速度快，方便评价总体精度。

技术领域

本发明属于辐射剂量计算技术领域，涉及一种蒙特卡罗剂量计算方法、设备和储存介质。

背景技术

剂量计算是放疗治疗计划系统的核心内容之一，快速准确地提供感兴趣区内所受照射剂量的数据,对放疗计划的制定至关重要，如何在保证剂量计算精度的前提下减少剂量计算时间是制定放射治疗计划的主要瓶颈。

提高剂量计算速度的方法主要有两种，一是采用不同的剂量计算方法，二是借助于计算能力更强的硬件。目前放射治疗中研究和使用的剂量计算算法基本分为三种，按照计算精度从高到低计算时间从多到少依次是蒙特卡罗算法，微分卷积积分算法和笔形束算法。蒙特卡罗算法通常作为剂量计算的标准，模拟了粒子与物质相互作用的全过程，能计算各种复杂条件下的剂量分布，因此蒙特卡罗称为行业的金标准，是所有剂量计算精度最高的方法。但是，现有的蒙特卡罗计算给出的误差是不均匀的，导致误差没有一个很好的标准，有的地方误差大有的地方误差小，无法判断结果好坏。

如果能给出一个用户关心区域误差比较均匀的结果，则极大方便评估误差，并且可以很好控制计算精度，达到精准计算的结果，从而大大降低风险。

发明内容

本发明的目的在于为克服上述现有技术的缺陷而提供一种蒙特卡罗剂量计算方法、设备和存储介质。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种蒙特卡罗剂量计算方法，适于在计算设备中执行，包括如下步骤：

(1)预处理：输入病人影像、勾画信息、射野大小、照射方向、源参数；

(2)模型处理：对病人影像进行重建，将二维的病人影像重建为三维模型，并将三维模型进行网格化；

(3)粒子输入模拟：调用蒙特卡罗数据库，利用蒙特卡罗粒子输运原理进行粒子输运模拟，得到剂量分布与标准差分布；

(4)输出步骤(3)得到的模拟结果。

步骤(1)中，所述的源参数包括源的能量、位置、方向、粒子类型。

步骤(3)中，所述的蒙特卡罗数据库包括截面库、材料库；所述的粒子包括但不限于光子、电子、质子、重离子或中子中的一种或多种。

步骤(2)中，所述的网格化为均匀网格化或非均匀网格化。其中所述的非均匀网格化方法，通过确定用户感兴趣区域的方法获得。

所述的蒙特卡罗剂量计算方法还包括精度均匀化步骤(5)，具体包括步骤：

(51)确定用户感兴趣区域、标准差最大阈值和分辨率最低阈值；

(52)将感兴趣区域内超过标准差阈值的网格与周围网格进行合并，并根据蒙特卡罗标准差公式重新计算标准差：(i)如果这时的标准差小于标准差最大阈值，则停止合并，否则继续合并；或(ii)如果合并的分辨率超出分辨率最低阈值，则停止合并；

(53)统计均匀化效果，包括统计通过合并后标准差低于或者高于标准差最大阈值的数量，或者所占的百分比。

所述的确定用户感兴趣区域的方法，通过用户自定义或通过采用基于物理因子、生物医学因子中的一种或者组合计算获得。