[发明专利]一种基于蒙特卡罗的点剂量计算方法、设备和存储介质

说明书

本发明属于剂量计算领域，涉及一种基于蒙特卡罗的点剂量计算方法、设备和存储介质。该方法包括如下步骤：在患者或体模的三维影像中选定剂量计算点；确定计算区域；将计算区域进行三维网格化，其中每个网格为一个体素；将射束入射方向上的任意截面划分二维通量网格；利用二维通量网格基于蒙特卡罗粒子输运模型，进行剂量计算。本发明采用基于蒙特卡罗的点剂量计算方法，以一个有效电子射程确定点剂量的计算区域，能充分考虑粒子散射对剂量的影响，在保证精确计算的同时减少不必要的剂量计算任务，使计算速度提升，利于临床应用。

技术领域

本发明属于剂量计算领域，涉及一种基于蒙特卡罗的点剂量计算方法、设备和存储介质。

背景技术

放疗与化疗、外科手术并列为肿瘤治疗的三大手段。在现有利用直线加速器治疗癌症的方法中，一般利用TPS针对每个病人的肿瘤区域进行治疗计划方案的制定，计划方案的好坏受多种因素的影响，比如物理师做计划的水平、TPS优化算法性能、剂量计算是否能精确模拟等等诸多因素的影响。其中剂量计算精度直接影响优化算法迭代方向和物理师的判断，成为衡量一个TPS好坏基本指标。

蒙特卡罗(Monte Carlo，MC)剂量计算方法是被业内广泛认可的最精确的剂量计算方法，它是一种可用于任意吸收介质和适于任意射线的随机采样模拟方法，用统计学方法来模拟大量单个光子在输运过程中与物质的作用。光子进入某种介质(如人体组织)后，通过与介质中的原子相互作用，传递电离辐射的部分或全部能量。用蒙特卡罗方法来模拟这种作用的过程，应用放射物理定律对每一次作用进行预测并统计作用的结果。蒙特卡罗模拟方法是种适用性最强的三维剂量计算方法，可以用来计算各种复杂条件下的剂量分布，被称为剂量计算的“金标准”。然而，目前由于蒙卡模拟时大量相同过程的统计平均，因而在保证精度的同时，势必将牺牲大量时间成本。因此用蒙特卡罗方法进行剂量计算的时问很长(一般是几到几十个小时)，不能满足临床实时性的要求，所以在临床治疗计划系统中一直没有得到广泛应用。

现有技术中对于点剂量处沉积剂量的计算，由于计算区域大，导致基于蒙特卡罗粒子输运模型的剂量计算任务增加，计算速度减慢，不利于临床实际应用。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种基于蒙特卡罗的点剂量计算方法、设备和存储介质。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于蒙特卡罗的点剂量计算方法，适于在计算设备中执行，其特征在于：包括如下步骤：

在患者或体模的三维影像中选定剂量计算点；

确定计算区域；

将患者或体模的三维影像进行三维网格化，其中每个网格为一个体素；

将射束入射方向上的任意截面划分二维通量网格；利用二维通量网格基于蒙特卡罗粒子输运模型，进行剂量计算。

本发明进一步优选地，所述的剂量计算点位于感兴趣区域。

所述的用户感兴趣区域的确定方法为：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。

所述的物理因子为反映病人或者模体的材料构成以及照射物理条件；其中病人或者模体的材料构成包括：模体的密度、CT值、质量数、原子数；照射物理条件包括：射野分布、源分布；

所述的生物医学因子包括：器官组织照射阈值，生物敏感性，二次癌症发生概率分布，肿瘤杀死概率分布，损伤概率。

所述的计算区域的确定方法包括如下步骤：

(1)以点剂量所在的位置为球心，以一个有效电子射程的距离为半径确定球体；

(2)该球体在模体表面下的部分为计算区域。

所述的二维通量网格为均匀二维网格。