CN102339360A

CN102339360A - 一种放射性支架空间剂量分布的计算方法

Info

Publication number: CN102339360A
Application number: CN2011102919411A
Authority: CN
Inventors: 张会雄; 时曼娜; 陈俊如; 帅先; 高珊
Original assignee: CHENGDU JUNSHENG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: CHENGDU JUNSHENG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-02-01

Abstract

放射性支架通过放射性核素发出的射线抑制血管平滑肌细胞(VSMC)的增生,从而抑制内膜的增厚,是预防PTCA(经皮穿刺冠状动脉腔内成形术)后血管再狭窄的有效工具。放射剂量模拟非常重要，因为这是对放射治疗疗效的预测，同时也是保护病人的前提。本发明提供一种放射性支架空间剂量分布的计算方法，该方法中将支架的丝用一系列线性方程表示，简化了计算过程。本发明的有益效果是，计算过程相对简单，网格形状只需改变方程即可适应不同支架，剂量的模拟计算简单方便，不容易出现计算错误。

Description

一种放射性支架空间剂量分布的计算方法

技术领域

一种放射性支架空间剂量分布的计算方法，属于放射医学领域，主要应用于计算放射性支架的空间剂量分布。

背景技术

放射性支架通过放射性核素发出的射线抑制血管平滑肌细胞(VSMC)的增生,从而抑制内膜的增厚,是预防PTCA(经皮穿刺冠状动脉腔内成形术)后血管再狭窄的有效工具。放射剂量模拟非常重要，因为这是对放射治疗疗效的预测，同时也是保护病人的前提。

在W.V.Prestwich等人的早期工作中（Prestwich, W.V., J. Nunes, and C.S. Kwok, Beta Dose Point Kernels for Radionucides of Potential Use in Radioimmunotherapy. TheJournalof NuclearMedicine, 1989. 30: p. 1036-1046.），给出了发射beta射线核素的标度剂量点核函数（DPK），式中的参数是以Levenberg-Marquardt算法为基础的非线性最小二乘法拟合出来的。在W.V.Prestwich等人之后的工作中（W.V.Prestwish, T.J. Kennett, and F.W.Kus, The dose distribution produced by a P-32-coated stent. Medical Physics, 1995. 22(3): p. 313-320.），用这个函数计算了P-32电镀表面的均匀圆柱支架剂量的空间分布。后来，C.Janicki等人（Janicki, C., et al., Radiation dose from a phosphorous-32 impregnated wire mesh vascular stent. Medical Physics, 1997. 24(3): p. 437-445.），对W.V.Prestwich的剂量点核函数作了修正，加入了照射时间的影响因素，模拟了Palmaz–Schatz 支架（侧面为钢丝网）近场的剂量分布，并用放射线剂量胶片测量验证。然而，支架材料对放射能量的自吸收是产生放射剂量在血管里的分布的更加准确预测的一个不可忽视的因素。当beta射线从支架背面的放射源射出，在射线到达增生组织并释放能量之前，要穿过支架正面的钢丝网，钢丝网要吸收一部分的放射能量，这时，自吸收就产生了。Reynaert等人（ Reynaert, N., et al., Monte Carlo calculations of dose distributions around 32P and 198Au stents for intravascular brachytherapy. Medical Physics, 1999. 26(8): p. 1484~1491.）用EGS4 Monte Carlo模拟方法计算了磷32 Palmaz–Schatz支架的三维剂量分布。发现在距支架中心轴2mm（即距支架壁1.25mm）处，由于支架本身对射线的吸收，使支架的剂量下降了23%。两年后，Reynaert等人（Reynaert, N. and U.O.H. feli, Self-absorption correction for P-32,Au-198 and Re-188 stents: Dose point kernel calculations versus Monte Carlo. Medical Physics, 2001. 28(9): p. 1883-1897.）又将考虑了自吸收的磷32 ACS Multilink和Palmaz–Schatz支架放射剂量EGS4，MCNP 4B Monte Carlo模拟和DPK计算和放射线剂量胶片测量，三种方法结果作对比。

在以上方法中，均匀圆柱支架是理想情况，实际应用中支架都是网格结构的。Palmaz–Schatz 支架和ACS Multilink支架的网格结构都很复杂，给吸收剂量的计算带来很大的难度，因为复杂的结构不容易被理解和准确描述，所以加大了计算误差的可能。

发明内容

本发明提供一种放射性支架空间剂量分布计算方法，该方法中将支架的丝用一系列线性方程表示，简化了计算过程。

本发明的有益效果是，计算过程相对简单，网格形状只需改变方程即可适应不同支架，剂量的模拟计算简单方便，不容易出现计算错误。

附图说明：

图1是所选支架的侧面展开图，本图中我选择模拟的支架规格是20 mm 长，直径是3 mm，因为这是其中一种流行的在动脉中使用广泛的支架。把支架展开，侧面是一个9.42mm×20mm的矩形（长20mm，宽9.42mm）。图2 是支架前视图，图3是支架俯视图。图 4 是一个理想的放射源点与一根不锈钢钢丝，图5是由此放射源放出的射线穿过此不锈钢钢丝的不同路径。图6是取样测量点的在考虑与不考虑支架自吸收时的剂量对比，图7是支架的轮廓图，图8 考虑和忽略自吸收时感兴趣点剂量的差异。

此发明的实施方案包括以下步骤，

（1）钢丝网的坐标表示

本实施方案中，我选择模拟的支架规格是20 mm 长，直径是3 mm，因为这是其中一种流行的在动脉中使用广泛的支架。把支架展开，侧面是一个9.42mm×20mm的矩形（长20mm，宽9.42mm），如图1所示。钢丝网的坐标位置可以在直角坐标系（xz平面）中表示，原点是（0，0）。用简单的数学几何考虑，如果把长分为20等分，间隔1毫米，钢丝网之间相交的角度是45°，所有的钢丝可以用58条方程表示。用n来标记这些等式，可以分成3组：

（eq. 1）

一旦θ和 n 被随机产生了，一个肯定在钢丝网上的放射源点 r(也就随之产生了。

此例中n 是在 1-58 取随机， θ是在0-2PI 之间随机选取。支架网线之间相交角度作为一个可变量，以适应不同的支架。如果相交角度是45度之外的其他角度，以上式子将比此实施方案中的(eq. 1) 复杂。

（2）判断beta 射线穿过支架时是否穿过0根，1根或两根钢丝

从支架背面射出的电子在在组织中释放能量之前会穿过支架的正面。算出Beta射线的轨迹和支架表面的交点位置，并计算交点和每根钢丝的距离，如果有一个或两个距离小于0.0015厘米，（不锈钢钢丝的直径是0.003厘米），就认为电子将穿过一根或两根钢丝。

根据图2图3计算交点B：

(eq. 2)

l₄=l₂+l₃ , ie,

B和所有不锈钢钢丝的距离：

(eq. 3)

（3）计算等效距离

要正确计算支架材料的自吸收，很需要确定从各个方向穿过钢丝的电子所走的等效路程。一个方法是用蒙特卡罗。一系列的点，它们的圆心角是φ，在一根钢丝的圆周侧面上被随机选取，在它们和测量剂量的场点（测试点）之间画一条线（如图4与图5所示），将所有直线穿过钢丝时所走的路程求和，再求平均，于是各个方向的beta射线穿过钢丝时走过的等效路程就被计算出来了。

（eq. 4）

d’ 是测量剂量的场点和钢丝中心的距离，钢丝的半径是R’，等效路程σ可以计算出来了。

（4）计算支架近场的剂量分布

放射源是分散成一系列分布在支架表面的具有单位积累活度的源点，再把各自的贡献求和，吸收剂量就可以计算出来。以上步骤确定了放射点源的具体位置；源点和场点（计算吸收剂量）之间的距离；射线是否穿过钢丝；射线从各个方向穿过钢丝所走过的等效距离这些参量以后，就可以分开两种情况：1）从支架正面放射源射出的射线，不经过钢丝，用点核函数公式①；2）从支架背面放射源射出的射线，经过钢丝，用点核函数公式②，计算两种情况下分别在场点产生的吸收剂量，最后把所有的源点产生的吸收剂量求和，那么某一确定场点的吸收剂量就能计算出来。

①

②

模拟结果如图6所示。

支架初始活度（放射性同位素）是37KBq（

Figure 2011102919411100002DEST_PATH_IMAGE019

）； 20毫米长，直径3毫米的圆柱体支架；放射时间是14.3d（磷32的半衰期），感兴趣点离支架中轴1.6mm处，（相当于离支架表面0.1mm处）。轴向。

绿色点表示模拟时，不考虑自吸收；而红色点表示模拟时考虑自吸收。

支架边缘除外，不考虑自吸收时：剂量峰值是20Gy，谷值是10Gy。

考虑自吸收时：剂量峰值是14Gy，谷值是8.8Gy

支架初始活度（放射性同位素）是37KBq（）； 20毫米长，直径3毫米的圆柱体支架；放射时间是14.3d（磷32的半衰期），感兴趣点离支架中轴1.6mm处，（相当于离支架表面0.1mm处）。轴向。

模拟结果显示，自吸收约占初始放射能量的21.5%，或者说自吸收占据了21.5%的剂量。因为沿支架轴向取一系列的感兴趣点测量，自吸收都是21.5%，这个常数。A=不考虑自吸收时的剂量；B=考虑自吸收时的剂量；C=自吸收；公式：C=（A-B）/A。

Claims

1.一种放射性支架空间剂量分布计算方法，其特征是将支架网线简化为一系列线性方程来处理，主要包括以下步骤，

（1）钢丝网的坐标表示

把支架展开，侧面是一个9.42mm

20mm的矩形（长20mm，宽9.42mm），如图1所示,钢丝网的坐标位置可以在直角坐标系（xz平面）中表示，原点是（0，0）。

2.用简单的数学几何考虑，如果把长分为20等分，间隔1毫米，钢丝网之间相交的角度是45°，所有的钢丝可以用58条方程表示,用n来标记这些等式，可以分成3组：

（eq. 1）

一旦θ和 n 被随机产生了，一个肯定在钢丝网上的放射源点 r(

也就随之产生了;

从支架背面射出的电子在在组织中释放能量之前会穿过支架的正面,算出Beta射线的轨迹和支架表面的交点位置，并计算交点和每根钢丝的距离，如果有一个或两个距离小于0.0015厘米，（不锈钢钢丝的直径是0.003厘米），就认为电子将穿过一根或两根钢丝,

根据图2图3计算交点B：

(eq. 2)

l₄=l₂+l₃ , ie,

B和所有不锈钢钢丝的距离

：

(eq. 3)

（3）计算等效距离

要正确计算支架材料的自吸收，很需要确定从各个方向穿过钢丝的电子所走的等效路程，一个方法是用蒙特卡罗，一系列的点，它们的圆心角是φ,

，在一根钢丝的圆周侧面上被随机选取，在它们和测量剂量的场点（测试点）之间画一条线（如图4与图5所示），将所有直线穿过钢丝时所走的路程求和，再求平均，于是各个方向的beta射线穿过钢丝时走过的等效路程就被计算出来了，

（eq. 4）

d’ 是测量剂量的场点和钢丝中心的距离，钢丝的半径是R’，等效路程σ可以计算出来了；

（4）计算支架近场的剂量分布

放射源是分散成一系列分布在支架表面的具有单位积累活度的源点，再把各自的贡献求和，吸收剂量就可以计算出来，以上步骤确定了放射点源的具体位置；源点和场点（计算吸收剂量）之间的距离；射线是否穿过钢丝；射线从各个方向穿过钢丝所走过的等效距离这些参量以后，就可以分开两种情况：1）从支架正面放射源射出的射线，不经过钢丝，用点核函数公式①；2）从支架背面放射源射出的射线，经过钢丝，用点核函数公式②，计算两种情况下分别在场点产生的吸收剂量，最后把所有的源点产生的吸收剂量求和，那么某一确定场点的吸收剂量就能计算出来。