CN106291650A - 基于蒙特卡罗的剂量测量方法 - Google Patents

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李成毅
朱彤
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Abstract

本发明公开了一种基于蒙特卡罗的剂量测量方法，包括以下步骤：获取射线束通过均整器的相位空间分布；对相位空间分布进行重构，建立虚拟源模型；根据水模实验结果校正虚拟源模型的参数；利用校正后的虚拟源模型计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量；判断计算出的放射剂量是否与预设剂量匹配；若不匹配，则发出提醒信息。通过上述方式，本发明可提高放疗剂量的计算速度，且可对所计算剂量的合理性进行提示。

Description

基于蒙特卡罗的剂量测量方法
技术领域
本发明涉及辐射剂量测量领域，特别是涉及一种基于蒙特卡罗的剂量测量方法。
背景技术
放射治疗作为肿瘤治疗常用手段之一，在治疗过程中占有重要地位，约70%的肿瘤病人需要放射治疗。剂量计算的精确度是保证放射治疗质量的基础，蒙特卡罗剂量计算方法是一种最精确的放射剂量计算方法。蒙特卡罗方法又称统计模拟法或随机抽样法，可通过使用随机数来计算照射部分的剂量。
但蒙特卡罗剂量计算方法存在收敛速度慢、计算时间长等缺点，使其不能完全被运用到临床肿瘤放射治疗中，如何在保证计算精度的基础上加快计算速度、且对所计算剂量的合理性进行提示是放疗剂量测量领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于蒙特卡罗的剂量测量方法，可提高放疗剂量的计算速度，且可对所计算剂量的合理性进行提示。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于蒙特卡罗的剂量测量方法，包括以下步骤：获取射线束通过均整器的相位空间分布；对相位空间分布进行重构，建立虚拟源模型；根据水模实验结果校正虚拟源模型的参数；利用校正后的虚拟源模型计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量；判断计算出的放射剂量是否与预设剂量匹配；若不匹配，则发出提醒信息。
其中，预设剂量为剂量范围。
其中，相位空间分布包括光子或电子的能量、三维空间位置、运动的方向余弦。
其中，水模实验结果包括射线束在水模中形成的深度剂量和离轴比分布。
其中，虚拟源模型为二维网格。
其中，网格为300×300的矩阵。
其中，网格中的方格为正方形，边长为0.45mm。
其中，预设剂量包括标准剂量和经验剂量。
其中，标准剂量为细胞所能承受的剂量范围。
其中，经验剂量为根据放疗者的病灶所设定的剂量。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的剂量测量方法包括获取射线束通过均整器的相位空间分布；对相位空间分布进行重构，建立虚拟源模型；根据水模实验结果校正虚拟源模型的参数；利用校正后的虚拟源模型计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量；判断计算出的放射剂量是否与预设剂量匹配；若不匹配，则发出提醒信息。通过上述方式，建立的虚拟源模型为蒙特卡罗剂量计算模型，利用蒙特卡罗方法仅计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量，可提高放射剂量的计算速度，且将计算出的放射剂量与预设剂量进行匹配，以判断所计算剂量的合理性，可提高放射治疗的效果。
附图说明
图1是本发明基于蒙特卡罗的剂量测量方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1，图1是本发明基于蒙特卡罗的剂量测量方法一实施例的流程示意图，如图1所示，包括以下步骤：
S11，获取射线束通过均整器的相位空间分布。
S12，对相位空间分布进行重构，建立虚拟源模型。
本实施例构建的虚拟源模型为蒙特卡罗剂量模型，其对放射治疗的模拟包括两部分，首先对加速器治疗头进行精确模拟，以获取射线束通过均整器的相位空间分布，然后将获取的相位空间分布重构，以建立虚拟源模型。
其中，加速器治疗头包括源电子束靶、初级准直器、均整器、电离室、射野镜、次级准直器及多叶光栅。对于加速器治疗头，其结构和部件的相对位置是固定的。
其中，相位空间分布包括光子或电子的能量、三维空间位置、运动的方向余弦。虚拟源模型为二维网格，网格为300×300的矩阵，网格中的方格为正方形，边长为0.45mm。网格中的每个元素，即每个方格，代表一个离散的相对光子通量。
S13，根据水模实验结果校正虚拟源模型的参数。
辐射进入人体会发生诸如散射和吸收等相互作用，能量和注量逐渐损失，因此，剂量测量很难在人体内直接进行，需要在模型中进行。体模是模拟人体辐射的一类物体，水、有机玻璃是体模的首先材料。本实施例采用水模进行辐射剂量的测量，根据水模实验结果校正虚拟源模型的参数。其中，水模实验结果包括射线束在水模中形成的深度剂量和离轴比分布。
S14，利用校正后的虚拟源模型计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量。
在放疗过程中，放射区域包括照射区、治疗区、计划区、靶区及肿瘤区，为提高放射剂量的计算速度，通过蒙特卡罗方法仅计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量，对于其他区的放射剂量通过其他方法进行计算。其中，其他方法如：RBM（Regular Beam Model）剂量计算方法、PBM（Pencil Beam Model）剂量计算方法等。
S15，判断计算出的放射剂量是否与预设剂量匹配。
在本实施例中，预设剂量为一剂量范围，其中，预设剂量包括标准剂量和经验剂量。标准剂量为细胞所能承受的剂量范围，具体为，肿瘤靶区细胞所能承受的辐射范围，计划区的细胞所能承受的辐射范围。经验剂量为根据放疗者的病灶所设定的剂量，此剂量由医生根据放疗经验进行设定。
S16，若不匹配，则发出提醒信息。
当计算出的放射剂量与标准剂量、经验剂量均不匹配时，发出提醒信息供医生参考。
综上所述，本发明剂量测量方法包括虚拟源模型的建立、放射剂量的计算及对计算剂量的判断，建立的虚拟源模型为蒙特卡罗剂量计算模型，利用蒙特卡罗方法仅计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量，可提高放射剂量的计算速度，且将计算出的放射剂量与预设剂量进行匹配，以判断所计算剂量的合理性，可提高放射治疗的效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取射线束通过均整器的相位空间分布；
对所述相位空间分布进行重构，建立虚拟源模型；
根据水模实验结果校正所述虚拟源模型的参数；
利用校正后的虚拟源模型计算肿瘤靶区和计划区的放射剂量；
判断计算出的放射剂量是否与预设剂量匹配；
若不匹配，则发出提醒信息。
2.根据权利要求1所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述预设剂量为剂量范围。
3.根据权利要求2所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述相位空间分布包括光子或电子的能量、三维空间位置、运动的方向余弦。
4.根据权利要求3所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述水模实验结果包括射线束在水模中形成的深度剂量和离轴比分布。
5.根据权利要求4所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述虚拟源模型为二维网格。
6.根据权利要求5所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述网格为300×300的矩阵。
7.根据权利要求6所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述网格中的方格为正方形，边长为0.45mm。
8.根据权利要求7所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述预设剂量包括标准剂量和经验剂量。
9.根据权利要求8所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述标准剂量为细胞所能承受的剂量范围。
10.根据权利要求9所述的基于蒙特卡罗的剂量测量方法，其特征在于，所述经验剂量为根据放疗者的病灶所设定的剂量。
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