[发明专利]基于密度变换的笔形束剂量算法

说明书

本发明公开了一种基于密度变换的笔形束剂量算法，将任意源皮距按几何尺寸放大到标准源皮距，密度反比例缩放，从而转变为标准源皮距下照射到其它密度模体的剂量分布，最后利用非均匀性修正方法从标准水模剂量分布得到任意射线源与任意密度模体的剂量分布。本发明利用O’Connor定理将笔形束在不同源皮距下剂量分布转变为相同源皮距不同密度下的剂量分布，然后利用密度修正得到剂量分布之间的关系，该方法使剂量计算无需准备多个笔核，同时也减少了插值的误差，解决了放疗剂量计算中常用的笔形束算法需要处理不同源皮距下笔形束的剂量分布问题。

技术领域

本发明涉及肿瘤放射治疗中的剂量计算领域，特别是涉及一种基于密度变换的笔形束剂量算法。

背景技术

剂量计算是放射治疗中的基础关键，制定放疗计划需要能准确计算放射射束在人体中的剂量分布，从而合理地制定放疗计划。临床上剂量计算的一个主要方法是笔形束算法，该算法将放疗用射束分解为多个很小的笔形束，分别计算每个笔形束的剂量分布，然后进行叠加得到总的剂量分布。所以笔形束剂量算法中非常关键的是计算单个笔形束垂直入射在水中的剂量分布，称为笔核。笔核的形式包括解析形式和数据表，后者可以通过蒙卡模拟或根据测量数据反卷积等方法得到。但是不管是何种形式的笔核，都要考虑到不同源皮距(即放射源到笔形束照射的模体表面的距离)的影响。相同笔形束在不同源皮距下，放射剂量分布有显著的差异，但不同源皮距之间的剂量分布没有简单关联，难以从一个标准源皮距下的剂量分布得到任何源皮距下的剂量分布。如果分别得到各个源皮距下的笔核剂量分布，并制作为数据库，剂量计算利用该数据库进行插值的话，需要的数据量过大且过于繁琐，且插值方法在剂量分布梯度比较大的地方没法很好的拟合实际分布。

因此亟需提供一种新型的笔形束剂量算法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于密度变换的笔形束剂量算法，能够使剂量计算无需准备多个笔核，同时也减少了插值的误差。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于密度变换的笔形束剂量算法，将任意源皮距按几何尺寸放大到标准源皮距，密度反比例缩放，从而转变为标准源皮距下照射到其它密度模体的剂量分布，最后利用非均匀性修正方法从标准水模剂量分布得到任意射线源与任意密度模体的剂量分布。

在本发明一个较佳实施例中，所述基于密度变换的笔形束剂量算法，包括如下步骤：

设有一个给定大小的笔形束，其射线源与模体距离为标准距离SSD，该笔形束照射在水模体上的剂量分布F(d,x,y)已知，其中d表示计算点的深度，x，y表示计算点距离笔形束中心轴的距离如图1(c)所示。需要计算相同笔形束，射线源与模体距离h的情形的剂量分布，如图1(a)所示，记该剂量分布为G(d,x,y)。

首先任何辐射场景下的剂量分布，如果将其几何尺寸和密度反比缩放，且射线强度也随几何尺寸平方的反比缩放，则剂量分布不变。所以射线源与模体距离h的情形下的剂量分布等价于笔形束照射在标准距离处密度为的模体下的剂量分布，如图1(b)所示，记该剂量分布为S(d,x,y)，则

利用非均匀性处理方法从F(d,x,y)得到S(d,x,y)，因为图1(b)和(c)两种情况只有密度不同，所以可以通过等效路径或Batho方法等非均匀性修正方法从笔形束在水模的剂量分布得到在密度模体下的剂量分布，采用等效路径方法，利用距离反比定理和两种情形的密度关系可以得到

利用上述G(d,x,y)和S(d,x,y)的关系得到任意射线源与模体距离h下的剂量分布G(d,x,y)。

本发明的有益效果是：本发明利用O’Connor定理将笔形束在不同源皮距下剂量分布转变为相同源皮距不同密度下的剂量分布，然后利用密度修正得到剂量分布之间的关系，该方法使剂量计算无需准备多个笔核，同时也减少了插值的误差，解决了放疗剂量计算中常用的笔形束算法需要处理不同源皮距下笔形束的剂量分布问题。