[发明专利]一种放疗剂量验证的方法

权利要求书

1.一种放疗剂量验证的方法，其特征在于该方法的步骤包括：

第一步，建立EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型；

第二步，建立EPID上的原射线灰度响应值-原射线通量转换曲线模型；

第三步，建立EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型；

第四步，建立模体内的散射核模型；

第五步，建立模体内的剂量转换因子模型；

第六步，通过EPID设备采集放疗时每个射野的图像，利用第一步建立的EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值模型以及第二步建立的EPID上的原射线灰度响应值-原射线通量转换曲线模型得到各个射野下EPID上的原射线通量；

第七步，利用第三步建立的EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型和第六步得到的各个射野下EPID上的原射线通量确定模体内的三维原射线通量；

第八步，对第七步得到的模体内的三维原射线通量和第四步建立的模体内的散射核模型做逐层二维卷积得到模体内的三维散射线通量；

第九步，将第七步得到的模体内的三维原射线通量和第八步得到的模体内的三维散射线通量相加得到模体内的三维射线通量；

第十步，利用第五步建立的模体内的剂量转换因子模型将第九步得到的模体内的三维射线通量转换为模体内的三维射线剂量，将模体内的三维射线剂量和TPS剂量进行比较，以实现放疗剂量验证；

所述的第一步中，建立EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型的方法为：

模体采用固体水模体，采集固体水模体在不同射野大小、不同模体厚度下的EPID图像，采集到的EPID图像上灰度响应值G_ij^EPID(fs,t)包括散射线灰度响应值G_ij^S(fs,t)和原射线灰度响应值G_ij^P(t)，关系如式(1)所示：

G_ij^EPID(fs,t)＝G_ij^S(fs,t)+G_ij^P(t) (1)

其中，i、j为EPID图像上的坐标索引，fs表示射野尺寸，t表示模体厚度，G_ij^EPID(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的灰度响应值；G_ij^S(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的散射线灰度响应值；G_ij^P(t)表示模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的原射线灰度响应值；EPID上的原射线灰度响应值G_ij^P(t)和射野尺寸无关，散射线灰度响应值G_ij^S(fs,t)受射野尺寸影响，射野尺寸接近0时没有散射线灰度响应值，即：

其中，表示射野尺寸为0、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的灰度响应值，EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值的比值用SPR_ij(fs,t)表示，SPR_ij(fs,t)模型为：

其中，SPR_ij(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值的比值；

所述的第二步中，建立EPID上的原射线灰度响应值-原射线通量转换曲线模型的方法为：

首先，利用电离室扫描EPID对角线方向得到剂量剖线，该剖线即为无模体时不同离轴位置的EPID上的原射线通量

之后，在射野大小不变的条件下使用X射线照射EPID设备，得到EPID图像，用第一步所建立的EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型SPR_ij(fs,t)计算出EPID图像上与电离室中心对应位置无模体时的原射线灰度响应值则EPID上的原射线灰度响应值-原射线通量转换曲线模型CH_ij为：

其中，CH_ij表示EPID图像上(i,j)点处的原射线灰度响应值-原射线通量转换曲线；表示模体厚度为0时EPID图像上的原射线通量的离轴分布曲线；表示模体厚度为0时EPID图像上与电离室中心对应位置的原射线灰度响应值；

所述的第三步中，建立EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型的具体方法为：

采集固体水模体在设定射野大小、不同模体厚度下的EPID图像，并利用第一步所建立的EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型SPR_ij(fs,t)计算出EPID图像上模体厚度为t时的原射线灰度响应值G_ij^P(t)和EPID图像上无模体时的原射线灰度响应值利用公式(5)计算出采集到的EPID图像上各点的原射线透射率：

其中，表示模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的原射线透射率；

同时，EPID图像上各点的原射线透射率符合射线硬化修正后的朗伯-比尔定律，如公式(6)所示：

其中，a_ij表示EPID图像上(i,j)点处的原射线衰减系数；b_ij表示EPID图像上(i,j)点处的原射线硬化系数；

所以，改变公式(5)中t和(i,j)的值，得到一组原射线透射率的值，再通过拟合的方法得到公式(6)中EPID图像上的原射线衰减系数a_ij和原射线硬化系数b_ij的值；

所述的第四步中，建立模体内的散射核模型为：

其中，r表示用于拟合康普顿散射所使用的高斯函数的自变量，Ker(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时的模体内的散射核，k₁(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时一阶康普顿散射的权重；k₂(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时高阶康普顿散射的权重；σ₁(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时用于拟合一阶康普顿散射的高斯函数的标准差；σ₂(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时用于拟合高阶康普顿散射的高斯函数的标准差；高阶康普顿散射指的是二阶及以上康普顿散射；

所述的第五步中，建立模体内的剂量转换因子模型的具体方法为：

采集固体水模体下不同射野大小、不同模体厚度的EPID图像，并利用第一、二、三步所建立的模型确定采集到的EPID图像对应的固体水模体内的原射线通量Φ_xyz^P(t)，再对模体内的三维原射线通量Φ_xyz^P(t)和模体内的散射核Ker(fs,t)做逐层的二维卷积，得到模体内的三维散射线通量Φ_xyz^S(fs,t)，如式(8)所示，再将模体内的三维原射线通量Φ_xyz^P(t)和模体内的三维散射线通量Φ_xyz^S(fs,t)相加得到模体内的三维射线通量Φ_xyz^phantom(fs,t)，如式(9)所示，最后，用TPS剂量除以模体内的三维射线通量Φ_xyz^phantom(fs,t)，该比值即为模体内的剂量转换因子模型tr_xyz(fs,t)，如式(10)所示；

其中，Φ_xyz^S(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时模体内(x,y,z)位置的三维散射线通量；Φ_xyz^P(t)表示模体厚度为t时模体内(x,y,z)位置的三维原射线通量；表示二维卷积；

其中，Φ_xyz^phantom(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时模体内(x,y,z)位置的三维射线通量；

其中，表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时模体内(x,y,z)位置的TPS剂量；tr_xyz(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时模体内(x,y,z)位置的剂量转换因子。