本发明专利技术公开了一种基于医用直线加速器照射束特征建立照射源模型的方法，其特征是：首先测量待建模型医用直线加速器在标准水模中的剂量，获得典型规则野的剂量测量数据；基于已知医用直线加速器参数，建立已知医用直线加速器的蒙特卡洛模型；再分别获得待建模型医用直线加速器的光子能谱、已知医用直线加速器的污染电子能谱、待建模型医用直线加速器的光子源和污染电子源合成比例，以及待建模型医用直线加速器的出射粒子角度分布规律，从而构成待建模型医用直线加速器的照射源模型。本发明专利技术源模型建立在已知医用直线加速器照射束特征和待建模型医用直线加速器测量数据的基础上，避免了对于待建模型医用直线加速器内部构造的依赖。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，该方法 可用于肿瘤外放射治疗中，精确模拟医用直线加速器照射源在模体或病人体内的沉积剂量 分布。
技术介绍
医用直线加速器是实现肿瘤外放射治疗的重要设备，目前我国省级以上的医院使 用的直线加速器基本上都是昂贵的国外品牌如西门子、瓦里安Varian等，以及与其捆绑所 售的肿瘤放射治疗计划系统TPS (Treatment Planning System)，并且这些产品经常处于持 续更新中，给医院和病人治疗造成沉重的经济负担。 对医用直线加速器照射源的准确模拟，关系到TPS中剂量计算的准确性。剂量计 算方法中传统的加速器模型分成两大类：第一类是加速器的完全模拟，这种模拟忠实于机 器本身模块的几何和材料组成，相当依赖厂家提供详细准确的技术数据。然而，由于加速器 内部构造是商业秘密，一般很难获得。此外，这种全加速器模拟非常耗时耗力，不适合作为 TPS的剂量计算工具。第二类是加速器的多源模型，它把整个加速器设想为多个照射源的组 合，假设粒子来自不同照射高度的加速器模块。多源模型通常是针对规则野相空间文件记 录的粒子信息建立起来的，在模拟临床需要的非规则野剂量分布时，需要额外附加开口模 块描述，从而造成模拟误差。 目前关于加速器多源模型的工作已发表很多，它们基本上是通过调节多个源模型 参数如加速器入射电子束能量、角度、半径等，获得模拟结果和水箱中测量数据的一致，从 而建立起自己的加速器源模型。 加速器源模型参数的多样化，使得加速器模拟实际上是一个多自由度参数选择的 过程，一个参数的不准确，往往可以通过适当调节其它参数的变化而弥补。 医用直线加速器通过电子束打靶产生光子，又通过均整器、MLC等形成野内近似均 匀的光子束。光子在与加速器组件（如均整器）碰撞过程中产生污染电子。由于污染电子 射程较短，一般仅能影响照射体表面浅层处的剂量分布。均整器是加速器照射束均匀化的 有效组件，它可以扩大光子束照射横截面，和均匀化光子束在照射野内的强度。 虽然由于加速器型号及安装的不同，使得加速器出射束特征存在一定差异，但是 带均整器医用直线加速器的设计基本上都是以野内剂量尽量均匀、半影狭窄为原则的，因 此，不同型号、同种能量的医用直线加速器束特征应该相差不大，可以通过与测量数据对比 和参数调节，获取医用直线加速器源模型。但是，迄今还没有关于基于医用直线加速器照射 束特征建立照射源模型方法的公开报导。
技术实现思路
本专利技术是为避免现有技术所存在的不足之处，提供一种基于医用直线加速器照射 束特征建立照射源模型的方法，将医用直线加速器照射源模型建立在真实加速器照射束特 征和测量数据的基础之上，以避免传统全加速器模拟和传统加速器多源模型对加速器构造 技术细节的依赖，克服全加速器模拟耗时耗力和传统多源模型引入开口模块描述非规则野 而造成额外模拟误差的缺点。 本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案： 本专利技术的特点是按如下 步骤进行： 步骤1、测量待建模型医用直线加速器在标准水模中的剂量，获得典型规则野的剂 量测量数据： 设置待建模型医用直线加速器以典型规则野垂直照射标准水模，所述典型规则野 的照射中心轴与标准水模（1)的中心轴重合，设置待建模型医用直线加速器的虚点源S到 标准水模上表面的垂直距离SSD为90cm，所述虚点源S位于待建模型医用直线加速器产生 光子的靶心处，照射等中心点C位于所述标准水模沿照射中心轴距上表面以下10cm深度 处，则虚点源S到照射等中心点C的距离SID为100cm ;分别获得待建模型医用直线加速器 在典型规则野照射下，在标准水模中最大剂量深度dmax处和照射等中心点C深度处的百分 离轴剂量0AR和百分深度剂量PDD处的测量数据，将所述测量数据归一到沿照射中心轴的 最大剂量深度处剂量值； 设置0-ΧΥΖ坐标系：坐标原点0位于照射中心轴与标准水模的上表面的交点处，Z 轴与典型规则野的照射中心轴重合，以出射束方向为正，X轴和Y轴按照笛卡尔坐标系右手 定则设置； 所述照射等中心点C是指待建模型医用直线加速器的旋转照射中心，位于所述照 射等中心点C深度处垂直于照射中心轴的面为照射等中心面； 所述典型规则野包括在照射等中心面上开口大小为2cmX2cm、5cmX5cm、 10cmX 10cm 和 20cmX 20cm 的照射野； 步骤2、基于已知医用直线加速器参数，建立已知医用直线加速器的蒙特卡洛模 型，得到位于多叶准直器MLC的下表面高度B处典型规则野的出射束相空间文件，通过分析 出射束相空间文件得到出射束特征，所述出射束特征包括照射野内光子和污染电子的通量 分布、照射野内光子和污染电子的通量比例、照射野内出射粒子角度分布规律、已知医用直 线加速器的光子能谱，以及已知医用直线加速器的污染电子能谱，所述出射粒子角度分布 规律包括位于多叶准直器MLC的下表面高度B处的照射野内任意一等面积网格区域内的粒 子角谱和粒子角谱峰值随网格区域中心离轴距离变化的解析函数规律； 所述出射束相空间文件是指记录了粒子输运到医用直线加速器最后一个组件多 叶准直器MLC后的粒子坐标、粒子方向、粒子能量和粒子带电量的文件； 步骤3、令步骤1中获得的典型规则野的照射等中心点C处测量百分离轴剂量OAR 的数值为D，取数值D的50%确定照射野边缘，将所述照射野边缘按照相似直角三角形法则 反演到多叶准直器MLC的下表面高度B处，确定典型规则野的照射野通量图边缘，设置照射 野通量图边缘内的网格通量为1、照射野通量图边缘外的网格通量为0,得到待建模型医用 直线加速器典型规则野的通量图； 步骤4、基于步骤2获得的已知医用直线加速器的光子能谱和步骤3获得的待建模 型医用直线加速器典型规则野通量图，利用蒙特卡洛粒子输运物理模型，粒子出射模拟采 用粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，粒子权重与照射野通量图的网格 通量强度相结合，模拟光子在标准水模中的剂量分布，获得典型规则野的模拟百分深度剂 量roD，通过对典型规则野的模拟百分深度剂量roD和测量百分深度剂量roD在建成区后部 进行一致性对比，采用光子能谱沿能量上下平移调节的方法，获得待建模型医用直线加速 器的光子能谱，所述建成区后部是指较之百分深度剂量pdd最大剂量点深度d max更深的部 分，所述百分深度剂量PDD包括模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD ; 步骤5、基于步骤2获得的已知医用直线加速器的污染电子能谱、已知医用直线 加速器的照射野内光子和污染电子的通量比例、步骤3获得的待建模型医用直线加速器典 型规则野通量图，以及步骤4获得的待建模型医用直线加速器的光子能谱，利用蒙特卡洛 粒子输运物理模型，粒子出射模拟采用粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结 合，粒子权重与照射野通量图的网格通量强度相结合，模拟光子和污染电子在标准水模中 合成的剂量分布，获得新的模拟百分深度剂量roD，通过对所述新的模拟百分深度剂量roD 和测量百分深度剂量PDD在建成区前部进行一致性对比，微调光子和污染电子合成比例， 获得待建模型医用直线加速器的光子源和污染电子源的合成比例，所述建成本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于医用直线加速器照射束特征建立照射源模型的方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、测量待建模型医用直线加速器在标准水模中的剂量，获得典型规则野的剂量测量数据：设置待建模型医用直线加速器以典型规则野垂直照射标准水模(1)，所述典型规则野的照射中心轴与标准水模(1)的中心轴重合，设置待建模型医用直线加速器的虚点源S到标准水模上表面的垂直距离SSD为90cm，所述虚点源S位于待建模型医用直线加速器产生光子的靶心处，照射等中心点C位于所述标准水模沿照射中心轴距上表面以下10cm深度处，则虚点源S到照射等中心点C的距离SID为100cm；分别获得待建模型医用直线加速器在典型规则野照射下，在标准水模(1)中最大剂量深度dmax处和照射等中心点C深度处的百分离轴剂量OAR和百分深度剂量PDD处的测量数据，将所述测量数据归一到沿照射中心轴的最大剂量深度dmax处剂量值；设置O‑XYZ坐标系：坐标原点O位于照射中心轴与标准水模(1)的上表面的交点处，Z轴与典型规则野的照射中心轴重合，以出射束方向为正，X轴和Y轴按照笛卡尔坐标系右手定则设置；所述照射等中心点C是指待建模型医用直线加速器的旋转照射中心，位于所述照射等中心点C深度处垂直于照射中心轴的面为照射等中心面；所述典型规则野包括在照射等中心面上开口大小为2cm×2cm、5cm×5cm、10cm×10cm和20cm×20cm的照射野；步骤2、基于已知医用直线加速器参数，建立已知医用直线加速器的蒙特卡洛模型，得到位于多叶准直器MLC的下表面高度B处典型规则野的出射束相空间文件，通过分析出射束相空间文件得到出射束特征，所述出射束特征包括照射野内光子和污染电子的通量分布、照射野内光子和污染电子的通量比例、照射野内出射粒子角度分布规律、已知医用直线加速器的光子能谱，以及已知医用直线加速器的污染电子能谱，所述出射粒子角度分布规律包括位于多叶准直器MLC的下表面高度B处的照射野内任意一等面积网格区域内的粒子角谱和粒子角谱峰值随网格区域中心离轴距离变化的解析函数规律；所述出射束相空间文件是指记录了粒子输运到医用直线加速器最后一个组件多叶准直器MLC后的粒子坐标、粒子方向、粒子能量和粒子带电量的文件；步骤3、令步骤1中获得的典型规则野的照射等中心点C处测量百分离轴剂量OAR的数值为D，取数值D的50％确定照射野边缘，将所述照射野边缘按照相似直角三角形法则反演到多叶准直器MLC的下表面高度B处，确定典型规则野的照射野通量图边缘，设置照射野通量图边缘内的网格通量为1、照射野通量图边缘外的网格通量为0，得到待建模型医用直线加速器典型规则野的通量图；步骤4、基于步骤2获得的已知医用直线加速器的光子能谱和步骤3获得的待建模型医用直线加速器典型规则野通量图，利用蒙特卡洛粒子输运物理模型，粒子出射模拟采用粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，粒子权重与照射野通量图的网格通量强度相结合，模拟光子在标准水模中的剂量分布，获得典型规则野的模拟百分深度剂量PDD，通过对典型规则野的模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD在建成区后部进行一致性对比，采用光子能谱沿能量上下平移调节的方法，获得待建模型医用直线加速器的光子能谱，所述建成区后部是指较之百分深度剂量PDD最大剂量点深度dmax更深的部分，所述百分深度剂量PDD包括模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD；步骤5、基于步骤2获得的已知医用直线加速器的污染电子能谱、已知医用直线加速器的照射野内光子和污染电子的通量比例、步骤3获得的待建模型医用直线加速器典型规则野通量图，以及步骤4获得的待建模型医用直线加速器的光子能谱，利用蒙特卡洛粒子输运物理模型，粒子出射模拟采用粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，粒子权重与照射野通量图的网格通量强度相结合，模拟光子和污染电子在标准水模中合成的剂量分布，获得新的模拟百分深度剂量PDD，通过对所述新的模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD在建成区前部进行一致性对比，微调光子和污染电子合成比例，获得待建模型医用直线加速器的光子源和污染电子源的合成比例，所述建成区前部是指较之百分深度剂量PDD最大剂量点深度dmax更浅的部分，所述百分深度剂量PDD包括新的模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD；步骤6、基于步骤4获得的待建模型医用直线加速器的光子能谱、步骤2获得的已知医用直线加速器污染电子能谱、步骤5获得的待建模型医用直线加速器的光子源和污染电子源的合成比例，步骤2获得的已知医用直线加速器的照射野内出射粒子角度分布规律，以及步骤3获得的待建模型医用直线加速器典型规则野通量图，利用蒙特卡洛粒子输运物理模型，粒子出射模拟采用粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，粒子权重与照射野通量图的网格通量强度...
【技术特征摘要】
1.基于医用直线加速器照射束特征建立照射源模型的方法，其特征是按如下步骤进 行： 步骤1、测量待建模型医用直线加速器在标准水模中的剂量，获得典型规则野的剂量测 量数据： 设置待建模型医用直线加速器以典型规则野垂直照射标准水模（1)，所述典型规则野 的照射中心轴与标准水模（1)的中心轴重合，设置待建模型医用直线加速器的虚点源S到 标准水模上表面的垂直距离SSD为90cm，所述虚点源S位于待建模型医用直线加速器产生 光子的靶心处，照射等中心点C位于所述标准水模沿照射中心轴距上表面以下10cm深度 处，则虚点源S到照射等中心点C的距离SID为100cm ;分别获得待建模型医用直线加速器 在典型规则野照射下，在标准水模（1)中最大剂量深度cLx处和照射等中心点C深度处的 百分离轴剂量OAR和百分深度剂量PDD处的测量数据，将所述测量数据归一到沿照射中心 轴的最大剂量深度处剂量值； 设置0-ΧΥΖ坐标系：坐标原点0位于照射中心轴与标准水模（1)的上表面的交点处，Z 轴与典型规则野的照射中心轴重合，以出射束方向为正，X轴和Y轴按照笛卡尔坐标系右手 定则设置； 所述照射等中心点C是指待建模型医用直线加速器的旋转照射中心，位于所述照射等 中心点C深度处垂直于照射中心轴的面为照射等中心面； 所述典型规则野包括在照射等中心面上开口大小为2cmX2cm、5cmX5cm、10cmX 10cm 和20cmX20cm的照射野； 步骤2、基于已知医用直线加速器参数，建立已知医用直线加速器的蒙特卡洛模型，得 到位于多叶准直器MLC的下表面高度B处典型规则野的出射束相空间文件，通过分析出射 束相空间文件得到出射束特征，所述出射束特征包括照射野内光子和污染电子的通量分 布、照射野内光子和污染电子的通量比例、照射野内出射粒子角度分布规律、已知医用直线 加速器的光子能谱，以及已知医用直线加速器的污染电子能谱，所述出射粒子角度分布规 律包括位于多叶准直器MLC的下表面高度B处的照射野内任意一等面积网格区域内的粒子 角谱和粒子角谱峰值随网格区域中心离轴距离变化的解析函数规律； 所述出射束相空间文件是指记录了粒子输运到医用直线加速器最后一个组件多叶准 直器MLC后的粒子坐标、粒子方向、粒子能量和粒子带电量的文件； 步骤3、令步骤1中获得的典型规则野的照射等中心点C处测量百分离轴剂量OAR的数 值为D，取数值D的50%确定照射野边缘，将所述照射野边缘按照相似直角三角形法则反演 到多叶准直器MLC的下表面高度B处，确定典型规则野的照射野通量图边缘，设置照射野通 量图边缘内的网格通量为1、照射野通量图边缘外的网格通量为0,得到待建模型医用直线 加速器典型规则野的通量图； 步骤4、基于步骤2获得的已知医用直线加速器的光子能谱和步骤3获得的待建模型 医用直线加速器典型规则野通量图，利用蒙特卡洛粒子输运物理模型，粒子出射模拟采用 粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，粒子权重与照射野通量图的网格通 量强度相结合，模拟光子在标准水模中的剂量分布，获得典型规则野的模拟百分深度剂量 TOD，通过对典型规则野的模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD在建成区后部进 行一致性对比，采用光子能谱沿能量上下平移调节的方法，获得待建模型医用直线加速器 的光子能谱，所述建成区后部是指较之百分深度剂量PDD最大剂量点深度dmax更深的部分， 所述百分深度剂量PDD包括模拟百分深度剂量PDD和测量百分深度剂量PDD ; 步骤5、基于步骤2获得的已知医用直线加速器的污染电子能谱、已知医用直线加速器 的照射野内光子和污染电子的通量比例、步骤3获得的待建模型医用直线加速器典型规则 野通量图，以及步骤4获得的待建模型医用直线加速器的光子能谱，利用蒙特卡洛粒子输 运物理模型，粒子出射模拟采用粒子抽样位置和照射野通量图的网格通量分布相结合，粒 子权重与照射野通量图的网格通量强度相结合，模拟光子和污染电子在标准水模中合成的 剂量分布，获得新的模拟百分深度剂量TOD，通过对所述新的模拟百分深度剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：林辉，吴东升，谢聪，景佳，裴曦，曹瑞芬，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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