硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法技术

本发明专利技术公开了硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法，首先制作一套适用于人体、基于确定论方法的核数据库，然后根据人体模型参数以及治疗计划设计参数建立出相应模型，最后使用高效率的确定论程序对建立的模型进行中子

【技术实现步骤摘要】
硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法


[0001]本专利技术涉及医工结合
，具体涉及硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)中剂量快速计算方法。

技术介绍

[0002]硼中子俘获治疗(BNCT)是目前国际上快速发展的癌症治疗的全新方法。它是一种含硼靶向药物和中子照射相结合的二元治疗方式，可以选择性地在细胞尺度内有效杀死癌细胞，是新一代精准癌症治疗前沿技术。
[0003]在硼中子俘获治疗实际应用中，需要对不同病例制定相应的治疗计划，因此需要对治疗计划进行评估，这就需要通过粒子输运计算获取治疗计划下肿瘤及其它组织的照射剂量。
[0004]当前知名治疗计划软件系统中粒子输运计算均基于蒙特卡罗方法，存在计算时间长，深穿透问题统计方差大的问题。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法，首先制作一套适用于人体、基于确定论方法的核数据库，然后根据人体模型参数以及治疗计划设计参数建立出相应模型，最后使用高效率的确定论程序对建立的模型进行中子
‑
光子输运计算，得到剂量分布结果，从而实现对硼中子俘获治疗中剂量快速计算。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术采取如下的技术方案予以实施：
[0007]硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：制作一套适用于人体、基于确定论方法的核数据库；
[0009]为制作适用于人体、基于确定论方法的分群截面数据，首先需要制作基础细群截面数据库，再基于人体模型开展共振自屏计算，获得适用于硼中子俘获治疗的有效自屏截面，结合基础细群截面数据库得到适用于硼中子俘获治疗的细群截面数据库，最后归并获得适用于硼中子俘获治疗的宽群截面数据库；
[0010]下面分别对制作基础细群数据库、基于人体模型开展共振自屏计算、归并制作宽群数据库进行介绍：
[0011]辐射输运需要同时考虑中子、光子的输运，因此基础细群截面数据库需要包括细群中子、光子的截面数据。细群的中子
‑
光子耦合数据库采用MATXS格式。细群中子截面和中子
‑
光子散射矩阵数据可由评价核数据经过共振重构与线性化、多普勒展宽、不可辨共振区有效自屏截面处理、热中子散射处理以及能群归并获得。对于细群光原子截面的计算，由于光原子反应不需要考虑温度效应以及共振自屏效应，因此只需要对评价核数据库中给出的截面数据进行共振重构与线性化以及能群归并即可，最终获得基础细群数据库即MATXS格式数据库。
[0012]获得基础细群截面数据库后，需基于人体模型开展共振自屏计算，获得适用于硼中子俘获治疗的有效自屏截面。通过公式(1)耦合迭代方法计算有效自屏的宏观总截面及宏观散射截面：
[0013][0014]式中：
[0015]Σ
t,i
(E)——区域i处，能量为E的中子的宏观总截面；
[0016]φ
i
(E)——区域i处，能量为E的中子的注量率；
[0017]φ
j
(E
′
)——区域j处，能量为E
′
的中子的注量率；
[0018]V
i
——区域i的体积；
[0019]P
j
→
i
(E)——能量为E的中子从区域j到区域i的碰撞概率；
[0020]Σ
s,j
(E
′
)——区域j处，能量为E
′
的中子的宏观散射截面；
[0021]f(E
′→
E)dE
′
——能量为E
′
的中子与原子发生碰撞作用后，中子能量在E
′
附近dE
′
内的概率；
[0022]对于非共振能量段，计算有效自屏截面需要通过背景截面插值共振积分表获得核素的有效自屏截面；
[0023]在硼中子俘获治疗中人体模型为非均匀模型；对于非均匀模型，可通过公式(2)计算出背景截面：
[0024][0025]式中：
[0026]——区域I中核素r的背景截面；
[0027]N
I,r
——区域I中核素r的核子密度；
[0028]——区域I中核素j的微观总截面；
[0029]——区域I的宏观总截面；
[0030]P
I
→
J
——区域I到区域J的碰撞概率；
[0031]基于人体模型进行共振自屏计算后，可获得适用于硼中子俘获治疗的细群截面数据库。为考虑复杂问题计算效率的影响，需要对细群数据库进行能群归并，获得能群数量较小的宽群截面数据库以提高计算效率。选用人体模型利用精细输运程序进行计算，获得人体重要器官或部位的典型权重谱，并基于反应率守恒，对共振自屏后的细群截面数据库进行能群归并以获得宽群截面数据库；
[0032]步骤2：根据通过仪器测量出的人体模型参数数据以及治疗技术设计参数(剂量参数、准直器参数、照射野、照射体位、材料参数等)构建建硼中子俘获治疗模型；
[0033]步骤3：基于步骤1所获得的宽群截面数据库，使用高效率的确定论程序对建立的硼中子俘获治疗模型进行中子
‑
光子输运计算，获得剂量分布结果。
[0034]和现有技术相比较，本专利技术具有如下优点：
[0035]在本专利技术方法中，提出了采用高效确定论方法作为硼中子俘获治疗中的中子
‑
光
子输运计算核心，为硼中子俘获治疗中剂量快速计算提供了有效的方法，从而实现硼中子俘获治疗剂量快速计算、无统计方差，节省了大量的计算时间和计算资源。
附图说明
[0036]图1为中子
‑
光子耦合MATXS数据库制作流程图；
[0037]图2为硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法流程图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明：
[0039]本专利技术是硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法，如图2所示，本专利技术首先制作一套适用于人体、基于确定论方法的核数据库，然后根据人体模型参数以及治疗计划设计参数建出相应硼中子俘获治疗模型，最后使用高效率的确定论程序对建立的硼中子俘获治疗模型进行中子
‑
光子输运计算，得到剂量分布结果，从而实现对硼中子俘获治疗中剂量快速计算。
[0040]该方法具体包括以下步骤：
[0041]步骤1：制作一套适用于人体、基于确定论方法的核数据库；
[0042]为制作适用于人体、基于确定论方法的分群截面数据，首先需要制作基础细群截面数据库，再基于人体模型开展共振自屏计算，获得适用于硼中子俘获治疗的有效自屏截面，结合基础细群截面数据库得到适用于硼中子俘获治疗的细群截面数据库，最后归并获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制作一套适用于人体、基于确定论方法的核数据库；为制作适用于人体、基于确定论方法的分群截面数据，首先需要制作基础细群截面数据库，再基于人体模型开展共振自屏计算，获得适用于硼中子俘获治疗的有效自屏截面，结合基础细群截面数据库得到适用于硼中子俘获治疗的细群截面数据库，最后归并获得适用于硼中子俘获治疗的宽群截面数据库；步骤2：根据通过仪器测量出的人体模型参数数据以及治疗技术设计参数构建硼中子俘获治疗模型；步骤3：基于步骤1所获得的宽群截面数据库，使用确定论程序对建立的硼中子俘获治疗模型进行中子
‑
光子输运计算，获得剂量分布结果。2.根据权利要求1所述的硼中子俘获治疗中剂量快速计算方法，其特征在于：步骤1具体内容如下：辐射输运需要同时考虑中子、光子的输运，因此基础细群截面数据库需要包括细群中子、光子的截面数据；细群中子
‑
光子耦合数据库的采用MATXS格式；细群中子截面和中子
‑
光子散射矩阵数据由评价核数据经过共振重构与线性化、多普勒展宽、不可辨共振区有效自屏截面处理、热中子散射处理以及能群归并获得；对于细群光原子截面的计算，由于光原子反应不需要考虑温度效应以及共振自屏效应，因此只需要对评价核数据库中给出的截面数据进行共振重构与线性化以及能群归并即可，最终获得基础细群截面数据库；获得基础细群截面数据库后，需基于人体模型开展共振自屏计算，获得适用于硼中子俘获治疗的有效自屏截面，通过公式(1)耦合迭代方法计算有效自屏的宏观总截面及宏观散射截面：式中：Σ
t,i
(E)——区域i处，能量为E的中子的宏观总截面；φ
i
(E)——区域i处，能量为E的中子的注量率；φ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永平，黄显颖，郑友琦，吴宏春，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：