本發(fā)明涉及腔內(nèi)放射性治療技術(shù)領(lǐng)域，具體是指存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型構(gòu)建方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

放射性是指元素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放出射線，(如α射線、β射線、γ射線等)而衰變形成穩(wěn)定的元素而停止放射(衰變產(chǎn)物)，這種現(xiàn)象稱為放射性。放射能夠應(yīng)用的領(lǐng)域有很多，如工業(yè)上的核能發(fā)電、消除靜電，農(nóng)業(yè)方面了解肥料的吸收以及流失滅蟲，考古方面能夠應(yīng)用于鑒定古物所屬的年代，其中最為重要應(yīng)用在于醫(yī)學(xué)方面，用于腫瘤的治療。

腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法，主要用于惡性腫瘤，與手術(shù)治療、化學(xué)藥物治療組成了腫瘤三大治療手段。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，約有50％-70％的癌癥患者需要不同程度地接收放射治療。放射治療的基本目的是提高放射治療的治療增益比，即最大限度地將放射線的劑量集中到靶區(qū)內(nèi)，殺滅腫瘤細(xì)胞，而使周圍正常組織少受或免受不必要的照射。

三維腔內(nèi)近距離治療是放射治療的一種形式，可以將放射源精準(zhǔn)的放置于惡性腫瘤之內(nèi)或附近，利用高能射線對(duì)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行殺傷，具有直接殺傷腫瘤、治療效果好、復(fù)發(fā)率低的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于臨床腫瘤的治療。由于患者的不同其腫瘤的大小、位置與形狀也有不同，目前的施源器只能通過優(yōu)化駐留點(diǎn)位置與時(shí)間形成包饒腫瘤的處方劑量曲線，但是對(duì)于腫瘤三維空間分布變化較大時(shí)會(huì)造成劑量線包繞不全腫瘤區(qū)，或如果劑量線包繞全腫瘤區(qū)則會(huì)造成周圍正常組織超過限制劑量，引起放射性并發(fā)癥。

現(xiàn)有近距離施源器，包括一種三管施源器，一種插值針施源器，三管施源器可獲得等劑量曲線呈正扁梨型分布，前后方劑量比兩側(cè)低，這樣就有效保護(hù)了正常組織，減少患者放射治療后的放射并發(fā)癥，然而，三管施源器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，體積較大，在使用其為病人進(jìn)行治療時(shí)，病人需要承受較大痛苦；插值針施源器，對(duì)于較大腫瘤需要插入較多插值針施源器，才能得到理想的劑量分布，但多根插值針植入時(shí)間長(zhǎng)、病人難以忍受。后經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過采用遮擋材料遮擋放射線的方式，使用單管或較少插值針施源器也能夠?qū)崿F(xiàn)三管或多插值針施源器的效果，即可以改變等劑量曲線的分布形狀，能夠根據(jù)需求，減少放射過程中，射線對(duì)正常組織的劑量，避免正常組織因放射引起的并發(fā)癥，而單管施源器只有一個(gè)根施源管，在使用和操作時(shí)都較為容易，病人在治療過程中，基本沒有痛苦。

但是傳統(tǒng)的近距離治療系統(tǒng)中，構(gòu)建的三維劑量分布模型，針對(duì)的是未經(jīng)過遮擋的放射源，由于放射源經(jīng)過遮擋材料的遮擋，射線會(huì)被遮擋材料吸收，并發(fā)生散射等，再使用原有的三維劑量分布模型，則在近距離治療系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)較大誤差，導(dǎo)致整個(gè)放療近距離計(jì)劃的不準(zhǔn)確，因此有必要根據(jù)新的有遮擋材料的施源器，構(gòu)建一個(gè)新的三維劑量分布模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種存在遮擋材料的放射劑量貢獻(xiàn)的計(jì)算方法。

本發(fā)明的另一個(gè)目的一種更為精準(zhǔn)，方便放療近距離治療計(jì)劃制定的存在遮擋材料的三維劑量分布模型構(gòu)建方法。

本發(fā)明的還有一個(gè)目的在于提供該存在遮擋材料的三維劑量分布模型的具體應(yīng)用。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種放射劑量貢獻(xiàn)的計(jì)算方法，放射源j與目標(biāo)點(diǎn)i之間存在遮擋材料，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)i處放射劑量貢獻(xiàn)的方法，具體包括以下步驟：

(1)獲得計(jì)算參數(shù)，包括以下內(nèi)容：

設(shè)放射源j為坐標(biāo)的原點(diǎn)，即放射源j坐標(biāo)為j(0，0，0)，則目標(biāo)點(diǎn)i相對(duì)于放射源j的坐標(biāo)為i(ri，θi，)；

放射時(shí)間t作為放射劑量貢獻(xiàn)的自變量；

遮擋材料厚度li，根據(jù)遮擋材料實(shí)際情況得出；

遮擋材料對(duì)于放射源的平均衰減系數(shù)根據(jù)遮擋材料和放射源性質(zhì)得出；

射線的散射比n，根據(jù)放射源性質(zhì)得出；

(2)利用下列公式進(jìn)行計(jì)算：

其中：sk為空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度；∧為劑量率常數(shù)；g(r，θ)為幾何因子；g(ri，θi)為徑向劑量函數(shù)；f(ri，θi)為方向性函數(shù)；以上均能夠通過裂隙放射源的放射治療劑量公式(tg43)得出，di則為放射源j在目標(biāo)點(diǎn)i處的放射劑量貢獻(xiàn)。

該放射劑量貢獻(xiàn)計(jì)算方法的原理為，以裂隙放射源的放射治療劑量公式tg43公式為基礎(chǔ)，結(jié)合射線強(qiáng)度衰減規(guī)律，得到存在遮擋材料的劑量貢獻(xiàn)公式。

一種存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：

(a)設(shè)放射源j坐標(biāo)為(rj，θj，)，則目標(biāo)點(diǎn)i相對(duì)于放射源j的坐標(biāo)為(rij，θij，)；

(b)設(shè)放射源j所在三維空間內(nèi)存在m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i，則第m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i的坐標(biāo)為(rijm，θijm，)；

(c)根據(jù)權(quán)利要求1提供的放射劑量貢獻(xiàn)的計(jì)算方法，得出放射源j在第m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i處的放射劑量貢獻(xiàn)：

其中：sk為空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度；∧為劑量率常數(shù)；g(r，θ)為幾何因子；g(rim，θim)為徑向劑量函數(shù)；f(rim，θim)為方向性函數(shù)；以上均能夠通過裂隙放射源的放射治療劑量公式(tg43)得出，dim則為放射源j在第m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i處的放射劑量貢獻(xiàn)，即存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型；

所有目標(biāo)點(diǎn)的總放射劑量貢獻(xiàn)di為：

該存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型構(gòu)建方法的原理為，以存在遮擋材料的劑量貢獻(xiàn)公式為基礎(chǔ)，構(gòu)建存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型，該三維劑量貢獻(xiàn)分布模型能夠精確表示放射源在遮擋材料后方的輻射范圍和輻射強(qiáng)度，能夠被應(yīng)用的范圍更加廣泛。

存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型作為輔助腫瘤放射治療近距離計(jì)劃制定的應(yīng)用。

為了更好的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，進(jìn)一步地，其應(yīng)用具體過程包括以下步驟：

(a)選擇合適的放射源和遮擋材料，并獲取患者近距離放射治療時(shí)的斷層圖像；

(b)根據(jù)放射源、遮擋材料、斷層圖像的具體情況，確定放射源的駐留點(diǎn)、以及放射源在駐留點(diǎn)的放射時(shí)間；

(c)將權(quán)利要求2所構(gòu)建的存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型輸入商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，通過商業(yè)數(shù)學(xué)軟件結(jié)合放射源的駐留點(diǎn)和放射時(shí)間，模擬出整體放療過程中三維劑量貢獻(xiàn)分布模型；

(d)對(duì)模擬出存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型進(jìn)行實(shí)體驗(yàn)證；

(e)將存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型導(dǎo)入近距離治療計(jì)劃系統(tǒng)中，通過近距離治療計(jì)劃系統(tǒng)配合腫瘤放射治療近距離計(jì)劃的制定。

為了更好的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，進(jìn)一步地，所述步驟(a)中，患者的斷層圖像采用ct機(jī)掃描獲取。

為了更好的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，進(jìn)一步地，所述步驟(a)中，選擇的遮擋材料為鉛或鎢合金。

為了更好的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，進(jìn)一步地，所述步驟(a)中，選擇的放射源為ir192。

為了更好的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，進(jìn)一步地，所述商業(yè)數(shù)學(xué)軟件為matlab軟件。

為了更好的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用，進(jìn)一步地，所述步驟(d)中，對(duì)三維劑量分布模型的驗(yàn)證過程為，將放射源置于模擬的人體內(nèi)環(huán)境中，使用商業(yè)數(shù)學(xué)軟件得出顯示劑量分布的模型，檢測(cè)區(qū)域空間內(nèi)的實(shí)際放射劑量，然后將實(shí)際測(cè)得的放射劑量與模型顯示的劑量進(jìn)行比較。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明提供了一種放射劑量計(jì)算方法，該方法能夠較為精確的得出遮擋材料后方任意一點(diǎn)的放射劑量；

(2)本發(fā)明通過具有遮擋材料的放射劑量計(jì)算方法，構(gòu)建存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型，該三維劑量貢獻(xiàn)分布模型能夠精確表示放射源在遮擋材料后方的輻射范圍和輻射強(qiáng)度，能夠被應(yīng)用的范圍更加廣泛；

(3)本發(fā)明保護(hù)構(gòu)建存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型在于放射治療中的應(yīng)用，其能夠大大提高了近距離計(jì)劃制定的精準(zhǔn)程度，為使用單管施源器與插值針治療的病人帶來的福音。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更為明顯：

圖1為等劑量曲線三維全景圖；

圖2為等劑量曲線三維矢狀面圖；

圖3為等劑量曲線三維冠狀面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。為使本發(fā)明的目的、工藝條件及優(yōu)點(diǎn)作用更加清楚明白，結(jié)合以下實(shí)施實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。此處所描述的具體實(shí)施實(shí)例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例的公開放射源j與目標(biāo)點(diǎn)i之間存在遮擋材料時(shí)，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)i處放射劑量貢獻(xiàn)的方法，具體包括以下步驟：

(1)獲得計(jì)算參數(shù)，包括以下內(nèi)容：

設(shè)放射源j為坐標(biāo)的原點(diǎn)，即放射源j坐標(biāo)為j(0，0，0)，則目標(biāo)點(diǎn)i相對(duì)于放射源j的坐標(biāo)為i(ri，θi，)；

放射時(shí)間t作為放射劑量貢獻(xiàn)的自變量；

遮擋材料厚度li，根據(jù)遮擋材料實(shí)際情況得出；

遮擋材料對(duì)于放射源的平均衰減系數(shù)根據(jù)遮擋材料和放射源性質(zhì)得出；

射線的散射比n，根據(jù)放射源性質(zhì)得出；

(2)利用下列公式進(jìn)行計(jì)算：

其中：sk為空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度；∧為劑量率常數(shù)；g(r，θ)為幾何因子；g(ri，θi)為徑向劑量函數(shù)；f(ri，θi)為方向性函數(shù)；以上均能夠通過裂隙放射源的放射治療劑量公式(tg43)得出，di則為放射源j在目標(biāo)點(diǎn)i處的放射劑量貢獻(xiàn)。

實(shí)施例2：

本實(shí)施公開一種存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：

(a)設(shè)放射源j坐標(biāo)為(rj，θj，)，則目標(biāo)點(diǎn)i相對(duì)于放射源j的坐標(biāo)為(rij，θij，)；

(b)設(shè)放射源j所在三維空間內(nèi)存在m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i，則第m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i的坐標(biāo)為(rijm，θijm，)；

(c)根據(jù)權(quán)利要求1提供的放射劑量貢獻(xiàn)的計(jì)算方法，得出放射源j在第m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i處的放射劑量貢獻(xiàn)：

其中：sk為空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度；∧為劑量率常數(shù)；g(r，θ)為幾何因子g(r，θ)；g(rim，θim)為徑向劑量函數(shù)；f(rim，θim)為方向性函數(shù)；以上均能夠通過裂隙放射源的放射治療劑量公式(tg43)得出，dim則為放射源j在第m個(gè)目標(biāo)點(diǎn)i處的放射劑量貢獻(xiàn)，即存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型；

所有目標(biāo)點(diǎn)的總放射劑量貢獻(xiàn)di為：

實(shí)施例3：

本實(shí)施例公開存在遮擋材料的三維劑量貢獻(xiàn)分布模型作為輔助腫瘤近距離放射治療計(jì)劃制定的應(yīng)用，具體如下：

使用單管后裝施源器作為宮頸癌后裝放射治療計(jì)劃的主體治療裝置，并選擇鉛作為單管后裝施源器的遮擋材料，ir192作為放射源，并使用matlab軟件來模擬單管后裝施源器三維劑量分布模型。

通過普通后裝放療計(jì)劃，得出12個(gè)駐留點(diǎn)，分別是：

x＝-8:0.25:8；y＝x；z＝x；

[x,y,z]＝meshgrid(x)；

xlr1＝0，ylr1＝0，zlr1＝0.5；

xlr2＝0，ylr2＝0，zlr2＝1；

xlr3＝0，ylr3＝0，zlr3＝1.5；

xlr4＝0，ylr4＝0，zlr4＝2；

xlr5＝0，ylr5＝0，zlr5＝2.5；

xlr6＝0，ylr6＝0，zlr6＝3；

xlr7＝0，ylr7＝0，zlr7＝3.5；

xlr8＝0，ylr8＝0，zlr8＝4；

xlr9＝0，ylr9＝0，zlr9＝4.5；

xlr10＝0，ylr10＝0，zlr10＝5；

xlr11＝0，ylr11＝0，zlr11＝5.5；

xlr12＝0，ylr12＝0，zlr12＝6；

以及駐留時(shí)間tn，即

t1＝60.93s，

t2＝53.25s，

t3＝36.20，

t4＝42.02，

t5＝21.45，

t6＝9.64，

t7＝11.84，

t8＝34.84，

t9＝76.68，

t10＝126.17，

t11＝165.05，

t12＝194.51；

然后通過matlab軟件結(jié)合放射源的駐留點(diǎn)、放射時(shí)間、以及放射源的遮擋情況，即

q＝heng_withblockzlg(x，y，z，xlr1，ylr1，zlr1，t1)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr2，ylr2，zlr2，t2)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr3，ylr3，zlr3，t3)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr4，ylr4，zlr4，t4)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr5，ylr5，zlr5，t5)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr6，ylr6，zlr6，t6)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr7，ylr7，zlr7，t7)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr8，ylr8，zlr8，t8)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr9，ylr9，zlr9，t9)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr10，ylr10，zlr10，t10)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr11，ylr11，zlr11，t11)+heng_withblockzlg(x，y，z，xlr12，ylr12，zlr12，t12)；

[p，v]＝isosurface(x，y，z，q，600)；％用isosurface得到函數(shù)f＝0圖形的點(diǎn)和面patch('faces'，p，'vertices'，v，'facevertexcdata'，jet(size(v，1))，'facecolor'，'w'，'edgecolor'，'flat')；％用patch繪制三角網(wǎng)格圖并設(shè)定色彩view(3)；gridon；axisequal。

模擬出整體放療過程中三維劑量貢獻(xiàn)分布模型，模擬后的圖像如圖1，圖2，圖3所示。

然后對(duì)模擬出單管后裝施源器三維劑量分布模型進(jìn)行實(shí)體驗(yàn)證；再將單管后裝施源器三維劑量分布模型導(dǎo)入后裝治療計(jì)劃系統(tǒng)中，通過后裝治療計(jì)劃系統(tǒng)輔助放射治療宮頸癌后裝計(jì)劃的制定。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定所述步驟(a)中，患者的斷層圖像采用ct機(jī)掃描獲取。本實(shí)施例的其他部分與上述實(shí)施例相同，不再贅述。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步限定所述步驟(d)中，對(duì)三維劑量分布模型的驗(yàn)證過程為，將放射源置于模擬的人體內(nèi)環(huán)境中，使用商業(yè)數(shù)學(xué)軟件得出顯示劑量分布的模型，檢測(cè)區(qū)域空間內(nèi)的實(shí)際放射劑量，然后將實(shí)際測(cè)得的放射劑量與模型顯示的劑量進(jìn)行比較。本實(shí)施例的其他部分與上述實(shí)施例相同，不再贅述。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。