[發明專利]存在遮擋材料的三維劑量貢獻分布模型構建方法及其應用

在審

• 申請號: 201710084560.3
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN107041999A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 龐皓文
• 申請（專利權）人: 西南醫科大學附屬醫院
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙)51228
• 代理人: 張鳴潔

技術領域

本發明涉及腔內放射性治療技術領域，具體是指存在遮擋材料的三維劑量貢獻分布模型構建方法及其應用。

背景技術

放射性是指元素從不穩定的原子核自發地放出射線，(如α射線、β射線、γ射線等)而衰變形成穩定的元素而停止放射(衰變產物)，這種現象稱為放射性。放射能夠應用的領域有很多，如工業上的核能發電、消除靜電，農業方面了解肥料的吸收以及流失滅蟲，考古方面能夠應用于鑒定古物所屬的年代，其中最為重要應用在于醫學方面，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，與手術治療、化學藥物治療組成了腫瘤三大治療手段。統計數字表明，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內，殺滅腫瘤細胞，而使周圍正常組織少受或免受不必要的照射。

三維腔內近距離治療是放射治療的一種形式，可以將放射源精準的放置于惡性腫瘤之內或附近，利用高能射線對腫瘤細胞進行殺傷，具有直接殺傷腫瘤、治療效果好、復發率低的優點，廣泛應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化駐留點位置與時間形成包饒腫瘤的處方劑量曲線，但是對于腫瘤三維空間分布變化較大時會造成劑量線包繞不全腫瘤區，或如果劑量線包繞全腫瘤區則會造成周圍正常組織超過限制劑量，引起放射性并發癥。

現有近距離施源器，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，前后方劑量比兩側低，這樣就有效保護了正常組織，減少患者放射治療后的放射并發癥，然而，三管施源器設計較為復雜，體積較大，在使用其為病人進行治療時，病人需要承受較大痛苦；插值針施源器，對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間長、病人難以忍受。后經發現，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實現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，能夠根據需求，減少放射過程中，射線對正常組織的劑量，避免正常組織因放射引起的并發癥，而單管施源器只有一個根施源管，在使用和操作時都較為容易，病人在治療過程中，基本沒有痛苦。

但是傳統的近距離治療系統中，構建的三維劑量分布模型，針對的是未經過遮擋的放射源，由于放射源經過遮擋材料的遮擋，射線會被遮擋材料吸收，并發生散射等，再使用原有的三維劑量分布模型，則在近距離治療系統中會出現較大誤差，導致整個放療近距離計劃的不準確，因此有必要根據新的有遮擋材料的施源器，構建一個新的三維劑量分布模型。

發明內容

本發明的目的在于提供一種存在遮擋材料的放射劑量貢獻的計算方法。

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

本發明的還有一個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用。

本發明通過下述技術方案實現：一種放射劑量貢獻的計算方法，放射源j 與目標點i之間存在遮擋材料，計算目標點i處放射劑量貢獻的方法，具體包括以下步驟：

(1)獲得計算參數，包括以下內容：

設放射源j為坐標的原點，即放射源j坐標為j(0，0，0)，則目標點i 相對于放射源j的坐標為i(r_i，θ_i，)；

放射時間t作為放射劑量貢獻的自變量；

遮擋材料厚度L_i，根據遮擋材料實際情況得出；

遮擋材料對于放射源的平均衰減系數根據遮擋材料和放射源性質得出；

射線的散射比n，根據放射源性質得出；

(2)利用下列公式進行計算：

其中：S_k為空氣比釋動能強度；∧為劑量率常數；G(r，θ)為幾何因子； g(r_i，θ_i)為徑向劑量函數；F(r_i，θ_i)為方向性函數；以上均能夠通過裂隙放射源的放射治療劑量公式(TG43)得出，d_i則為放射源j在目標點i處的放射劑量貢獻。

該放射劑量貢獻計算方法的原理為，以裂隙放射源的放射治療劑量公式 TG43公式為基礎，結合射線強度衰減規律，得到存在遮擋材料的劑量貢獻公式。

一種存在遮擋材料的三維劑量貢獻分布模型構建方法，包括以下步驟：