[發明專利]醫用直線加速器光子源模型函數的構建方法

有效

• 申請號: 202110645477.5
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113230549B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 白彥靈;崔振國;王業偉;劉奇;馮麗娜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱醫科大學
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10;G06F30/25
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 申星宇

1.一種醫用直線加速器光子源模型函數的構建方法，其特征在于，醫用直線加速器光子源模型包括原射線光子源模型和散射線光子源模型兩部分，該方法包括：

開啟醫用直線加速器，用產生的高能電子束轟擊醫用直線加速器的X線靶，將在初始相空間平面上記錄的靶面上產生的軔致輻射光子信息保存在第一相空間文件中，以及，將相空間平面上記錄的經均整濾過器后的治療光子束光子信息保存在第二相空間文件中；

所述光子信息包括光子在該平面上的落點位置信息、單位動量分量、能量以及粒子類型；

通過光子逆向飛行計算，將第一相空間文件和第二相空間文件轉換為靶平面上的相空間文件，分別記為B-PhSp和R-PhSp；將相空間文件R-PhSp中記錄的光子分離為原射線光子和散射線光子，得到兩個新的相空間文件分別記為p-PhSp和s-PhSp；

根據軔致輻射光子注量分布函數、靶面上注量點發射韌致輻射光子在動量分量上的注量概率分布函數和靶面上注量點發射韌致輻射光子在動量分量方向上被所述均整濾過器吸收的注量概率分布函數構建原射線光子源模型函數；

其中，所述軔致輻射光子注量分布函數為：

以及，

其中，為在N_B(x_s，y_s)的分支比；表示能量為E_i的韌致輻射光子總計數，N_B表示所有能量的韌致輻射光子的總計數；N_B0表示為靶中心點產生的韌致輻射光子計數；σ為靶面產生初始韌致輻射光子分布的標準差，即，擊靶的電子束流的分布標準差，以及，擊靶電子束流的半高寬F WHM＝2.335*σ；

根據韌致輻射光子在動量分量方向的注量分布，并擬合得到韌致輻射光子在動量分量方向的注量分布函數為：

其中，表示在靶中心點產生的第i能量組的韌致輻射光子沿動量的分量方向的注量分布；和為韌致輻射光子中能量為E_i的光子沿動量分量方向上的注量分布標準差，和是函數表達式的系數，等于0度角方向上發射的韌致輻射光子計數，韌致輻射光子飛行的動量方向用單位動量在三維直角坐標系上的投影值表示，即(p_x，p_y，p_z)，并且B表示韌致輻射光子，E_i表示第i條譜線能量，m表示動量，即，和為動量分布的兩個標準差；

所述靶面上注量點發射韌致輻射光子在動量分量上的注量概率分布函數為：

其中，和是韌致輻射光子沿動量分量方向的注量概率分布函數表達式的系數，根據和的歸一計算得到；表示韌致輻射光子在動量分量上的注量概率分布；

根據軔致輻射光子沿動量的分量方向的注量分布與原射線光子沿動量的分量方向的注量分布之差，得到軔致輻射光子在動量分量方向上被所述均整濾過器吸收的注量分布，并擬合得到軔致輻射光子在動量分量方向上被所述均整濾過器吸收的注量分布函數：

其中，表示在動量的分量方向(p_x，p_y)上第i條譜線能量的韌致輻射光子中被均整濾過器吸收的注量分布，該函數多項式是兩個二維高斯函數；和分別為上述兩個二維高斯函數的標準差；和分別是上述兩個高斯函數表達式的系數；

將任一注量點處第i條譜線能量的韌致輻射光子總計數做數學歸一處理，得到靶面上注量點發射韌致輻射光子在動量分量方向上被所述均整濾過器吸收的注量概率分布函數為：

其中，是韌致輻射光子被均整濾過器吸收的概率；和分別是該概率分布模型函數的兩個系數，根據和的數學歸一計算獲得；

根據散射線光子注量分布函數和靶所在的平面上各注量點發射的散射光子在動量分量上的平均注量概率分布函數構建散射線光子源模型函數；

將所述散射光子的相空間文件s-PhSp中所記錄的散射光子的分布區域進行離散化處理，形成像素格，并以像素格為單位獲取0參考平面上的散射光子的注量分布，用雙高斯函數多項式對所述散射光子的注量分布進行擬合，得到散射光子的注量分布函數為：

其中，(x_s，y_s)為0參考平面上的任一點位置坐標，是在注量點(x_s，y_s)的散射光子數，a_i、b_i是能量為E_i的散射光子的注量分布的擬合函數的系數；是能量為E_i的散射光子的注量分布的擬合函數的分布標準差；參量下標中的s表示散射線標識；

靶所在的平面上各注量點發射的散射光子在動量分量上的注量分布的擬合函數為：

上式中，參量a′_i、b′_i、c′_i、d′_i為動量分量上的注量分布的擬合函數的系數；為動量分量上的注量分布的擬合函數的標準差；各個參量的下標中，i表示第i條譜線能量組標識；則，根據散射光子在動量分量上的注量分布函數得到散射光子在動量分量上的平均注量概率分布函數為：

其中，函數定義域r用下面數學方法給出：

散射光子沿動量分量方向的平均注量概率分布函數中的參量a_i、b_i、c_i、d_i、由擬合過程給出，其中a_i、b_i、c_i、d_i為函數的系數，為沿動量分布的分布標準差，參量小標的小寫字母s是散射光子標識。