基于医用直线加速器照射束特征建立照射源模型的方法

摘要

本发明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。

主权项

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d_max处和照射等中心点C深度处的离轴比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d_max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处测量离轴比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d_max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相结合，模拟光子源和污染电子源在标准水模中合成的剂量分布，获得典型规则野的模拟离轴比OAR，通过对所述典型规则野的模拟离轴比OAR和测量离轴比OAR在半影区的符合情况，微调步骤2获得的已知医用直线加速器照射野内出射粒子角度分布规律中的照射野内任意一等面积网格区域内的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的系数，获得待建模型医用直线加速器的出射粒子角度分布规律；所述半影区是指相应深度处的离轴比OAR与照射中心轴交点处的数据的80％～20％区域内部分；步骤7、由步骤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的污染电子能谱、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合成比例，以及步骤6获得的待建模型医用直线加速器的出射粒子角度分布规律，构成待建模型医用直线加速器的照射源模型；所述标准水模(1)是指临床上用于标定医用直线加速器的由水的等效替代材料制成的模体。