基于体元活度的精确模拟核医学非均匀剂量分布方法

摘要

发明公开了一种基于体元活度的精确模拟核医学非均匀剂量分布的方法，其特征是基于患者的解剖图像，建立患者材料与密度模型。将所有活度大于零的体元都看作为体积相同的独立体元源，其源粒子发出位置与活度分布区域相结合，源粒子权重与发出位置所属体元的相对活度相结合，利用经典蒙特卡罗程序EGSnrc的粒子输运模型进行粒子输运模拟，获得初始活度对应的剂量分布，基于放射性核素活度衰减的单指数模型，将初始活度剂量分布转化为累积活度剂量分布。本发明以源粒子输运参数与活度分布及活度相对强度相结合的方法，避免了小体积源空间位置抽样的低效率，和常规活度图分箱处理、体源局部均匀化方法所造成的数据伪影，有效改进了非规则、非均匀活度分布源的计算精度和粒子抽样速度。

主权项

1.一种基于体元活度的精确模拟核医学非均匀剂量分布的方法，其特征在于按如下步骤进行：步骤1、在患者解剖图像中进行病灶和危及器官区域的勾画，并基于患者解剖图像建立患者的材料与密度模型，对勾画出的病灶和危及器官在材料与密度模型中的所有体元一一对应地给出材料编号；步骤2、对于注射有携带放射性核素的抗体的患者的病灶部位，按照患者的功能影像提供的核素初始活度空间分布图像，获取患者体内核素初始活度空间分布信息；步骤3、将步骤2所获取的核素初始活度空间分布信息中每一个活度大于零的体元都看作为一个体积相同的独立的体元源，归一化处理所有体元活度得到每个体元源的相对权重，所述归一化处理是以每个体元的活度除以所有体元活度的总和，分别得到每个体元归一化后的相对活度，将所述每个体元的相对活度分别作为相应的体元源的权重，所有由相应的体元源发出的源粒子的权重等于所述源粒子出发的体元源的权重，以所述源粒子的权重对源粒子的剂量分布进行标定，则第i个体元的剂量dose_i为：${\mathrm{dose}}_i=\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{weight}}_j·d_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)$式(1)中，d_ij为第j个体元源对第i个体元的剂量，weight_j为第j个体元源的权重，则，${\mathrm{weight}}_j=\frac{{\mathrm{VA}}_j}{\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\mathrm{VA}}_k}---\left(2\right)$式(2)中，VA_j为第j个体元源的活度，为所有体元源的活度总和；步骤4、根据步骤3所得到的每个体元归一化后的相对活度，对从体元源发出的源粒子的出发位置进行抽样判断，所述抽样判断是首先随机抽样源粒子的出发位置，只要所抽到的体元相对活度大于0，则判断为成功抽样的源粒子；赋予所述成功抽样的源粒子的权重为该源粒子所发出的体元的相对活度；利用经典蒙特卡罗程序EGSnrc的粒子输运模型进行粒子输运模拟，得到核素初始体元活度分布对应的剂量分布{dose_i}：步骤5、基于放射性核素活度衰减的单指数模型，利用核素初始体元活度和生物有效廓清半衰期，将核素初始体元活度分布对应的剂量分布{dose_i}转化为累积活度剂量分布，则第i个体元的累积活度剂量AD_i为：${\mathrm{AD}}_i={\mathrm{dose}}_i\times {\tilde{A}}_i---\left(3\right)$式(3)中，为放射性核素施与人体的第i个体元的累积活度；步骤6、利用步骤1建立的患者材料和密度模型中的材料编号，分拣出病灶和危及器官的体元剂量。