一种引入生物辐射敏感性参数对正常组织并发症概率影响的方法

摘要

本发明公开了一种引入生物辐射敏感性参数对正常组织并发症概率影响的方法，其特征是基于简单正常组织器官模型，计算得到器官模型的剂量和生物有效剂量BED分布，归箱处理BED分布计算得到总生存分数SF，利用SF计算得到器官模型有效均匀剂量EUD，将NTCPLKB模型50％并发症所对应的广义有效均匀剂量gEUD置换成核素50％并发症所对应的有效均匀剂量EUD，利用EUD模型中包含的多种辐射敏感性参数，引入辐射敏感性参数对正常组织并发症概率的影响。本发明方法克服了现有NTCP LKB模型仅反映剂量变化对正常组织器官功能的损伤影响，而不能反映不同生物个体对相同剂量分布反应差异的局限性，可为放射临床工作者提供有价值的辐射生物学毒性预测依据。

主权项

1.一种引入生物辐射敏感性参数对正常组织并发症概率影响的方法，其特征在于按如下步骤进行：步骤1、建立正常组织器官的简单模型建立一个正方体的正常组织细胞群模型A1，所述正常组织细胞群模型A1包含有一个球形器官模型A2，以所述球形器官模型A2表示一个被正常组织细胞群包围的人体器官，整个正方体的正常组织细胞群模型A1是由大小相同的球形细胞所构成，细胞的材料为均匀水介质；步骤2、利用细胞S因子和卷积方法实现剂量分布计算建立两个大小相同的球形细胞模型B1和B2，利用蒙特卡罗算法模拟得到所述两个球形细胞模型B1和B2不同中心距离变化情况下的细胞S因子列表，根据所述细胞S因子列表对应得到正常组织器官模型A1的细胞S因子分布数据，利用三维快速傅里叶卷积算法3-DFFT实现球形器官模型A2中以细胞为单位的剂量分布计算；步骤3、计算生物有效剂量BED和总生存分数SF采用临床文献数据，计算得到球形器官模型A2中，以细胞为单位的生物有效剂量BED分布，并对BED分布进行归箱处理，计算得到球形器官模型A2的总生存分数SF；所述球形器官模型A2中第i个细胞的BED_i按式(1)计算：${\mathrm{BED}}_i=(\frac{\stackrel{·}{D}(t=0)}{{\lambda }_{\mathrm{eff}}}-\frac{0.693}{{\mathrm{\alpha \lambda }}_{\mathrm{eff}}{T}_{\mathrm{av}}})*(1+\frac{\stackrel{·}{D}(t=0)}{(\mu +{\lambda }_{\mathrm{eff}})(\alpha /\beta )})$$-\left(\frac{0.693}{\alpha T_{\mathrm{av}}}\right)(-\frac{1}{{\lambda }_{\mathrm{eff}}}\ln \left(\frac{0.693}{\stackrel{·}{D}(t=0)\alpha T_{\mathrm{av}}}\right))---\left(1\right)$式(1)中，μ是细胞指数修复常量，是核素的初始剂量率，α和β为生物体辐射敏感性参数，λ_eff为有效廓清常量，T_av为平均细胞克隆双倍时间；总生存分数SF按式(2)计算：$\mathrm{SF}=\underset{j}{\overset{N}{\Sigma }}P\left({\psi }_j\right)e^{-\alpha {\psi }_j}\Delta {\psi }_j---\left(2\right)$式(2)中，P(ψ_j)是BED_i归箱处理后得到的BED-体积直方图的归一化分布函数，ψ_j是BED第j箱的中间值，Δψ_j是第j箱的宽度值；步骤4、计算有效均匀剂量EUD利用步骤(3)所得到的总生存分数SF，按式(3)计算得到球形器官模型A2的有效均匀剂量EUD：$\mathrm{EUD}=-\frac{1}{\alpha }\ln \left(\mathrm{SF}\right)---\left(3\right)$式(3)中，α为生物体辐射敏感性参数，SF是球形器官模型A2中的所有细胞的总生存分数；步骤5、确定50％并发症有效均匀剂量EUD₅₀按照EUD随平均剂量的变化关系曲线设发生50％并发症的剂量为D₅₀，按所述的D₅₀对照所述变化关系曲线，确定对应的50％并发症有效均匀剂量EUD₅₀；步骤6、计算正常组织并发症概率NTCP设置正常组织并发症概率NTCP的LKB EUD模型如式(4)$\mathrm{NTCP}\left(\mathrm{EUD}\right)=\frac{1}{\sqrt{2\pi }}\underset{-\infty }{\overset{t}{\int }}\exp ({-u}^2/2)\mathrm{du}---\left(4\right)$式(4)中：t＝(EUD-EUD₅₀)/(EUD₅₀m)；EUD₅₀为50％并发症有效均匀剂量；m为曲线最大斜率的倒数，m是临床经验参数；u为积分变量；将步骤(4)所获得的EUD和步骤(5)所获得的EUD₅₀代入式(4)计算得到NTCP；步骤7、分别变化各辐射敏感性参数的取值，按式(4)计算得到对应的NTCP；所述辐射敏感性参数包括：细胞指数修复常量μ，生物体辐射敏感性参数α和β，有效廓清常量λ_eff和平均细胞克隆双倍时间T_av。