基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及離子束放射治療領(lǐng)域，尤其涉及一種基于組織水等效系數(shù)的離子束放 射治療計劃劑量驗證方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代常規(guī)放射治療（X射線，電子束，伽馬刀等）治療計劃中劑量計算均以計算機 斷層成像（CT)掃描得到的CT值建立CT-電子密度轉(zhuǎn)換曲線，進而根據(jù)轉(zhuǎn)換所得的組織密 度進行組織不均勻性劑量優(yōu)化計算，從而得出放射治療計劃的劑量分布。主要原因在于，CT 成像原理是X射線與物質(zhì)相互作用，即CT值與線性衰減系數(shù)相對應(yīng)，而線性衰減系數(shù)又與 作用類型和組織電子密度相關(guān)。鑒于現(xiàn)代常規(guī)放射治療計劃制定的基礎(chǔ)是人體CT影像和 其所代表的組織電子密度，因此常規(guī)放射治療計劃驗證通常也采用依賴固體模體CT-電子 密度曲線和模體內(nèi)劑量實測技術(shù)的驗證方法。
[0003] 粒子放射治療領(lǐng)域，離子束治療同樣需要進行不均勻組織校正，由于離子束與物 質(zhì)相互作用主要決定于物質(zhì)電子密度和物質(zhì)的靶原子序數(shù)，換句話說，面對由不均勻組織 構(gòu)成的人體，離子束劑量優(yōu)化計算以CT-電子密度曲線為基礎(chǔ)是不夠的?；谒菢?biāo)準(zhǔn)的 人體組織等效材料，以及離子束在水中的劑量沉積路徑是恒定可測這些特性考慮，目前粒 子放射治療領(lǐng)域通常將各種組織對應(yīng)CT值轉(zhuǎn)換為水等效長度，建立CT-水等效系數(shù)曲線以 供離子束劑量計算使用。
[0004] 現(xiàn)有的治療計劃絕對劑量驗證方法之一主要使用單個電離室和固體水模體。在治 療計劃得到確認(rèn)后，將電離室插入固體水模體中心，進行CT掃描，在治療計劃系統(tǒng)（TPS)上 進行數(shù)字影像重建，勾畫靶體外輪廓和電離室探頭輪廓，設(shè)定電離室探頭中心為坐標(biāo)原點； 移植治療計劃至模體，使等中心位于坐標(biāo)原點處，重新計算模體的劑量分布。最后對模體按 照治療計劃進行照射，獲取測量點的物理吸收劑量絕對值，與該點計劃劑量進行比較。
[0005] 在采用常用的三維適形、調(diào)強放療和三維立體定向放療等精確放療技術(shù)對病人進 行放療之前，需要利用放療計劃系統(tǒng)擬訂病人的放射治療計劃。在正式實施治療前，為了 驗證測試實際實施的照射劑量是否與計劃系統(tǒng)計算所得的期望劑量一致，通常采用所謂的 "均勻體模計劃移植間接類比法"，其步驟如下：
[0006] 1、按照臨床放療要求，醫(yī)務(wù)人員對患者進行CT掃描，并在TPS中進行病人放療計 劃設(shè)計；
[0007] 2、用CT掃描有機玻璃、或固體水制作的均勻模體，獲得體模的CT圖像。這些模體 中可插入電離室進行點劑量測量，或插入二維空氣/半導(dǎo)體電離室矩陣、膠片等進行平面 劑量分布測量；
[0008] 3、將體模的CT圖像輸入放療計劃系統(tǒng)中，進行體模的三維重建，同時獲取體模的 三維密度信息；
[0009] 4、利用TPS將病人放療計劃的全部照射參數(shù)移植到該體模CT圖像中，在體模內(nèi)再 次進行劑量分布計算，得到體模中電離室測量點的劑量值，以及電離室矩陣測量面/膠片 所在平面的二維劑量分布；
[0010] 5、按照計劃設(shè)計參數(shù)，控制醫(yī)用加速器，對體模進行模擬照射，在照射過程中，用 電離室測量關(guān)注點的劑量值，或用電離矩陣/膠片對關(guān)注平面進行二維劑量分布測量，再 將所測劑量值或二維劑量分布與第4步的體模中計算值進行比較。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)的缺點常規(guī)放射治療計劃計算基于CT-組織電子密度曲線進行，離子 束劑量計算不適用。2常規(guī)絕對劑量驗證必須將插入電離室的模體進行CT掃描以獲取實際 的電子密度，這一道操作增加了成本和時間。
[0012] 常規(guī)放射治療計劃絕對劑量驗證中電離室插入固體模體后位置不能再更改，且電 離室金屬電極將影響模體的CT電子密度曲線，因此驗證范圍和待測點劑量計算精確度存 在局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種基于水等效系數(shù)的離子 束放射治療劑量驗證方法。
[0014] 解決的技術(shù)問題如下所述：
[0015] 1，離子束放射治療計劃制定的基礎(chǔ)為CT-水等效系數(shù)轉(zhuǎn)換曲線，因而，基于均勻 水模體進行離子束劑量驗證是合理可行的。
[0016] 2,水模體中插入感興趣點的電離室挪動位置方便，重新計算該點計劃劑量快捷， 且無需重新進行CT掃描，避免了常規(guī)放射治療計劃驗證方法中固體模體所帶來的繁瑣工 序和成本時間浪費。
[0017] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種基于水等效系數(shù)的離子束放射 治療劑量驗證方法，其主要特點在于，包括以下步驟：
[0018] A:獲取腫瘤患者CT影像數(shù)據(jù)，利用TPS，治療計劃系統(tǒng)根據(jù)CT-水等效系數(shù)轉(zhuǎn)換 曲線進行計劃設(shè)計，計劃確認(rèn)后記錄離子束輻射參數(shù)；
[0019] B:基于水等效系數(shù)生成虛擬三維水模體CT圖像，利用TPS將離子束輻射參數(shù)移 植到水模體上，重新進行劑量優(yōu)化計算，得到水模體中三維柵格化劑量分布；
[0020] C:將電離室放入三維水模體中感興趣點位置，根據(jù)電離室靈敏體積在水模體中的 三維坐標(biāo)在三維柵格化劑量分布中進行插值計算，獲得感興趣點計劃劑量。
[0021] D:按照計劃設(shè)計的離子束輻射參數(shù)，控制醫(yī)用重離子加速器對水模體進行模擬照 射，將水模體中電離室所測感興趣點絕對劑量值與計劃劑量進行比較。
[0022] 所述的基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法，所述步驟A包括：
[0023] Al:根據(jù)CT圖像勾畫輪廓數(shù)據(jù)，進行三維圖像重建；
[0024] A2 :根據(jù)離子束照射方式進行射野設(shè)計，配置機器參數(shù)，配置計劃約束條件。
[0025] A3 :利用基于CT-水等效系數(shù)轉(zhuǎn)換曲線的離子束劑量計算模型進行優(yōu)化計算，計 劃評估后記錄離子束輻射參數(shù)。
[0026] 所述的基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法，所述步驟B包括：
[0027] Bl:利用CT-水等效系數(shù)轉(zhuǎn)換曲線，獲取CT圖像中BEV方向入射皮膚至腫瘤靶區(qū) 后延最大距離對應(yīng)的最大水等效長度。根據(jù)腫瘤靶區(qū)最大射野輪廓的外切矩形邊長外擴 5cm的規(guī)則在TPS中生成虛擬水模體CT圖像。
[0028] B2:利用TPS將離子束輻射參數(shù)移植到水模體CT圖像上，重新進行劑量優(yōu)化計算， 得到水模體中三維柵格化劑量分布；
[0029] 所述的基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法，步驟Bl還包括有按照 離子束最大可用能量對應(yīng)水中的射程直接生成標(biāo)準(zhǔn)水模體CT圖像或直接使用CT機器掃描 三維水箱生成水模體CT圖像。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031] 本發(fā)明基于水等效系數(shù)進行計劃設(shè)計和劑量驗證，有效解決了作為傳統(tǒng)放射治療 計劃驗證基礎(chǔ)的CT-電子密度轉(zhuǎn)換曲線無法適用于離子束放射治療計劃制定和驗證的技 術(shù)瓶頸，建立了離子束劑量計算和測量的歸一標(biāo)準(zhǔn)；基于水模體進行離子束劑量測量，水模 體中電離室移動和重定位方便，且無需重新進行CT掃描，避免了常規(guī)放射治療計劃驗證方 法中固體模體所帶來的繁瑣工序和成本時間浪費；驗證模塊直接利用三維插值算法計算計 劃劑量，相比利用TPS大規(guī)模計算來說顯得快捷方便。
【附圖說明】：
[0032] 圖1為本發(fā)明基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法的步驟流程圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法步驟A的步驟流程 圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法步驟B的步驟流程 圖；
[0035]圖4為本發(fā)明基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法試驗驗證例所用 三維劑量驗證裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖中：1.三維測量頭；2.三維電離室夾具；3。電離室；4。束流方向；5.計算機控 制平臺；6.三維劑量測量系統(tǒng)；7。多通道靜電計；8.三維水模體（水箱）；9.三維運動支 臂；10.線纜。
【具體實施方式】
[0037] 以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明， 并非用于限定本發(fā)明的范圍。下面對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細(xì)的說明。
[0038] 實施例1 :見圖1，一種基于水等效系數(shù)的離子束放射治療劑量驗證方法，包括以 下步驟：
[0039]A:獲取腫瘤患者CT影像數(shù)據(jù)，利用TPS根據(jù)CT-水等效系數(shù)轉(zhuǎn)換曲線進行