[发明专利]用于在离子放射疗法治疗计划中对散射进行建模的系统和方法

说明书

提出了一种评估基于离子放射疗法的放射疗法治疗计划的方法，该方法包括以下步骤：‑借助于用于库伦散射的模型，确定散射角在第一角度区间中的离子的多重弹性散射，该第一角度区间具有在选定的截止角处的上限；‑确定散射角在第二角度区间中的离子的多重弹性散射，该第二角度区间具有在选定的截止角处的下限；‑基于分别对于第一角度区间和第二角度区间获得的结果，确定在包括第一角度区间的至少一部分和第二角度区间的至少一部分的范围内的角度的散射。该方法避免了在使用常规方法时发生的粒子在大散射角处的双重计数。

技术领域

本发明涉及一种用于在放射疗法治疗计划中对离子的散射进行建模的系统和方法。

背景技术

向患者提供放射疗法治疗计划受到许多因素的影响，一个重要的因素是患者自身的解剖结构。患者体内的结构变化将导致粒子的散射改变粒子的路径并因此影响所产生的剂量分布。离子穿过的结构的密度也会影响路径长度。

本文讨论的本发明使用质子，但应该清楚，本发明也可以应用于其它离子，并因此不应仅限于质子。

质子在原子核上的弹性散射是由两种力的组合作用引起的：库仑力和强核力。质子和原子核之间的库仑散射是由它们的电荷之间的电磁相互作用引起的。原子核弹性散射是通过在质子和原子核之间借助于强力直接相互作用引起的。在自然界中，这两种力表现为单一的难以区分的相互作用，而且原则上不能相互隔离地研究或测量。

散射过程被称为弹性散射的原因是没有动能被转换成发射物或目标的内部激发能。

在小的前向角上，来自库仑力的散射相对于强力的散射占主导地位。在大角度上，它们具有相似的幅度。

传递穿过组织的质子经历每厘米组织数百万个弹性散射相互作用的量级。在例如剂量的放射疗法计算中，弹性散射相互作用通常通过所谓的多重散射理论而被结合。在这样的理论中，大量的弹性散射被浓缩成更少数量的人造的“多重散射”相互作用。

患者的组织和射程移位器(如果被使用的话)中的多重散射导致原始质子远离布拉格峰区域的稀释、以及由于相对于入射质子的方向以更大的角度散射而产生二次离子的晕圈。必须对该现象进行足够详细的建模，以便能够很好地预测患者体内的剂量沉积。散射的量取决于沿着质子轨道的组织密度和组成。散射将降低布拉格峰区域中的剂量，有时是基本上降低。当晕圈从入射质子的轨道带走不可忽略量的能量时，散射还将导致具有场尺寸和场形状的复杂的剂量变化。因此，为离子治疗计划的目的而设计的任何计算机程序都必须考虑多重散射。

存在用于对电子和正电子多重散射进行建模的常规方法。例如，用于多重散射的Goudsmit-Saunderson(GS)理论传统上应用于一些放射疗法治疗计划系统中的电子弹性散射。对于质子疗法，这种用于对粒子散射进行建模的方法通常产生不正确的结果，尤其是在一些角度范围内产生不正确的结果。

GS理论仅对由库仑力引起的多重散射进行建模。它不包括由强核力引起的原子核弹性散射。

发明内容

本发明的目的是获得质子多重散射的可靠模型，该模型更准确地反映基于离子的放射疗法中的质子和其他离子的散射。

本发明提出了一种用于对质子放射疗法中的多重散射进行建模的基于计算机的方法。该方法包括以下步骤：

-借助于用于库伦散射的模型，确定散射角在第一角度区间中的离子的多重弹性散射，所述第一角度区间具有在选定的截止角处的上限；

-确定散射角在第二角度区间中的离子的多重弹性散射，所述第二角度区间具有在所述选定的截止角处的下限；

-基于分别对于所述第一角度区间和所述第二角度区间获得的结果，确定角度在包括第一角度区间的至少一部分和第二角度区间的至少一部分的范围内的散射。