[发明专利]用于离子放射疗法的系统及计算机系统、程序存储器

说明书

一种执行用于离子放射疗法的剂量计算的方法，该方法通过将体素的一部分近似为空气腔来补偿组织，在所述组织中，在体素内的密度可能不均匀的。对于每个剂量体素，所述体素被内接在包括多个单元格的三维网格中，并且基于在与该体素交叠的至少一个单元格中的单元格样式来计算透过该体素的离子传播。优选地，体素是以使得所述体素与至少一个单元格完全交叠的方式内接在三维网格中的。每个单元格包括代表与组织密度相对应的第一密度的第一部分和代表与空气密度相对应的第二密度的第二部分，第一部分和第二部分形成单元格样式。

技术领域

本发明涉及一种用于肺部组织的离子放射疗法的方法。

背景技术

使用诸如质子之类的离子在患者体内沉积能量的放射疗法具有许多优势。

在基于离子的放射疗法中，每个离子将朝向其路径末端发射其大部分能量，从而形成所谓的布拉格峰。治疗计划中的关键问题是确保所有射束的布拉格峰都置于治疗体积内，用以使治疗体积的所有部分均接收到规定的剂量，同时使到周围体积的剂量降至最低。

布拉格峰的位置受每个离子的动能Tp的影响。Tp的值被选择成使得具有最低能量的离子将停止在治疗体积的最近的端部的区域中，而具有最高能量的离子将停止在治疗体积的最远的端部的区域中。因此，基于离子的放射疗法允许高精度地递送剂量，从而使得对待治疗的体积之外的组织的损害最小化。

具有分形特性的组织，例如肺部组织，由于其是非均质的而造成了特定的困难。相反，该组织包括不规则样式的空气腔和比空气密度更高的组织。例如，肺部组织包括称为肺泡的不规则样式的空气腔。肺部组织的结构以与通过均质组织的轨迹相比引起误差的方式影响离子的轨迹。目前使用的 CT成像系统不能提供足够高的分辨率来看到各个空气腔。相反，CT图像将返送回肺部组织中密度的平均值。

与具有均质组织的情况相比，空气腔将导致布拉格峰变宽。使用作为离子疗法剂量计算的基础的平均值将导致不精确的能量传递的建模。

发明内容

本发明的一个目的是增加对于诸如质子放射疗法之类的离子疗法在肺部组织中对放射疗法剂量进行建模的准确性。

本发明涉及执行用于离子放射疗法的剂量计算的方法，该方法包括以下步骤：

a.对于待治疗的体积中的每个剂量体素，将每个剂量体素识别为分形组织体素，例如肺部剂量体素，

b.将体素内接在包括多个单元格的三维网格中，优选地使所述体

素与至少一个单元格完全地交叠；

c.其中每个单元格包括：代表与组织密度相对应的第一密度的第一部分、以及代表与空气密度相对应的第二密度的第二部分，所述第一部分和第二部分形成单元格样式，以及

d.基于在与所述体素交叠的至少一个单元格中的单元格样式，计算透过体素的离子传播。

本发明提出了包括肺泡的肺部的数学近似，其可以用于计算透过体积的离子传播，该体积包括具有第一密度的组织部分和具有基本上零密度的空气部分。这优于如上所述的在整个体积中使用一个平均密度值，因为该平均值不能体现出影响离子传播的密度变化。

本发明提出的方法目的是使由肺泡结构引起的不确定性最小化。该方法涉及创建包括空气腔的组织的模型，其中组织内的空气腔的相对尺寸产生模型的实际平均密度。

本发明使得能够表示足够接近实际肺泡几何形状的肺泡，用以在离子放射疗法治疗计划中产生令人满意的结果。尽管网格中的空气腔的形状与实际肺部中的肺泡的形状和尺寸不完全对应，但是带有内接的空气腔的网格结构将足够准确地模拟离子透过实际肺部的轨迹。同时，实施起来很简单，并且所涉及的计算工作可以通过当前的放射疗法计划系统进行管理。根据一些情况发现，计算时间会增加3-10倍。