[发明专利]一种三维剂量反演方法

摘要

一种三维剂量反演方法，是一种利用模体外部测量得到的二维剂量反演得到模体内部的三维剂量，并通过剂量引导计划保证照射剂量与计划剂量一致的技术。可用于核物理、核技术及应用等多学科交叉领域中关于辐射剂量计算、三维剂量测量、剂量学验证与质量保证方向。本发明优点是可以精确快速的获取被照射模体体内的三维剂量，克服了传统点测量或者二维测量难以反映模体内部的三维剂量缺点；另外，通过实时剂量重建的误差反馈，控制放射源的通量，引导放射源按照计划进行质量保证的精确照射，从而实现精确引导照射计划的实施。

主权项

一种三维剂量反演方法，其特征在于实现步骤如下：(1)二维平面透射剂量测量：放射源与二维剂量探测器的中心点垂直，并且位置相对不变，可围绕着等中心点旋转；然后将模体放置三维床上，其中三维床可以沿着三维坐标方向运动；按照计划通量照射部分的计划剂量，利用二维剂量探测器测量得到射线穿过被照射模体后的二维平面透射剂量；(2)外轮廓线函数提取：根据步骤(1)得到的二维平面透射剂量，提取所述二维平面透射剂量的外轮廓线函数F(r′)；(3)重建通量：根据步骤(1)测量得到的二维平面透射剂量，以及步骤(2)所得的外轮廓线函数F(r′)，采用三维剂量反演模型计算得到重建通量；所述三维剂量反演模型的数学表达如下：Min σ = Σ i = 1 M ( D ( r , h ) - D ′ ( r , h ) ) 2 / M - - - ( 1 ) ST： D ( r , z ) = C F ∫ F ( r ′ ) ∫ 0 E max Φ ( E , r c ) p ( E , r - r ′ , z ) dEd r ′ - - - ( 2 ) 其中，Min：反演算法中的最小目标值；ST：约束条件；σ：平均误差；M：测量的数据点个数；Emax：放射源的最大能量；(r，z)：柱坐标系下的三维坐标，r为径向方向，z为深度方向；r′：积分变量；rc：源到等中心面的径向坐标；其中，等中心面为等中心点所在的与水平面平行的面；h：源到二维平面透射剂量所在平面的距离；D(r，z)：三维重建剂量；D(r，h)：离源距离为h的二维重建剂量；D′(r，h)：测量的离源距离为h的二维剂量，即步骤(1)的二维平面透射剂量；CF：非均匀介质相对于纯水的修正因子；p(E，r)：笔形束核函数，采用蒙特卡罗模拟计算放射源在能量为E情况下，纯水中有限小射野情况下的三维剂量，即获得该函数；p(E，r‑r′)：表示笔形束核函数在能量为E情况下，点为(r‑r′)的分布；Φ(E，rc)：在等中心面上，坐标点为rc，能量为E的重建通量；根据步骤(1)测量得到的二维平面透射剂量D(r′，h)，采用反演算法求解等式(1)与等式(2)即可获得重建通量Φ(E，rc)；(4)重建剂量：根据步骤(3)计算得到的Φ(E，rc)重新代入等式(2)，进行积分求解，即得到三维重建剂量D(r，z)；(5)剂量引导计划的质量保证：将步骤(4)所得到的三维重建剂量与计划剂量进行比较，判断误差分布是否在可允许的范围内，如果不满足，则重新调整计划通量，保证计划通量与步骤(3)的重建通量一致；采用步骤(3)的重建通量，照射剩余的计划剂量，最终保证照射剂量与计划剂量尽可能一致。