电子直线加速器的源模型建立方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种电子直线加速器的源模型建立方法及装置。
【背景技术】
[0002]医用直线加速器是生物医学上的一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置。目前国际上，在放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。
[0003]由于生产工艺、工作环境等原因，例如，电子直线加速器各部件的安装位置、所处环境的温度、湿度，以及仪器磨损等，每台电子直线加速器的输出参数，例如能谱、束斑大小、散射粒子的比例等并不会完全相同，这就需要对每一台电子直线加速器进行建模，通过不断修改模型中的参数，达到计算得出的三维剂量分布与实际测量得到的三维剂量分布在误差允许的范围之内。
[0004]蒙特卡罗方法是一种随机抽样方法，通过建立一个与求解有关的概率模型或随机现象来求得所要解决的问题的解。蒙特卡罗方法精度高，受限少，是公认的最为精确的模拟方法，广泛应用于数理计算、工程技术、医药卫生等领域。在实际应用中，通常采用蒙特卡罗模拟方法对电子直线加速器进行建模。
[0005]现有的医用电子直线加速器的蒙特卡罗源模型的建立存在两种方法，第一种方法是采用虚拟源模型方法，采用多个虚拟源模拟真实源，但是由于虚拟源的分布与实际源的分布并不相同，采用虚拟源模型方法与实际源有较大的差异。另一种方法是采用测量数据反推能谱与通量，以此来模拟真实源，但是由于反推计算的解的非精确性，重建的能谱和通量与实际情况可能并不相同，并且能谱和通量并不能完全反映真实源的全部信息，因此也同样存在较大误差。
【发明内容】
[0006]本发明实施例解决的问题是提供一种高精度的源模型的建立方法。
[0007]为解决上述问题，本发明实施例提供一种电子直线加速器的源模型建立方法，包括:
[0008]将预存的相空间文件中的粒子信息计算得到的三维剂量信息与所述电子直线加速器测得的三维剂量信息进行比较；
[0009]当二者存在差异时，调整所述相空间文件中的粒子信息对应的参数，重新计算三维剂量，直至所述相空间文件中的粒子信息计算得到的三维剂量信息与所述电子直线加速器测得的三维剂量信息的误差处于预设的误差范围内；
[0010]所述预存的相空间文件为记录粒子信息的文件，采用预先选取的电子直线加速器的治疗头的结构部件和束流的物理参数建立蒙特卡罗源模型，采用所述蒙特卡罗源模型模拟所述预先选取的电子直线加速器的粒子行为，得到记录所述粒子信息的文件。
[0011]可选的，所述粒子信息包括:粒子的能量、速度、位置、权重、类型、电荷以及粒子的来源。
[0012]可选的，所述粒子的来源包括:散射粒子和非散射粒子，所述散射粒子包括与预设的标记部件发生碰撞的粒子。
[0013]可选的，所述预设的标记部件包括以下至少一种:初级准直器、均整器、次级散射箔、次级准直器、多叶准直器以及限光筒。
[0014]可选的，所述预存的相空间文件包括:记录不同部件之间粒子信息的相空间文件，以及记录同一部件不同位置的粒子信息的相空间文件。
[0015]可选的，所述直线加速器的治疗头和束流的物理参数包括:束流大小、空间位置、入射方向、电子能谱，以及所述治疗头结构部件的几何形状和材料成分。
[0016]可选的，所述电子直线加速器的治疗头的结构部件包括:移动靶、初级准直器、电离室、散射箔、次级准直器、多叶准直器以及限光筒。
[0017]可选的，所述移动靶包括以下至少一种:适于产生电子源的空靶或散射箔，适于产生用于治疗的光子的高原子序数靶，以及适于产生用于成像的光子的低原子序数靶。
[0018]可选的，所述预存的相空间文件采用对称压缩方式存储。
[0019]为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种电子直线加速器的源模型建立装置，包括:
[0020]比较单元，用于将预存的相空间文件所对应的粒子信息计算得到的三维剂量信息与所述电子直线加速器测得的三维剂量信息进行比较；
[0021]调整单元，用于当二者存在差异时，调整所述相空间文件中的粒子信息对应的参数，重新计算三维剂量，直至所述相空间文件中的粒子信息计算得到的三维剂量信息与所述电子直线加速器测得的三维剂量信息的误差处于预设的误差范围之内；
[0022]其中，所述预存的相空间文件为记录粒子信息的文件，采用预先选取的电子直线加速器的治疗头的结构部件与束流的物理参数建立蒙特卡罗源模型，采用所述蒙特卡罗源模型模拟所述预先选取的电子直线加速器的粒子行为，得到记录所述粒子信息的文件。
[0023]与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点:
[0024]采用预先选取的电子直线加速器的治疗头的结构部件和束流的物理参数建立蒙特卡罗模型，模拟电子直线加速器的粒子行为，生成对应的相空间文件。通过调整相空间文件中粒子信息的参数，当相空间文件中的粒子信息计算得到的三维剂量信息与电子直线加速器测得的三维剂量信息的误差处于预设的误差范围内时，完成对电子直线加速器建立源模型。由于是采用真实的电子直线加速器的治疗头结构部件和束流的物理参数，相比于现有技术，建立的加速器源模型的精度更高，更贴近实际的加速器源。
[0025]进一步，通过记录不同部件之间粒子信息，以及记录同一部件不同位置的粒子信息，将散射粒子进行分类，分别对不同的散射粒子进行优化，可以有效地减少由于散射效应所产生的精度差的问题。
[0026]此外，采用电子直线加速器结构对称的特点，将预存的相空间文件采用对称压缩方式进行存储，可以有效地减少相空间文件存储所占用的空间，提高存储空间的利用率。
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例中的一种电子直线加速器的源模型建立方法的流程图；
[0028]图2是本发明实施例中的一种相空间文件生成方法的流程图；
[0029]图3是本发明实施例中的一种电子直线加速器的源模型建立装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]现有的医用电子直线加速器的蒙特卡罗源模型的建立存在两种方法，第一种方法是采用虚拟源模型方法，采用多个虚拟源模拟真实源，但是由于虚拟源的分布与实际源的分布并不相同，采用虚拟源模型方法与实际源有较大的差异。另一种方法是采用测量数据反推能谱与通量，以此来模拟真实源，但是由于反推计算的解的非精确性，重建的能谱和通量与实际情况可能并不相同，并且能谱和通量并不能完全反映真实源的全部信息，因此也同样存在较大误差。
[0031]本发明实施例中，根据预先选取的电子直线加速器的治疗头的结构部件和束流的物理参数建立蒙特卡罗模型，模拟电子直线加速器的粒子行为，生成对应的相空间文件。通过调整相空间文件中粒子信息的参数，当相空间文件中的粒子信息计算得到的三维剂量信息与电子直线加速器测得的三维剂量信息的误差处于预设的误差范围内时，完成对电子直线加速器建立源模型。由于是采用真实的电子直线加速器的治疗头结构部件和束流的物理参数，相比于现有技术，建立的加速器源模型的精度更高，更贴近实际的加速器源。
[0032]为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0033]本发明实施例提供了一种电子直线加速器的源模型建立方法，参照图1，以下通过具体步骤进行详细说明。
[0034]步骤S101，将预存的相空间文件中的粒子信息计算得到的三维剂量信息与所述电子直线加速器测得的三维剂量信息进行比较。
[0035]在具体实施中，相空间文件可以是预先生成的，保存在电子直线加速器系统中。
[0036]在本发明实施例中，相空间文件可以是记录粒子信息的文件。例如，相空间文件中记录的是治疗头与模体之间的所有粒子的信息。粒子的信息可以包括:粒子的能量、粒子的速度、粒子的位置、粒子的权重、粒子的类型、粒子的电荷以及粒子的来源等，粒子的信息还可以包括粒子的方向或粒子的其他信息，此处不做一一赘述。
[0037]在本发明实施例中，粒子的来源可以包括散射粒子和非散射粒子两种。其中，散射粒子可以是与部件发生碰撞之后方向改变的粒子。在本发明一实施例中，散射粒子是指与预设的标记部件发生碰撞的粒子。在本发明另一实施例中，散射粒子是指与标记部件发生碰撞的粒子以及与其他部件发生碰撞的粒子。非散射粒子是指未与标记部件发生碰撞的粒子。
[0038]预设的标记部件可以包括初级准直器、均整器、次级准直器、多叶准直器、限光筒中的一种或多种，例如，在本发明一实施例中，预设的标记部件包括初级准直器、均整器和次级准直器，则与初级准直器或次级准直器发生碰撞的粒子均为散射粒子。又如，在本发明另一实施例中，预设的标记部件包括初级准直器、次级准直器、多叶准直器以及限光筒。在本发明实施例中，用户也可以根据实际需要，自行设定标记部件。
[0039]在本发明一实施例中，参照图2，可以通过下列步骤生成相空间文件。
[0040]步骤S201，获取预先选取的电子直线加速器的治疗头结构部件和束流的物理参数。
[0041]在本发明一实施例中，在生成相空间文件之前，需要获取实际应用的电子直线加速器的治疗头结构部件和束流的物理参数。
[0042]其中，电子直线加速器的治疗头结构部件包括:移动靶、电离室、散射箔、移动盘、初级准直器、次级准直器、多叶准直器以及限光筒等。真实的束流物理参数包括:粒子的束流大小、空间位置、入射方向、电子能谱，以及电子直线加速器各结构部件的几何形状和材料成分等。
[0043]在本发明一实施例中，初级准直器上安装有均整器、电子散射箔、空孔以及十字叉丝等，初级准直器在移动过程中，可以切换移动靶处于不同的工作模式。移动靶具有多个档位，包括空靶或散射箔、高原子序数靶、低原子序数靶中的一种或多种。当移动靶处于空靶或散射箔档位时，电子束以垂直于散射箔的平面入射，产生电子源。当移动靶处于高原子序数靶档位时，电子束以垂直于高原子序数靶的平面入射，产生治疗用的光子。当移动靶处于低原子序数靶档位时，电子束以垂直于低原子序数靶的平面入射，产生成像用的光子。
[0044]步骤