硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法与流程

1.本发明一方面涉及一种放射治疗系统，尤其涉及一种硼中子捕获治疗系统；本发明另一方面涉及一种治疗计划生成方法，尤其涉及一种硼中子捕获治疗系统的治疗计划生成方法。


背景技术：

2.随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。
3.为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,rbe)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗(boron neutron capture therapy,bnct)，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。
4.三维模型广泛应用于科学实验分析、科学实验模拟领域。比如在核辐射与防护领域，为了模拟人体在一定辐射条件下的吸收剂量以帮助医生制定治疗计划，常常需要利用计算机技术对医学影像数据进行各种处理建立精确的蒙特卡罗软件需要的晶格模型，并结合蒙特卡罗软件进行模拟计算。在中子捕获治疗领域根据医学影像数据建立蒙特卡罗软件所需的晶格模型并进行剂量计算和评估时，需要在模型中定义每个晶格反映的生物体基本信息，如组织种类、硼浓度信息等，信息的准确性和精确度决定了剂量计算结果的可靠度。而通常硼浓度信息是根据血样检验或切片检验获得样本的硼浓度数据，以此推算相应的组织和肿瘤硼浓度，从而在对应的模型区域中给定区域硼浓度值，这样给定的硼浓度信息没有考虑生物体内真实的硼药分布及硼药随时间的代谢情况，进而影响剂量计算结果的可靠度。
5.因此，有必要提出一种硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的缺陷，本发明的一个方面提供一种硼中子捕获治疗系统，包括中子束照射装置、治疗计划模块和控制模块。中子束照射装置用于在照射治疗时产生治疗用中子束并照射到摄入含硼(
10
b)药物的被照射体形成被照射部位。治疗计划模块根据所述被照射部位的医学影像数据和所述中子束照射装置产生的所述治疗用中子束的参数进行剂量模拟计算并生成治疗计划，所述被照射部位的医学影像数据包括组织相关信息和硼(
10
b)浓度相关信息。控制模块从所述治疗计划模块调取与所述被照射体对应的所述治疗计
划，并控制所中子束照射装置按照所述治疗计划对所述被照射体进行照射治疗。根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息进行剂量模拟和制定治疗计划，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。
7.进一步地，所述治疗计划模块根据所述组织相关信息建立对应的带有组织种类数据的三维体素假体组织模型，根据所述硼浓度相关信息给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定硼浓度数据，更加符合实际情况。
8.作为一种优选地，所述组织相关信息通过所述被照射部位的非放射性核素医学影像获得，所述治疗计划模块根据所述非放射性核素医学影像数据与组织种类之间的转换关系自动定义或手动定义所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的组织种类。三维体素假体组织模型是根据医学影像数据与组织种类之间的转换关系建立的，更加精确地提供组织种类(元素组成)，建立的几何模型更加匹配于医学影像数据反应出的真实情况。进一步地，所述非放射性核素医学影像为ct。
9.作为一种优选地，所述硼浓度相关信息通过所述被照射部位的放射性核素医学影像获得，所述被照射体摄入放射性标记的含硼药物或与含硼药物的肿瘤细胞亲和性近似的非含硼药物用于进行所述放射性核素医学影像扫描，所述治疗计划模块根据所述放射性核素医学影像数据与硼浓度之间的转换关系自动定义或手动定义所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度。进一步地，所述放射性核素医学影像为pet，所述放射性标记的含硼药物为
18
f-bpa。
10.作为一种优选地，所述硼浓度相关信息包括被照射体体重(body weight)、施打药物药量(injection dose)、药物活性测量时间(measure time)、造影时间(scan time)、放射性核素半衰期(half time)和影像晶格强度(image pixel intensity
pixel
)，所述治疗计划模块根据所述硼浓度相关信息计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，所述治疗计划模块根据计算结果给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。进一步地，所述治疗计划模块根据所述硼浓度相关信息计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度包括：
11.采用公式一计算近似的血液影像晶格强度image pixel intensity
blood
：
[0012][0013]
其中，suv
blood
为血液的标准摄取值，calibration factor为医学影像扫描设备的校正值；
[0014]
采用公式二计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度对血液硼浓度的比值：
[0015][0016]
其中，b
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，b
blood
为血液硼浓度，suv
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的标准摄取值。
[0017]
进一步地，所述治疗计划模块通过蒙特卡罗模拟程序模拟所述三维体素假体组织模型单位时间的硼剂量(db)、快中子剂量(df)、超热中子剂量(d
epi
)、热中子剂量(d
th
)及光子剂量(d
γ
)，并采用公式三计算所述三维体素假体组织模型的等效剂量率d：
[0018]
d(gy-eq)＝cbe
×bpixel
(ppm)
×
db(gy/ppm)+rbef×df
(gy)+rbe
epi
×depi
(gy)+rbe
th
×dth
(gy)+rbe
γ
×dγ
(gy)
ꢀꢀ
(公式三)
[0019]
其中，cbe为含硼药物的单位浓度的化合物生物效应，rbef为快中子的相对生物效应，rbe
epi
为超热中子的相对生物效应，rbe
th
为热中子的相对生物效应，rbe
γ
为光子的相对生物效应。
[0020]
作为一种优选地，所述治疗计划模块根据所述中子束照射装置产生的所述治疗用中子束的参数和带有所述组织种类、硼浓度数据的所述三维体素假体组织模型通过蒙特卡罗模拟程序模拟所述被照射部位进行所述治疗用中子束的照射治疗时的物理剂量率分布。
[0021]
进一步地，所述治疗计划模块根据不同照射角度取样模拟计算的所述等效剂量率分布进行优选，并选择出至少一个照射角度。
[0022]
本发明的另一个方面提供一种硼中子捕获治疗系统的治疗计划生成方法，其特征在于，包括：根据被照射部位的医学影像数据的组织相关信息建立对应的带有组织种类数据的三维体素假体组织模型；根据被照射部位的医学影像数据的硼(
10
b)浓度相关信息给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼(
10
b)浓度数据；在蒙特卡罗模拟程序中定义射束参数，通过对不同照射角度取样进行剂量模拟计算；根据计算结果对照射角度进行优选生成治疗计划。根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定硼浓度数据，并进行剂量模拟和制定治疗计划，更加符合实际情况，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。
[0023]
作为一种优选地，所述根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据的步骤，包括：解读被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息，获得被照射体体重(body weight)、施打药物药量(injection dose)、药物活性测量时间(measure time)、造影时间(scan time)、放射性核素半衰期(half time)和影像晶格强度(image pixel intensity
pixel
)；计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度；根据计算结果给定所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据。进一步地，计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度包括：
[0024]
采用公式一计算近似的血液影像晶格强度image pixel intensity
blood
：
[0025][0026]
其中，suv
blood
为血液的标准摄取值，calibration factor为医学影像扫描设备的校正值；
[0027]
采用公式二计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度b
pixel
对血液硼浓度b
blood
的比值：
[0028][0029]
其中，suv
pixel
为所述三维体素假体组织模型中每一体素单元的标准摄取值。
[0030]
进一步地，所述在蒙特卡罗模拟程序中定义射束参数，通过对不同照射角度取样进行剂量模拟计算的步骤包括：模拟在取样的照射角度下，所述三维体素假体组织模型中每一体素单元在所定义的射束照射下单位时间所受到的物理剂量，包括硼剂量(db)、快中子剂量(df)、超热中子剂量(d
epi
)、热中子剂量(d
th
)和光子剂量(d
γ
)；采用公式三计算所述三维体素假体组织模型中每一体素单元在所定义的射束照射下单位时间的等效剂量率d：
[0031]
d(gy-eq)＝cbe
×bpixel
(ppm)
×
db(gy/ppm)+rbef×df
(gy)+rbe
epi
×depi
(gy)+rbe
th
×dth
(gy)+rbe
γ
×dγ
(gy)
ꢀꢀ
(公式三)
[0032]
其中，cbe为含硼药物的单位浓度的化合物生物效应，rbef为快中子的相对生物效应，rbe
epi
为超热中子的相对生物效应，rbe
th
为热中子的相对生物效应，rbe
γ
为光子的相对生物效应。
[0033]
本发明的再一个方面提供一种硼中子捕获治疗系统，包括中子束照射装置、治疗计划模块和控制模块。中子束照射装置用于在照射治疗时产生治疗用中子束并照射到摄入含硼(
10
b)药物的被照射体形成被照射部位。治疗计划模块根据所述被照射部位的医学影像数据定义组织种类并建立带有组织种类数据的三维体素假体组织模型，所述治疗计划模块对所述三维体素假体组织模型的不同种类的组织给定硼浓度数据并能够对同一种类的组织给定不同的硼浓度数据，所述治疗计划模块根据所述三维体素假体组织模型、所述硼浓度数据和所述中子束照射装置产生的所述治疗用中子束的参数进行剂量模拟计算并生成治疗计划。控制模块从所述治疗计划模块调取与所述被照射体对应的所述治疗计划，并控制所中子束照射装置按照所述治疗计划对所述被照射体进行照射治疗。根据实际情况给定硼浓度数据并进行剂量模拟和制定治疗计划，尤其是对同一种类的组织可以给定不同的硼浓度数据，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。
[0034]
本发明的硼中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。
附图说明
[0035]
图1是硼中子捕获反应示意图。
[0036]
图2是
10
b(n,α)7li中子捕获核反应方程式。
[0037]
图3是本发明实施例的中子捕获治疗系统的框图。
[0038]
图4是本发明实施例中的治疗计划模块生成治疗计划的方法的流程图。
[0039]
图5是本发明实施例中的建立三维体素假体组织模型的方法的流程图。
[0040]
图6是本发明实施例中的给定三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据的方法的流程图。
[0041]
图7是本发明实施例中的剂量模拟计算的方法的流程图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照
说明书文字能够据以实施。
[0043]
作为一种优选地，以中子捕获治疗系统及其治疗计划生成方法为本发明的实施例。下面将简单介绍一下中子捕获治疗，尤其是硼中子捕获治疗。
[0044]
中子捕获治疗作为一种有效的治疗癌症的手段近年来的应用逐渐增加，其中以硼中子捕获治疗最为常见，供应硼中子捕获治疗的中子可以由核反应堆或加速器供应。本发明的实施例以加速器硼中子捕获治疗为例，加速器硼中子捕获治疗的基本组件通常包括用于对带电粒子(如质子、氘核等)进行加速的加速器、靶材与热移除系统和射束整形体，其中加速带电粒子与金属靶材作用产生中子，依据所需的中子产率与能量、可提供的加速带电粒子能量与电流大小、金属靶材的物化性等特性来挑选合适的核反应，常被讨论的核反应有7li(p,n)7be及9be(p,n)9b，这两种反应皆为吸热反应。两种核反应的能量阀值分别为1.881mev和2.055mev，由于硼中子捕获治疗的理想中子源为kev能量等级的超热中子，理论上若使用能量仅稍高于阀值的质子轰击金属锂靶材，可产生相对低能的中子，不须太多的缓速处理便可用于临床，然而锂金属(li)和铍金属(be)两种靶材与阀值能量的质子作用截面不高，为产生足够大的中子通量，通常选用较高能量的质子来引发核反应。
[0045]
硼中子捕获治疗(boron neutron capture therapy,bnct)是利用含硼(
10
b)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由
10
b(n,α)7li中子捕获及核分裂反应产生4he和7li两个重荷电粒子。参照图1和图2，其分别示出了硼中子捕获反应的示意图和
10
b(n,α)7li中子捕获核反应方程式，两荷电粒子的平均能量约为2.33mev，具有高线性转移(linear energy transfer,let)、短射程特征，α粒子的线性能量转移与射程分别为150kev/μm、8μm，而7li重荷粒子则为175kev/μm、5μm，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。
[0046]
蒙特卡罗方法能够对辐照目标内部三维空间核粒子碰撞轨迹和能量分布进行精确模拟，在中子捕获治疗中，为了模拟人体在一定辐射条件下的吸收剂量以帮助医生制定治疗计划，常常需要利用计算机技术对医学影像进行各种处理建立精确的蒙特卡罗软件需要的晶格模型，并结合蒙特卡罗软件进行模拟计算。医学影像数据可以为核磁共振成像(magnetic resonance imaging,mri)、电子计算机断层扫描(computed tomography,ct)、正电子发射型计算机断层扫描(positron emission tomography,pet)、pet-ct或x射线成像(x-ray imaging)。但本领域技术人员熟知地，还可以使用其他的医学影像数据，只要该医学影像数据能够被转换成三维体素假体组织模型，就能够应用于本发明揭示的放射治疗系统及其治疗计划生成方法中。
[0047]
参阅图3，本实施例的放射治疗系统优选为硼中子捕获治疗系统100，包括中子束照射装置10、治疗计划模块20和控制模块30。中子束照射装置10包括中子产生装置11和治疗台12，中子产生装置12用于在照射治疗时产生治疗用中子束n并照射到治疗台12上摄入含硼(
10
b)药物的患者形成被照射部位。治疗前，治疗计划模块20根据患者被照射部位的医学影像数据和中子产生装置11产生的治疗用中子束n的参数生成治疗计划。照射治疗时，控制模块30从治疗计划模块20调取当前患者对应的治疗计划，并根据治疗计划控制中子束照射装置10的照射。
[0048]
一实施例中，患者在治疗前需摄入放射性标记的含硼(
10
b)药物并通过放射性核素
医学影像(如pet)获得硼(
10
b)浓度相关信息，即患者被照射部位的医学影像数据包括组织相关信息和硼浓度相关信息，其中，组织相关信息可以是同时从放射性核素医学影像获得，也可以是从其他非放射性核素医学影像(如ct)获得。可以理解，放射性核素医学影像还可以为pet-ct等，非放射性核素医学影像还可以为mri等，本发明对此不做具体限定。治疗计划模块20根据被照射部位的医学影像数据的组织相关信息建立对应的带有组织种类、组织密度数据三维体素假体组织模型，根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据，并根据中子产生装置11产生的治疗用中子束n的参数和带有组织种类、组织密度、硼浓度数据的三维体素假体组织模型通过蒙特卡罗模拟程序模拟计算患者进行照射治疗时的剂量分布并生成治疗计划。可以理解，也可以不定义组织密度。根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定硼浓度数据，并进行剂量模拟和制定治疗计划，更加符合实际情况，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。
[0049]
请参照图4，本实施例的治疗计划模块20生成治疗计划的方法，具体包括如下步骤：
[0050]
s410：根据被照射部位的医学影像数据的组织相关信息建立对应的带有组织种类、组织密度数据的三维体素假体组织模型；
[0051]
s420：根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据；
[0052]
s430：在蒙特卡罗模拟程序(如mcnp，monte carlo n particle transport code)中定义射束参数，通过对不同照射角度取样进行剂量模拟计算；
[0053]
s440：根据计算结果对照射角度进行优选生成治疗计划。
[0054]
请参照图5，一实施例中，根据医学影像数据建立三维体素假体组织模型的步骤s410，可以进一步包括：
[0055]
s510：读取医学影像数据；
[0056]
s520：建立三维医学影像体素模型；
[0057]
s530：定义或读取感兴趣区域的边界；
[0058]
s540：定义每一体素单元的组织种类(元素组成)、组织密度，可以是根据ct影像数据与组织种类、组织密度之间的转换关系自动定义；也可以是用户手动定义，如为每个感兴趣区域的边界内的体素单元给定一个特定的组织种类和组织密度。
[0059]
s550：建立三维体素假体组织模型。
[0060]
三维体素假体组织模型是根据医学影像数据与组织种类、组织密度之间的转换关系建立的，更加精确地提供组织种类(元素组成)及组织密度，建立的几何模型更加匹配于医学影像数据反应出的真实情况。根据医学影像数据建立三维体素假体组织模型的详细过程，可以参照2017年03月08日公开的、公开号为cn106474634a、发明名称为“基于医学影像数据的几何模型建立方法”的专利申请，在此全文引入。
[0061]
步骤s420根据被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息给定三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度数据，标记有组织硼浓度信息的几何模型，便可清楚地知道，各个组织内的含硼药物浓度，然后进行中子照射模拟时，则更加真实地反应出实际情况。硼浓度相关信息通过被照射部位的放射性核素医学影像获得，被照射体摄入放射性标
记的含硼药物用于进行放射性核素医学影像扫描，治疗计划模块根据放射性核素医学影像数据与硼浓度之间的转换关系自动定义或手动定义三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度。一实施例中，放射性核素医学影像为pet，被照射体摄入的放射性标记的含硼药物为
18
f-bpa。可以理解，
18
f-bpa还可以替换为其他放射性标记或其他含硼药物；也可以为放射性标记的与含硼药物的肿瘤细胞亲和性近似的非含硼药物，如
18
f-fdg。由于目前bpa等可以作为硼中子捕获治疗用的含硼药物价格普遍较高，通过非含硼药物代替含硼药物做治疗计划的模拟，能够极大的降低成本。
[0062]
请参照图6，一实施例中，步骤s420，可以进一步包括：
[0063]
s610：解读被照射部位的医学影像数据的硼浓度相关信息，即放射性核素医学影像扫描获得的硼浓度相关的医学影像数据信息iod(information object definition)。
[0064]
医学影像数据通常采用dicom(digital imaging and communications in medicine)格式，dicom数据中与硼浓度相关的iod包括被照射体体重(body weight)、施打药物药量(injection dose)、药物活性测量时间(measure time)、造影时间(scan time)、放射性核素半衰期(half time)，可以理解，还可以包括药物种类(radiopharmaceutical)等，这些信息在开始进行放射性核素医学影像扫描时即可以确定，信息来源可以是操作者手动输入的，也可以是自动获得或调取的，如表一，列出了dicom数据中与硼浓度相关信息的数据标签(tag)及对应的数据名称(description)：
[0065]
表一.dicom数据中与硼浓度相关的iod
[0066][0067][0068]
dicom数据中与硼浓度相关的iod还包括影像晶格强度image pixel intensity，放射性核素医学影像扫描，如pet，利用放射性核素衰变产生的正电子与组织中的电子相遇发生正负电子对湮灭反应，此时用光电倍增管(pmt)等检测器便可以检测到由此发射出来的伽马射线，之后计算机就会形成反映正电子放射性同位素分布的横截面图像。一实施例中，采用
18
f-bpa-pet扫描，影像每一晶格的原始数据为
18
f衰变释出的正子与电子互毁作用产生光子的计数率转换为pet影像每一晶格的影像晶格强度image pixel intensity
pixel
作为医学影像数据的输出，又
18
f标志于bpa，因此pet影像上的原始数据可做为
10
b量化的依据。可以理解，如采用放射性标记的与含硼药物的肿瘤细胞亲和性近似的非含硼药物进行放射性核素医学影像扫描，影像上的原始数据也可同样做为
10
b量化的依据。
[0069]
s620：根据解读的硼浓度相关信息计算三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度。
[0070]
标准摄取值(standard uptake value,suv)为放射性核素医学影像采集的半定量指标，是指局部组织摄取的显像剂(放射性标记的药物)的放射性活度与全身平均注射活度的比值，如公式一，通过步骤s610获得的与硼浓度相关的iod可以得到相应晶格的suv，放射性核素医学影像扫描的每一晶格与三维体素假体组织模型中每一体素单元一一对应。
[0071][0072]
设定血液的suv值为1，即近似认为血液的放射性活度等于全身平均注射放射性活度。由公式二获得suv
blood
＝1时的放射性核素医学影像原始数据，即近似的血液影像晶格强度image pixel intensity
blood
。
[0073][0074]
其中，suv
blood
为血液的标准摄取值，calibration factor为医学影像扫描设备的校正值。
[0075]
同时，通过每个晶格和血液标准摄取值比值，获得每个晶格和血液硼浓度比值，即采用公式三计算三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度对血液硼浓度的比值。
[0076][0077]
其中，b
pixel
为三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度，b
blood
为血液硼浓度，suv
pixel
为三维体素假体组织模型中每一体素单元的标准摄取值。
[0078]
将三维体素假体组织模型中每一体素单元的硼浓度以血液硼浓度作为基准值做换算suv
pixel
/suv
blood
，即可获得每一体素单元的硼浓度对血液硼浓度比值，建立非均匀硼浓度分布。通过抽血检测等获得血硼浓度值后，即可以获得每一体素单元具体的硼浓度值。
[0079]
s630：根据计算结果给定每一体素单元的硼浓度数据，可以是根据计算结果自动给定的；也可以是用户手动给定的，如根据计算结果为每个感兴趣区域的边界内的体素单元给定一个特定的硼浓度数据。
[0080]
通过计算更加贴合实际情况，治疗计划模块对三维体素假体组织模型的不同种类的组织给定硼浓度数据并能够对同一种类的组织给定不同的硼浓度数据，可以提高模型建立及剂量计算的精确性。建立带有组织种类和组织硼浓度的三维体素假体组织模型后，便可以通过蒙特卡罗模拟程序模拟bnct中患者被中子束照射时内部三维空间核粒子碰撞轨迹和能量分布，即可以模拟出物理剂量率分布，根据物理剂量率分布计算等效剂量率分布，再根据剂量指标筛选治疗计划方案。请参照图7，具体来说，步骤s430包括：
[0081]
s710：在蒙特卡罗模拟程序中定义射束参数(如射束能量、强度、半径等)，通过对不同照射角度取样，模拟三维体素假体组织模型在不同照射角度的物理剂量率分布，即分别模拟在取样的照射角度下，三维体素假体组织模型中每一体素单元在所定义的射束照射
下单位时间所受到的物理剂量。
[0082]
取样时需要决定计算射束的起始位置及射束角度，计算中起始位置与角度的决定，可以是顺向算法或逆向算法，顺向算法中是将起始位置决定于体外位置并可依固定角度或距离间隔依序取样计算，也可以透过随机取样的方式进行；射束角度的部分，则可设定为照射点至肿瘤质心或肿瘤最深处的向量方向，具体的肿瘤端点位置可视用户需求而调整；逆向算法中，则是将起始位置决定于肿瘤范围内，其起始位置可以是肿瘤质心、最深处或肿瘤范围内随机取点，而射束角度则可以利用随机取样或依指定间隔取样的方式进行。
[0083]
取样时还可以对射束角度进行筛选，如进行射束角度评价，根据评价结果选择进行后续计算的射束角度；或者在取样计算后再进行射束角度的筛选，如根据辐射剂量分布的结果或射束角度评价的结果进行筛选。射束角度的评价方法在此不再详述，可以参照2017年06月16日公开的、公开号为cn106853272a、发明名称为“射束的照射角度评价方法”的专利申请，在此全文引入。
[0084]
硼中子捕获治疗中会造成剂量贡献的主要因子有三部分：
[0085]
1)硼剂量db：剂量来自组织、肿瘤中的含硼药物与中子发生
10
b(n,α)7li中子捕获反应而产生的高线性能量转移α、7li粒子。
[0086]
2)中子剂量：依中子能量分为快中子剂量df、超热中子剂量d
epi
及热中子剂量d
th
，其中对于组织器官组成元素主要为1h(n,n’)p中子与氢的弹性散射作用产生的回跳质子造成的剂量、
14
n(n,p)
14
c作用产生的质子与回跳碳离子造成的剂量以及中子与其他元素作用的微剂量。
[0087]
3)光子剂量d
γ
：包含中子与屏蔽结构发生作用、与人体组织产生捕获反应而诱发的光子，而后者主要为热中子发生1h(n,γ)2h反应而产生2.22mev之光子。
[0088]
一实施例，步骤s710中，单位时间所受到的物理剂量包括通过蒙特卡罗模拟程序模拟得到的单位时间的硼剂量(db)、快中子剂量(df)、超热中子剂量(d
epi
)、热中子剂量(d
th
)及光子剂量(d
γ
)。
[0089]
s720：计算三维体素假体组织模型在不同照射角度的等效剂率量分布。
[0090]
硼中子捕获治疗中，由于光子、中子会造成的生物效应不同，所以针对快中子、超热中子、热中子和光子剂量项，分别乘上不同组织的相对生物效应(relative biological effectiveness,rbe)以求得等效剂量(equivalent dose)；而硼剂量方面，因α、7li粒子的射程短，伤害通常局限在硼中子捕获作用发生位置，又不同种类的细胞吸收含硼药物的能力不同，使得硼浓度在体内分布不均匀，为求得等效剂量，此项剂量须乘上各组织的化合物生物效应(compound biological effectiveness,cbe)及相应的硼浓度(在步骤s630中已定义)，即一体素单元的等效剂量率d采用公式四进行计算：
[0091]
d(gy-eq)＝cbe
×bpixel
(ppm)
×
db(gy/ppm)+rbef×df
(gy)+rbe
epi
×depi
(gy)+rbe
th
×dth
(gy)+rbe
γ
×dγ
(gy)
ꢀꢀ
(公式四)
[0092]
其中，cbe为含硼药物的单位浓度的化合物生物效应，rbef为快中子的相对生物效应，rbe
epi
为超热中子的相对生物效应，rbe
th
为热中子的相对生物效应，rbe
γ
为光子的相对生物效应。
[0093]
步骤s440，根据s720计算得到的等效剂量率分布，结合数学算法对不同的治疗计划方案(照射角度及对应的照射时间)进行评估或优选。如选择其中一个感兴趣区域作为目
标，以该感兴趣区域的最大剂量、平均剂量或处方剂量等作为约束条件求得取样的照射角度对应的照射时间，以该照射时间获得取样的照射角度下三维体素假体组织模型的等效剂量分布，然后采用剂量体积直方图(dvh)、等剂量曲线、剂量表格等对不同照射角度及对应的照射时间在三维体素假体组织模型模拟计算得出的等效剂量分布进行评估或优选，还可以进行上文所述的照射角度评价来进行评估以供医师等操作者选出更符合需求的治疗计划方案。可以理解，还可以通过优化算法等选择至少2个照射角度依次对患者进行照射，可以手动设置照射角度具体的数量或通过算法自动获得或采用弧形连续调控，照射角度的取样可以是在患者同侧或对侧。
[0094]
可以理解，上述公式一至公式四及剂量计算、评估、优选方法的一些简单变换，仍然在本发明要求保护的范围之内。
[0095]
可以理解，本发明还可以应用于其他能够用硼中子捕获治疗进行治疗的疾病，如阿尔兹海默症、类风湿关节炎，则肿瘤细胞为其他病变组织；患者也可以为其他被照射体。
[0096]
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，都在本发明要求保护的范围之内。