本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域中放射裝置的制備方法，具體涉及一種個體化近距離單管施源器的制作方法。

背景技術(shù)：

三維腔內(nèi)近距離治療是放射治療的一種形式，可以將發(fā)射源精準的放置于惡性腫瘤之內(nèi)或附近，利用高能射線對腫瘤細胞進行殺傷，具有直接殺傷腫瘤、治療效果好、復(fù)發(fā)率低的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于臨床腫瘤的治療。由于患者的不同其腫瘤的大小、位置與形狀也有不同，目前的施源器只能通過優(yōu)化駐留點位置與時間形成包饒腫瘤的處方劑量曲線，但是對于腫瘤三維空間分布變化較大時會造成劑量線包繞不全腫瘤區(qū)，或如果劑量線包繞全腫瘤區(qū)則會造成周圍正常組織超過限制劑量，引起放射性并發(fā)癥。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種個體化近距離單管施源器的制作方法，一種具有調(diào)強功能的個體化近距離單管施源器，在治療計劃系統(tǒng)中，通過對患者個體的靶區(qū)及周圍危及器官劑量進行逆向優(yōu)化，使得靶區(qū)達到處方劑量，周圍危及器官的受照劑量低于限制劑量，得到具有不同部位、不同方向的遮擋材料厚度的最優(yōu)三維單管施源器模型，再通過3D打印機打印出適合該患者個體的個體化單管施源器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種個體化近距離單管施源器的制作方法，其包括如下步驟：

(1)獲取患者當(dāng)次近距離放射治療時的斷層圖像；

(2)將所述斷層圖像傳輸至放療計劃系統(tǒng)里，勾畫出患者靶區(qū)外輪廓及危及器官外輪廓，并生成靶區(qū)及危及器官的三維圖像；

(3)對所述靶區(qū)及危及器官的三維圖像的外輪廓進行空間采樣，并獲取空間采樣點的位置坐標；

(4)基于放射治療靶區(qū)外輪廓處放射劑量與處方劑量相等及危及器官外輪廓處放射劑量小于限制劑量的原則，分別在所述靶區(qū)空間采樣點的位置坐標設(shè)置處方劑量參數(shù)和在所述危及器官空間采樣點的位置坐標設(shè)置限制劑量參數(shù)；

(5)根據(jù)最優(yōu)化理論對所述靶區(qū)空間采樣點的位置坐標及處方劑量參數(shù)和所述危及器官空間采樣點的位置坐標及限制劑量參數(shù)模擬重建三維單管施源器模型，得到具有不同部位、不同方向的遮擋材料厚度的最優(yōu)三維單管施源器模型；

(6)根據(jù)所述最優(yōu)三維單管施源器模型，采用3D打印機打印，得到單管施源器。

本發(fā)明的有益效果是：通過對患者個體的靶區(qū)及周圍危及器官劑量進行逆向優(yōu)化，使得靶區(qū)達到處方劑量，周圍危及器官的受照劑量低于限制劑量，得到具有不同部位、不同方向的遮擋材料厚度的最優(yōu)三維單管施源器模型，再通過3D打印機打印出適合該患者個體的個體化單管施源器，采用該方法制作的單管施源器適合患者個體的實際情況，有利于提高治療的精度和準確性,操作簡單。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，所述斷層圖像采用CT機或其他圖像采集裝置掃描獲取。

進一步，所述步驟(4)中的處方劑量及限制劑量均是本次計劃應(yīng)該達到的劑量分布要求；或是各學(xué)術(shù)組織推薦的劑量要求；或是根據(jù)患者的個體化劑量要求。

采用上述進一步方案的有益效果是可以形成適合患者個體化的劑量分布。

進一步，所述步驟(5)中的的遮擋材料為鉛。

采用上述進一步方案的有益效果是鉛可遮擋射線。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的制作方法流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種個體化近距離單管施源器的制作方法，一種具有調(diào)強功能的個體化近距離單管施源器，在治療計劃系統(tǒng)中，通過對患者個體的靶區(qū)及周圍危及器官劑量進行逆向優(yōu)化，使得靶區(qū)達到處方劑量，周圍危及器官的受照劑量盡量低，得到具有不同部位、不同方向的遮擋材料厚度的最優(yōu)三維單管施源器模型，再通過3D打印機打印出適合該患者個體的個體化單管施源器，其具體包括如下步驟：

(1)獲取患者當(dāng)次近距離放射治療時的斷層圖像；此處，優(yōu)選選用CT機掃描獲取患者腫瘤部位處的斷層圖像，也可以采用臨床上選用的其他獲取人體圖像的采集裝置；

(2)將所述斷層圖像傳輸至放療計劃系統(tǒng)里勾畫出患者靶區(qū)外輪廓及危及器官外輪廓，并生成靶區(qū)及危及器官的三維圖像；所述危及器官為與腫瘤相鄰的正常器官；

(3)對所述靶區(qū)及危及器官的三維圖像的外輪廓進行空間采樣，并獲取空間采樣點的位置坐標；具體做法是放療計劃系統(tǒng)自動將靶區(qū)、危及器官的外輪廓分割成0.3cm×0.3cm×0.3cm的計算網(wǎng)格(大小可以取0.2cm～0.4cm)，取網(wǎng)格中心坐標為采樣點的位置坐標；

(4)基于放射治療靶區(qū)外輪廓處放射劑量與處方劑量相等及危及器官外輪廓處放射劑量小于限制劑量的原則，分別在所述靶區(qū)外輪廓采樣點的位置坐標設(shè)置處方劑量參數(shù)和在所述危及器官外輪廓采樣點的位置坐標設(shè)置限制劑量參數(shù)；所述處方劑量及限制劑量均是本次計劃應(yīng)該達到的劑量分布要求；或是各學(xué)術(shù)組織推薦的劑量要求；或是根據(jù)患者的個體化劑量要求；

(5)根據(jù)最優(yōu)化理論對所述靶區(qū)空間采樣點的位置坐標及處方劑量參數(shù)和所述危及器官空間采樣點的位置坐標及限制劑量參數(shù)模擬重建三維單管施源器模型，得到具有不同部位、不同方向的遮擋材料厚度的最優(yōu)三維單管施源器模型；

(6)根據(jù)所述最優(yōu)三維單管施源器模型，采用3D打印機打印，得到單管施源器。

本發(fā)明中，所述遮擋材料可選用射線屏蔽效果較好的金屬，如鉛。

下面對步驟(5)中根據(jù)最優(yōu)化理論確定所述三維單管施源器模型不同部位、不同方向的遮擋材料厚度進行說明，這里遮擋材料選用鉛，稱作擋鉛。

假設(shè)單管施源器內(nèi)設(shè)定了m個駐留點，為了防止相鄰駐留點外遮擋材料相互影響，相鄰駐留點間隔距離應(yīng)較大；空間第i個采樣點相對于第j個駐留點的球坐標為(r_ij，θ_ij，Ф_ij)，則第j個駐留點對第i個采樣點的劑量貢獻由以下公式?jīng)Q定：

其中，S_k為空氣比釋動能強度，可由放療計劃系統(tǒng)直接讀出；∧為劑量率常數(shù)；F(r_ij,θ_ij)為方向性函數(shù)，已知r_ij與θ_ij則可求出；g(r_ij,θ_ij)為方向性函數(shù)，已知r_ij與θ_ij則可求出；t_j為第j個駐留點駐留的時間。

假設(shè)第j個駐留點在(θ_ij，Ф_ij)方向上的擋鉛厚度為L_ij，則加入擋鉛后第j個駐留點對第i個采樣點的劑量貢獻由以下公式?jīng)Q定：

其中，HVL為遮擋材料對于放射源的半價層，遮擋材料確定后HVL即為已知，對于單管施源器內(nèi)設(shè)定的m個駐留點，加入擋鉛后對空間第i個采樣點的劑量總的貢獻為：

對于靶區(qū)外輪廓采樣點劑量原則為m個駐留點對其的劑量貢獻等于D_處方、假定有N個危及器官，其中危及器官1外輪廓采樣點劑量原則為m個駐留點對其的劑量貢獻小于D₁、危及器官2外輪廓采樣點劑量原則為m個駐留點對其的劑量貢獻小于D₂、以此類推危及器官N外輪廓采樣點劑量原則為m個駐留點對其的劑量貢獻小于D_n。

通過調(diào)節(jié)t與L的值，以滿足上述條件，因此通過最優(yōu)化方法，構(gòu)建如下目標函數(shù)：

其中，ω_T為靶區(qū)優(yōu)化權(quán)重、ω₁為危及器官1的優(yōu)化權(quán)重、ω₂為危及器官2的優(yōu)化權(quán)重、依次類推，ω_n為危及器官N的優(yōu)化權(quán)重，nT為靶區(qū)外輪廓采樣點個數(shù)、n1為危及器官1外輪廓采樣點個數(shù)、n2為危及器官2外輪廓采樣點個數(shù)、以此類推nN為危及器官N外輪廓采樣點個數(shù)。求解上述目標函數(shù)最小值，可以采用下降法、牛頓法、共軛梯度法等方法,即可求出t_j，L_ij，最終通過計算得到的適合患者當(dāng)次后裝治療的L_ij轉(zhuǎn)換為駐留點外的遮擋材料厚度，輸入3D打印機，打印出個體化近距離單管施源器。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。