用于基于連續(xù)材料指數(shù)的劑量計(jì)算的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了用于模擬放射療法中粒子與對(duì)象之間的能量傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。為要治療的患者的一部分生成具有多個(gè)體素的三維表示。確定多個(gè)體素中的每一個(gè)的材料指數(shù)。材料指數(shù)具有與體素相對(duì)應(yīng)的第一邊界材料的標(biāo)識(shí)符和與第二邊界材料相關(guān)聯(lián)的體素的百分比。方法還包括通過基于體素的材料指數(shù)和邊界材料列表計(jì)算由粒子在患者內(nèi)沉積的能量的量模擬粒子與對(duì)象之間的能量傳輸。
【專利說明】
用于基于連續(xù)材料指數(shù)的劑量計(jì)算的方法和系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)是非臨時(shí)申請(qǐng)并且要求2013年12月4日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No . 61/911， 999的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部通過引用合并至此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本專利申請(qǐng)涉及模擬放射療法的福射傳輸，以及更特別地涉及基于連續(xù)材料指數(shù) 模擬輻射傳輸。然而，可以理解，所描述的技術(shù)可以在其它醫(yī)療應(yīng)用中得到應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0004] 放射療法通常適用于治療癌性腫瘤。在放射療法療程期間，患者經(jīng)受設(shè)計(jì)為控制 或者殺死惡性癌性細(xì)胞的電離或者非電離輻射。然而，除治療癌性細(xì)胞以外，放射療法可能 通過損壞接近人或者動(dòng)物體內(nèi)惡性癌性細(xì)胞的正?；蛘呓】导?xì)胞而對(duì)患者引起非期望副 作用。在放射療法期間，放射性粒子通過輻射傳輸進(jìn)入患者身體并且與患者的組織和器官 相互作用。輻射傳輸指的是放射性粒子通過與組織和器官相互作用向患者身體傳遞能量從 而使患者身體經(jīng)受輻射的過程。盡管在放射療法期間采用機(jī)制減小賦予正常細(xì)胞的輻射， 但是期望模擬輻射傳輸以在治療療程之前估計(jì)患者將接收的能量的量以便于治療計(jì)劃和 管理。
[0005] 蒙特卡羅(Monte Carlo)模擬是用于模擬放射療法中的輻射傳輸?shù)耐ǔＪ褂玫姆?法。根據(jù)蒙特卡羅模擬，將粒子(諸如光子或者電子)與患者身體之間的相互作用建模為隨 機(jī)過程?；诹Ｗ釉谄渲行羞M(jìn)的組織的材料性質(zhì)對(duì)粒子相互作用進(jìn)行隨機(jī)采樣。這些性質(zhì) 包括，例如，帶電粒子的質(zhì)量阻止本領(lǐng)和質(zhì)量散射本領(lǐng)以及各種類型的離散粒子相互作用 的質(zhì)量衰減系數(shù)。
[0006]在常規(guī)蒙特卡羅模擬中，將患者的身體建模為包括多個(gè)體素的三維數(shù)據(jù)集。每個(gè) 體素可以表示三維空間中規(guī)則網(wǎng)格上的值。為患者模型的每個(gè)體素定義表示物理性質(zhì)和材 料性質(zhì)的材料信息。基于材料信息，可以通過確定由特定粒子行進(jìn)的距離和粒子與體素之 間的相互作用類型來確定輻射傳輸。
[0007]已經(jīng)使用兩個(gè)常規(guī)方法定義蒙特卡羅模擬中的材料信息。一個(gè)方法是"無材料"方 法，僅根據(jù)水的能量將表示物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)制成表。隨后相對(duì)于水的質(zhì)量密度基于體素的 質(zhì)量密度在每個(gè)體素中修改數(shù)據(jù)。然而，該方法典型地非常不靈活并且不允許用戶為準(zhǔn)確 的材料組成已知的特定體素分配具體介質(zhì)。此外，當(dāng)存在金屬或者其它高原子序數(shù)材料時(shí)， "無材料"方法可能在模擬中引入顯著系統(tǒng)誤差。
[0008]另一個(gè)常規(guī)方法是將每個(gè)體素明確地標(biāo)識(shí)為包括單個(gè)定義材料的"離散材料"方 法。材料可以包括由混合物的質(zhì)量或者化合物的原子數(shù)量指定比例的單個(gè)元素或者若干元 素。然而，僅僅基于在成像期間收集的信息向每個(gè)患者體素分配材料介質(zhì)。
[0009]因此，"離散材料"方法將離散化誤差引入到劑量計(jì)算中。例如，預(yù)計(jì)密度分別為 1.100g/CC和1.102g/cc的兩個(gè)體素具有非常相似的材料性質(zhì)。然而，"離散材料"方法可以 將前者體素表征為軟組織以及將后者體素表征為骨骼。這兩個(gè)體素包括具有不同質(zhì)量密度 的不同材料并且可以與具有相同能量的放射性粒子不同地相互作用。
[0010 ]另外，"離散材料"方法可以在介質(zhì)的劑量(DTM)與水的劑量(DTW)之間產(chǎn)生間斷映 射。DTM與DTW之間的選擇影響在模擬期間確定哪個(gè)量，并且因此最終確定向用戶呈現(xiàn)什么。 在DTM的情況下，確定由實(shí)際材料接收的每單位質(zhì)量的實(shí)際沉積能量。在DTW的情況下，確定 介質(zhì)中嵌入的非常小的水體積的劑量。盡管常規(guī)蒙特卡洛算法可以計(jì)算DTM，但是歷史劑量 算法常常將組織近似為水。美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)已經(jīng)建議所有放射療法計(jì)劃系統(tǒng)都報(bào)告 DTM和DTW兩者。因此，隨后通常需要在DTM與DTW之間轉(zhuǎn)換。在上面的示例中，DTW/DTM比率對(duì) 于所聲稱"軟組織"體素為大約1.01以及對(duì)于所聲稱"骨豁"體素為大約1.12。因此，DTM/DTW 比率中11 %的差可以由質(zhì)量密度中的微小差引起。為了在DTM與DTW之間進(jìn)行平滑轉(zhuǎn)換，必 須引入新材料，該新材料是軟組織和骨骼的分級(jí)混合物。必須定義至少十個(gè)軟組織和骨骼 的中間混合物以確保DTW/DTM比率中的不連續(xù)性決不超過1 %。
[0011]如從上述顯而易見的，用于模擬放射療法的輻射傳輸?shù)某Ｒ?guī)技術(shù)具有若干缺陷。 因此，需要克服這些缺陷的放射療法的輻射傳輸中的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 根據(jù)實(shí)施例，公開了用于模擬放射療法中粒子與對(duì)象之間的能量傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)實(shí) 現(xiàn)的方法。方法包括將對(duì)象的多個(gè)邊界材料和多個(gè)標(biāo)識(shí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。多個(gè)標(biāo)識(shí)中的每一個(gè)標(biāo) 識(shí)多個(gè)邊界材料中的一個(gè)。方法還包括基于對(duì)象的部分的材料性質(zhì)從多個(gè)邊界材料選擇對(duì) 象的一部分的第一邊界材料和第二邊界材料的組合。方法還包括基于第一邊界材料和第二 邊界材料的組合確定對(duì)象的部分的材料指數(shù)以及基于材料指數(shù)計(jì)算由粒子在對(duì)象的部分 內(nèi)沉積的能量的量。
[0013] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開了用于模擬粒子與經(jīng)受放射療法的患者之間的能量傳輸 的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)介質(zhì)和用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的 處理器。指令使得處理器生成患者的至少一部分的三維表示。三維表示包括多個(gè)體素。指令 還使得處理器基于邊界材料和分配給邊界材料的標(biāo)識(shí)符確定多個(gè)體素中的每一個(gè)的材料 指數(shù)。每個(gè)體素的材料指數(shù)具有包括對(duì)應(yīng)體素內(nèi)的第一邊界材料的標(biāo)識(shí)符的第一部分以及 包括與體素內(nèi)的第二邊界材料相關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)體素的百分比的第二部分。指令還使得處理器 基于體素的材料指數(shù)和邊界材料列表計(jì)算由粒子在患者內(nèi)沉積的能量的量。
[0014] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開了包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。當(dāng)由處理 器執(zhí)行時(shí)，指令使得處理器執(zhí)行用于模擬放射療法中粒子與對(duì)象之間的能量傳輸?shù)姆椒ā?方法包括將對(duì)象的多個(gè)邊界材料和多個(gè)標(biāo)識(shí)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。多個(gè)標(biāo)識(shí)中的每一個(gè)標(biāo)識(shí)多個(gè)邊界 材料中的一個(gè)。方法還包括基于對(duì)象的部分的材料性質(zhì)從多個(gè)邊界材料選擇對(duì)象的一部分 的第一邊界材料和第二邊界材料的組合，基于第一邊界材料和第二邊界材料的組合確定對(duì) 象的部分的材料指數(shù)，以及基于材料指數(shù)計(jì)算由粒子在對(duì)象的部分內(nèi)沉積的能量的量。
[0015] 將在下面的描述中對(duì)本公開另外的目的和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行部分地闡述，并且部分地將通 過描述變得清晰或者可以通過本公開的實(shí)踐進(jìn)行學(xué)習(xí)。將借助于所附權(quán)利要求中特別指出 的元素和組合實(shí)現(xiàn)和得到本公開的目的和優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 應(yīng)當(dāng)理解，上述一般說明和下列詳細(xì)說明兩者僅是示例性和解釋性的并且如所要 求的并不限制于本公開。
【附圖說明】
[0017] 附圖（并入并且構(gòu)成本說明書的一部分）圖示了本公開的若干實(shí)施例并且與描述 一起用來解釋本公開的原理。在附圖中：
[0018] 圖1是根據(jù)本公開實(shí)施例用于模擬放射療法的輻射傳輸?shù)南到y(tǒng)的圖；
[0019] 圖2是根據(jù)本公開實(shí)施例為了放射療法劑量計(jì)算的目的模擬不帶電粒子的傳輸?shù)?過程的流程圖；
[0020]圖3是根據(jù)本公開另一個(gè)實(shí)施例為了放射療法劑量計(jì)算的目的模擬帶電粒子的傳 輸?shù)倪^程的流程圖；
[0021 ]圖4是根據(jù)本公開實(shí)施例具有示例性邊界材料列表的表格；
[0022]圖5示出了根據(jù)本公開實(shí)施例所進(jìn)行的測(cè)試的結(jié)果；以及 [0023]圖6示出了根據(jù)本公開另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行的測(cè)試的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 現(xiàn)在將詳細(xì)參照所公開的實(shí)施例，在附圖中對(duì)所公開實(shí)施例的示例進(jìn)行了圖示。 在可能的情況下，在整個(gè)附圖中將使用相同的附圖標(biāo)記指代相同或者相似的部分。
[0025] 根據(jù)蒙特卡羅技術(shù)，將經(jīng)受放射療法的患者身體建模為包括多個(gè)材料的幾何結(jié)構(gòu) 或者三維數(shù)據(jù)集。三維數(shù)據(jù)集包括各自包括一個(gè)或者多個(gè)材料的多個(gè)體素。模擬中使用的 每個(gè)材料的物理數(shù)據(jù)或者性質(zhì)必須先驗(yàn)地可獲得。所需數(shù)據(jù)在蒙特卡羅系統(tǒng)之間變化。材 料數(shù)據(jù)源的示例包括可在 http://physics.nist.gov/xcom(在2014年1月27日訪問）處獲得 的XCOM(光子截面數(shù)據(jù)庫(kù)）或者可在http://physics .nist .gov/Star(在2014年1月27日訪 問）處獲得的ESTAR、PSTAR和ASTAR(用于計(jì)算電子、質(zhì)子和氦離子的阻止本領(lǐng)和范圍表的計(jì) 算機(jī)程序），它們中的全部通過引用合并于此?？色@得材料的列表不特定于給定患者或者治 療計(jì)劃。個(gè)別情況可以僅使用所有定義材料的子集。
[0026] 所公開的實(shí)施例提供連續(xù)材料指數(shù)(CMI)技術(shù)，該技術(shù)先驗(yàn)地定義多個(gè)邊界材料 和它們的相應(yīng)材料信息。在蒙特卡羅模擬期間，將特定體素的材料確定為至少兩個(gè)或者更 多個(gè)邊界材料的組合。單個(gè)體素內(nèi)的邊界材料的百分比可以在體素之間連續(xù)地變化。
[0027] 根據(jù)實(shí)施例，可以將邊界材料的列表定義為包括例如空氣、組織和骨骼。替換地， 可以定義各種類型的組織，包括，例如，上皮組織、結(jié)締組織、肌肉組織（例如，骨骼組織、平 滑組織或者心臟組織)和神經(jīng)組織。在列表中，邊界材料可以成對(duì)地布置并且由例如（空氣， 組織)和(組織，骨骼)表示。在每個(gè)體素內(nèi)，可以根據(jù)本公開的各種實(shí)施例定義兩個(gè)材料的 組合或者混合物。
[0028] 在另一個(gè)實(shí)施例中，列表中的單個(gè)材料可以多次出現(xiàn)，表示所有可能的邊界材料 對(duì)。例如，邊界材料的列表可以包括空氣、組織、骨骼和空氣，這允許對(duì)三個(gè)單個(gè)材料的所有 可能對(duì)進(jìn)行建模。由技術(shù)定義的邊界材料可以是特定于情況的并且不限于此處描述的示例 性實(shí)施例。
[0029] 所公開的系統(tǒng)和方法消除了對(duì)常規(guī)方法要求的多個(gè)預(yù)定義材料混合物的需要。這 可以通過使用十進(jìn)制數(shù)代替整數(shù)標(biāo)識(shí)體素的材料含量來實(shí)現(xiàn)?？梢允褂檬M(jìn)制數(shù)對(duì)用兩個(gè) 或者更多個(gè)材料或者物質(zhì)的組合而不是僅一個(gè)材料填充體素的事實(shí)進(jìn)行建模。因此，即使 利用所選擇的邊界材料中的少量預(yù)定義材料，所公開的方法和系統(tǒng)也可以提供基本上較大 數(shù)量的組合以及平滑的DTM/DTW轉(zhuǎn)換。該數(shù)據(jù)表示還可以更好地符合材料(諸如空氣和軟組 織的組合或者骨骼和軟組織的組合)沒有在體素內(nèi)均勻地混合而是占據(jù)體素的幾何離散部 分的物理現(xiàn)實(shí)。
[0030] 所公開的系統(tǒng)和方法可以在任何蒙特卡羅輻射傳輸模擬中實(shí)現(xiàn)，諸如 S·Hissoiny、B.OzelI、H.Bouchard和P·Despres在Medical Physics的38(2):754-764,2011 的 "GPUMCD: A new GPU-oriented Monte Carlo dose calculation platform" 中公開的圖 形處理單元(GPU)蒙特卡羅劑量(GPUMCD)代碼，其全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此。本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到GPUMCD代碼僅用于例示性目的并且不限制此處公開的方法和系統(tǒng)的范圍。
[0031] 圖1描繪了根據(jù)實(shí)施例用于模擬放射療法中的輻射傳輸?shù)南到y(tǒng)100的示意圖。系統(tǒng) 100包括處理器102、存儲(chǔ)介質(zhì)104、輸入/輸出模塊106和網(wǎng)絡(luò)模塊112。處理器102可以是本 領(lǐng)域中已知的中央處理單元(CPU)，諸如INTEL處理器或者AMD處理器。在實(shí)施例中，CPU可以 是通用處理器。存儲(chǔ)介質(zhì)104可以是易失性或者非易失性存儲(chǔ)器，諸如R0M、RAM、閃存驅(qū)動(dòng) 器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、⑶-R0M、DVD-R0M、寄存器等等。存儲(chǔ)介質(zhì)104可以存儲(chǔ)包括與模擬放射療法 有關(guān)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)代碼。處理器102可以從存儲(chǔ)介質(zhì)104取回并且執(zhí)行計(jì)算 機(jī)可執(zhí)行指令，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可以使得處理器102執(zhí)行根據(jù)本公開實(shí)施例的方法和/ 或步驟中的任何一個(gè)。
[0032] 另外，存儲(chǔ)介質(zhì)104還可以存儲(chǔ)與模擬放射療法有關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以包括表示如 上面討論的已知邊界材料(諸如空氣、骨骼和組織）的材料數(shù)據(jù)。已知邊界材料可以存儲(chǔ)在 表格中，該表格包括每個(gè)邊界材料的標(biāo)識(shí)或者標(biāo)識(shí)符。例如，表格可以將空氣、骨骼和組織 分別地標(biāo)識(shí)為材料1、材料2和材料3。此外，表格還可以例如為各種類型組織提供指示，分別 地對(duì)于上皮組織、結(jié)締組織和神經(jīng)組織指示為材料4、材料5和材料6。
[0033] 存儲(chǔ)介質(zhì)104中的數(shù)據(jù)還可以包括例如特定于患者的數(shù)據(jù)，諸如在放射療法之前 獲取的圖像。這些圖像可以是CT圖像、MRI圖像、X射線圖像、超聲圖像等等。處理器102可以 基于圖像數(shù)據(jù)生成患者的幾何模型。幾何模型可以是包括表示患者身體的感興趣部分或者 區(qū)域的多個(gè)體素的三維數(shù)據(jù)集。
[0034]基于圖像數(shù)據(jù)和材料數(shù)據(jù)，處理器102還可以確定每個(gè)體素的材料性質(zhì)，諸如密 度、質(zhì)量阻止本領(lǐng)等等。可以在模擬期間生成材料性質(zhì)。替換地，可以在模擬之前由用戶將 每個(gè)體素的材料性質(zhì)輸入到系統(tǒng)100中。存儲(chǔ)介質(zhì)104可以存儲(chǔ)表示所有體素的材料性質(zhì)的 材料指數(shù)。每個(gè)體素的材料指數(shù)可以將體素內(nèi)材料的標(biāo)識(shí)和材料的相應(yīng)比例進(jìn)行標(biāo)識(shí)。在 模擬期間，處理器102可以從存儲(chǔ)介質(zhì)104取回材料指數(shù)并且使用材料指數(shù)模擬放射性粒子 與患者身體之間的輻射傳輸。
[0035]輸入/輸出模塊106可以包括與外圍設(shè)備(諸如輸入設(shè)備108和輸出設(shè)備110)進(jìn)行 通信的接口和電路。輸入設(shè)備108可以包括例如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸板、光筆等等。輸出設(shè)備110 可以包括例如監(jiān)控器或者投影儀。系統(tǒng)100可以通過輸入設(shè)備108和輸出設(shè)備110與用戶交 互。例如，系統(tǒng)100可以通過用戶輸入設(shè)備108接收用戶輸入。用戶輸入可以包括與放射療法 的模擬和建模有關(guān)的參數(shù)。輸出設(shè)備110可以是配置為向用戶顯示模擬結(jié)果的監(jiān)控器或者 投影儀?？梢詫⑤斎朐O(shè)備108和輸出設(shè)備110集成在單個(gè)設(shè)備中，諸如可以接收用戶輸入和 提供用戶輸出兩者的觸摸屏。例如，組合的集成設(shè)備可以是iPad、平板或者智能手機(jī)。
[0036] 網(wǎng)絡(luò)模塊112可以包括與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信的接口或者電 路。例如，網(wǎng)絡(luò)模塊112可以包括Wi-Fi接口、以太網(wǎng)接口、藍(lán)牙接口或者其它無線接口或者 有線接口。網(wǎng)絡(luò)模塊112可以允許系統(tǒng)100接收與模擬放射療法有關(guān)的數(shù)據(jù)和指令。例如，可 以利用醫(yī)院的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)和指令。例如，系統(tǒng)100可以通過網(wǎng)絡(luò)模塊112接收材料 數(shù)據(jù)和特定于患者的數(shù)據(jù)并且將材料數(shù)據(jù)和特定于患者的數(shù)據(jù)兩者存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)104中 以用于稍后的取回。
[0037] 根據(jù)實(shí)施例，基于上面討論的數(shù)據(jù)和邊界材料，系統(tǒng)100可以確定患者模型的至少 下列信息：
[0038] a)每個(gè)體素的質(zhì)量密度；
[0039] b)體素是否包括兩個(gè)材料的混合物；以及
[0040] c)如果體素包括混合物，則體素內(nèi)的兩個(gè)邊界材料和它們的體積比例。如果體素 不包括混合物(即，兩個(gè)邊界材料的組合），則體素的材料指數(shù)。
[0041] 因此，所有體素可以包括至少兩個(gè)邊界材料的混合物。在一些體素中，一個(gè)材料可 以具有零的比例以及另一個(gè)材料可以具有一的比例；從而指示沒有混合物。因此，系統(tǒng)100 (如常規(guī)蒙特卡羅劑量建模系統(tǒng))與具有各自僅包括一個(gè)材料的體素的模型相容。然而，不 同于常規(guī)系統(tǒng)，系統(tǒng)100還可以對(duì)單個(gè)體素內(nèi)的兩個(gè)或者更多個(gè)材料的組合以及患者模型 內(nèi)的兩個(gè)或者更多個(gè)材料的連續(xù)變化進(jìn)行建模。
[0042] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)100可以為每個(gè)體素分配材料指數(shù)。如果具體體素的材料 指數(shù)沒有小數(shù)部分，則體素包括純邊界材料。另一方面，如果體素的材料指數(shù)具有小數(shù)部分 (例如，η. 5)，那么體素包括邊界材料η和n+1的混合物。在這里，η是表示上面討論的邊界材 料的列表中的第η個(gè)邊界材料的標(biāo)識(shí)符的整數(shù)。
[0043] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)100可以基于輸入數(shù)據(jù)(諸如上面討論的邊界材料和特定 于患者的數(shù)據(jù))生成每個(gè)體素的CMI標(biāo)識(shí)符(例如，連續(xù)材料指數(shù)）?？梢栽谶\(yùn)行時(shí)生成所有 體素的CMI標(biāo)識(shí)符。例如，體素的材料指數(shù)可以具有x.y的形式，包括整數(shù)部分X和小數(shù)部分 y。整數(shù)部分X標(biāo)識(shí)給定體素內(nèi)存在的材料組合中的第一材料。小數(shù)部分y表示由組合中第二 材料組成的體素的百分比。作為另一個(gè)示例，如上所述，當(dāng)材料邊界包括空氣、軟組織和骨 骼時(shí)，包括組織和骨骼的體素的CMI指數(shù)1.26指示體素包括體積占74%的組織和體積占 26%的骨骼的組合。由材料指數(shù)的小數(shù)部分指示的體素的百分比還可以在另一個(gè)實(shí)施例中 表示質(zhì)量或者重量中的百分比。
[0044] 系統(tǒng)100可以基于指示給定體素包括兩個(gè)材料的混合物并且具有給定密度的輸入 數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)百分比。計(jì)算依賴于已知純材料的本征密度的事實(shí)。例如，水、軟組織和皮質(zhì) 骨分別地具有I. 〇〇g/cc、1.06g/cc和1.85g/cc的本征密度，這些本征密度是已知的并且可 以輸入并且存儲(chǔ)在系統(tǒng)100中。系統(tǒng)100隨后可以根據(jù)下列公式計(jì)算體素內(nèi)第二材料的百分 比：
[0045]
[0046] 其中A是第i個(gè)材料的相對(duì)百分比，P是體素密度以是第i個(gè)邊界材料的本征密 度。
[0047] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在模擬放射療法期間，系統(tǒng)100可以使用每個(gè)體素的兩條信息 (質(zhì)量密度和材料標(biāo)識(shí)符)建立在患者身體內(nèi)給定位置處的材料性質(zhì)。材料標(biāo)識(shí)符用于取得 特定于材料的性質(zhì)(例如，質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)量阻止本領(lǐng)、質(zhì)量散射本領(lǐng)等等）以及質(zhì)量密度 用于獲得特定于材料的量的值。
[0048] 根據(jù)實(shí)施例，系統(tǒng)100可以確定患者身體內(nèi)給定位置處的材料性質(zhì)并且使用材料 性質(zhì)對(duì)粒子與患者身體之間的離散相互作用進(jìn)行建模?？梢曰隗w素內(nèi)材料的性質(zhì)對(duì)粒子 與體素之間的相互作用類型進(jìn)行采樣。在該實(shí)施例中，粒子與體素之間的相互作用僅可以 在從體素中存在的兩個(gè)材料隨機(jī)采樣的一個(gè)材料中進(jìn)行。
[0049] 系統(tǒng)100可以基于Woodcock跟蹤使用上面討論的GPUMCD技術(shù)，其中對(duì)于粒子(諸如 光子或者電子），將跨越人體模型(phantom)的所有體素的線性衰減系數(shù)假設(shè)為恒定的。因 此，盡管每單位路徑長(zhǎng)度的相互作用概率是恒定的，但是存在低密度或者低質(zhì)量衰減系數(shù) 的材料中的假設(shè)相互作用的較高概率。因此，相互作用點(diǎn)位于體素內(nèi)第一材料（即，材料1) 的概率等于通過第一材料的路徑長(zhǎng)度的分?jǐn)?shù)，取該分?jǐn)?shù)等于由第一材料占據(jù)的體素的分 數(shù)。因此，基于體素中兩個(gè)材料的相對(duì)百分比進(jìn)行采樣。
[0050] 在該實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以生成均勻隨機(jī)數(shù)并且確定隨機(jī)數(shù)是否低于第二材料 的相對(duì)百分比，該第二材料的相對(duì)百分比由材料指數(shù)(即，CMI指數(shù))的小數(shù)部分y表示。如果 隨機(jī)數(shù)低于第二材料的百分比，則系統(tǒng)100使用用于對(duì)相互作用類型進(jìn)行采樣的第二材料 的性質(zhì)并且計(jì)算相互作用的效果。否則，系統(tǒng)100使用第一材料的性質(zhì)。
[0051] 根據(jù)替換實(shí)施例，系統(tǒng)100可以定義路線以對(duì)行進(jìn)穿過體素的移動(dòng)粒子的軌跡進(jìn) 行建模。系統(tǒng)100隨后可以沿著線路確定材料性質(zhì)并且基于體素的材料性質(zhì)和粒子在體素 中行進(jìn)的距離確定多少能量沉積在體素中。系統(tǒng)100可以假設(shè)軌跡的分?jǐn)?shù)A在第一材料(材 料1)內(nèi)以及另一個(gè)分?jǐn)?shù)5=1.0-^在第二材料(材料2)內(nèi)。相應(yīng)地，系統(tǒng)100可以根據(jù)下列公 式確定粒子在體素內(nèi)沉積的能量：
[0052] EdeP = L(fiSi+f2S2), (2)
[0053] 其中Edep是體素中沉積的能量，L是粒子在體素中行進(jìn)的距離，Si是第i個(gè)材料的受 限總線性阻止本領(lǐng)。
[0054]替換地，還可以根據(jù)下列公式確定體素中沉積的能量：
[0055] Edep = L ( f lPl+f 2P2 ) Sef f , (3)
[0056] 其中可以根據(jù)下列公式確定Seff :
[0057] .(4)
[0058] 其中SI和S2分別地表示第一材料和第二材料的質(zhì)量阻止本領(lǐng)。
[0059] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)100還可以根據(jù)下列公式確定參考介質(zhì)的劑量(DTRM)，諸 如水的劑量(DTW):
[0060]
[0061] Edtrm=L(fiPisi+f2P2S2) Sref, (6)
[0062] 其中Srrf是參考材料的受限總質(zhì)量阻止本領(lǐng)。
[0063] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)100還可以確定沿著粒子軌跡累積的其它量。例如，系統(tǒng) 100可以使用類似于上面式(2)的公式確定多個(gè)散射參數(shù)b。和
I勺有效值，該多個(gè)散射參 數(shù)是管理多個(gè)散射的獨(dú)立于能量的材料性質(zhì)。為此，在計(jì)算有效值時(shí)，式(2)中的S1可以由 感興趣的性質(zhì)(例如，b?；蛘?br>）替換。
[0064]圖2圖示了與所公開實(shí)施例一致的用于模擬放射療法期間粒子與患者身體之間的 輻射傳輸?shù)氖纠苑椒?。具體地，圖2描繪了用于基于不帶電粒子(諸如光子)的連續(xù)材料指 數(shù)模擬輻射傳輸?shù)倪^程200。過程200可以由系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)。
[0065] 根據(jù)圖2,在步驟202處，系統(tǒng)100確定不帶電粒子(諸如光子)是否具有比用戶已經(jīng) 定義的預(yù)定最小能量多的能量。如果是，則過程200繼續(xù)至步驟204。如果不是，則過程200終 止。在步驟204處，系統(tǒng)100計(jì)算到粒子與患者身體之間的下一個(gè)相互作用點(diǎn)的距離。在步驟 206處，系統(tǒng)100模擬粒子到步驟204處確定的下一個(gè)相互作用點(diǎn)的移動(dòng)。因此，下一個(gè)相互 作用點(diǎn)成為當(dāng)前相互作用點(diǎn)。在步驟208處，系統(tǒng)100取回當(dāng)前相互作用點(diǎn)處的體素的體素 信息(諸如質(zhì)量密度、材料指數(shù)等等)并且標(biāo)識(shí)當(dāng)前相互作用點(diǎn)處的邊界材料和對(duì)應(yīng)質(zhì)量密 度。
[0066] 在步驟210處，系統(tǒng)100使用上面在式(5)和(6)中定義的過程基于粒子的能量以及 當(dāng)前體素的材料指數(shù)和質(zhì)量密度確定物理性質(zhì)(諸如當(dāng)前相互作用點(diǎn)的截面數(shù)據(jù)）。在步驟 212處，系統(tǒng)100根據(jù)確定每個(gè)相互作用類型的截面的已知技術(shù)確定粒子將經(jīng)歷哪個(gè)相互作 用。在步驟214處，系統(tǒng)100根據(jù)蒙特卡羅技術(shù)模擬粒子與當(dāng)前體素之間的相互作用。在步驟 216處，系統(tǒng)100驗(yàn)證粒子具有比預(yù)定最小能量多的能量。在步驟218處，如果粒子具有比預(yù) 定最小能量多的能量，則過程200回到步驟204以進(jìn)行下一個(gè)迭代。過程200繼續(xù)迭代直到粒 子的能量變得小于預(yù)定量或者粒子離開患者身體。
[0067] 圖3描繪了與所公開實(shí)施例一致的用于基于帶電粒子(諸如電子)的連續(xù)材料指數(shù) 模擬輻射傳輸?shù)倪^程300。還可以在上面描述的系統(tǒng)100上實(shí)現(xiàn)過程300。根據(jù)圖3,在步驟 302處，系統(tǒng)300確定粒子是否具有比預(yù)定最小能量多的能量以及粒子是否仍然在患者身體 中。如果是，則過程300繼續(xù)至步驟304。如果不是，則過程300終止。在步驟304處，系統(tǒng)100計(jì) 算到粒子與患者身體之間的下一個(gè)相互作用點(diǎn)的距離。在步驟306處，系統(tǒng)100確定粒子是 否已經(jīng)到達(dá)下一個(gè)相互作用點(diǎn)的位置。如果是，則過程300繼續(xù)至步驟318。如果否，則過程 300繼續(xù)至步驟308。
[0068]在步驟308處，系統(tǒng)100計(jì)算從當(dāng)前相互作用位置到體素邊界的距離。在步驟310 處，系統(tǒng)100取回當(dāng)前體素的信息，諸如質(zhì)量密度、材料指數(shù)等等。在步驟312處，系統(tǒng)100基 于粒子的能量、當(dāng)前體素的材料指數(shù)和質(zhì)量密度取回當(dāng)前體素的物理性質(zhì)，諸如截面值、阻 止本領(lǐng)值、散射本領(lǐng)值。在步驟314處，系統(tǒng)100基于體素中行進(jìn)的距離和體素的物理性質(zhì)確 定體素中沉積的能量。在步驟316處，系統(tǒng)100試驗(yàn)性地使粒子前進(jìn)到體素邊界。過程300隨 后返回至步驟306。
[0069]在步驟318處，系統(tǒng)100取回當(dāng)前體素的信息，諸如質(zhì)量密度、材料指數(shù)等等。在步 驟320處，系統(tǒng)100基于粒子能量確定當(dāng)前體素的物理性質(zhì)，諸粒子質(zhì)量密度、材料標(biāo)識(shí)符等 等。在步驟322處，系統(tǒng)100確定粒子將經(jīng)歷哪個(gè)相互作用并且對(duì)相互作用進(jìn)行采樣。在步驟 324處，系統(tǒng)100根據(jù)蒙特卡羅技術(shù)模擬粒子與體素之間的相互作用。此后，過程300隨后返 回至步驟302并且繼續(xù)下一個(gè)迭代。
[0070] 盡管圖2和圖3分別地描述了基于如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的不帶電粒子(例如，光 子)和帶電粒子(例如，電子)的連續(xù)材料指數(shù)模擬輻射傳輸?shù)膶?shí)施例，所描述的過程不限于 這些類型的粒子。
[0071] 根據(jù)實(shí)施例，可以在上面描述的GPUMCD代碼中實(shí)現(xiàn)此處公開的連續(xù)材料指數(shù) (CMI)方法。將由GPUM⑶代碼生成的具有CMI和沒有CMI的結(jié)果進(jìn)行比較以評(píng)估CMI的性能。 在該實(shí)施例中，以人體模型表面上大約1.5cm乘1.5cm的場(chǎng)大小執(zhí)行所有測(cè)試。運(yùn)行測(cè)試直 到達(dá)到大約0.25%的不確定性。在國(guó)際輻射單位和測(cè)量委員會(huì)(ICRU)的技術(shù)報(bào)告No .44的 "Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement"（Bethesda，MD，1989) 中提供了邊界材料的化學(xué)組成，該技術(shù)報(bào)告通過引用合并于此。在圖4的表格I中列出了一 些示例性邊界材料的化學(xué)組成和質(zhì)量密度。
[0072] 根據(jù)另外的實(shí)施例，第一測(cè)試可以測(cè)試三個(gè)不同模型，包括:幾何結(jié)構(gòu)1:薄的替換 離散材料層;幾何結(jié)構(gòu)2:粗的預(yù)混合均勻材料層；以及幾何結(jié)構(gòu)3:粗的由連續(xù)材料指數(shù)定 義的混合物層。所有三個(gè)模型可以包括軟組織和骨骼，并且是關(guān)于其中存在的骨骼材料的 數(shù)量的等效物。三個(gè)模型可以分別地標(biāo)記為參考模型、混合物模型和CMI模型。使用這三個(gè) 不同模型的目標(biāo)是表明CMI模型產(chǎn)生等效物或者比與常規(guī)技術(shù)相對(duì)應(yīng)的參考模型和混合物 模型更好的結(jié)果。CMI模型還表明CMI技術(shù)對(duì)包括所有材料類型的所有幾何結(jié)構(gòu)有效。另外， 對(duì)于混合物和CMI幾何結(jié)構(gòu)，計(jì)算具有設(shè)置到軟組織的參考材料的DTRM。由于電子束對(duì)材料 差異更敏感，因此模擬24MeV電子束。
[0073] 參考模型可以使用0.1mm深的體素。例如，對(duì)于具有10個(gè)體素厚度的板，體素層在 1.92g/cc的皮質(zhì)骨與1.06g/cc的組織之間交替。因此，在具有1.0cm厚度的板內(nèi)，存在體積 占50 %的軟組織和體積占50 %的皮質(zhì)骨。
[0074] 混合物模型可以使用0.2mm深的體素。例如，對(duì)于具有5個(gè)體素或者1.0cm厚度的 板，按照1.49g/cc的密度使用表示50%骨骼和50%軟組織的混合物的預(yù)混合材料。
[0075] CMI模型可以使用0.2mm深的體素。例如，對(duì)于具有5個(gè)體素或者1.0cm厚度的板，體 素被標(biāo)識(shí)為具有邊界材料為組織和骨豁以及體素質(zhì)量密度為1.49g/cc的CMI指數(shù)。
[0076] 在圖5中呈現(xiàn)了上面描述的利用24MeV電子束的第一測(cè)試的結(jié)果。在圖5中，實(shí)線表 示劑量結(jié)果，以及虛線表示差結(jié)果。使劑量結(jié)果絕對(duì)歸一化并且隨后重新按比例縮放，以使 得參考分布的最大值等于1〇〇。對(duì)于已經(jīng)重新按比例縮放的數(shù)據(jù)，將所有差結(jié)果計(jì)算為 valt(3St-valre3f。圖5中的插圖是異質(zhì)性區(qū)域的近視圖。在兩種情況中都報(bào)告了介質(zhì)的劑量 值。還使用'〇'標(biāo)記將組織的劑量結(jié)果插入在圖表中。DTRM結(jié)果限于圍繞骨板的區(qū)域以減少 雜波。
[0077]系統(tǒng)100還可以處理參考TOD數(shù)據(jù)來以與測(cè)試模型相同的分辨率將結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插。 特別地，對(duì)于所有體素，將體素的劑量乘以體素的質(zhì)量以得到沉積的能量。對(duì)于連續(xù)體素對(duì) (例如，體素1與體素2,或者體素3與體素4)，將第一體素中沉積的能量添加至第二體素中沉 積的能量并且存儲(chǔ)在具有測(cè)試幾何結(jié)構(gòu)的分辨率的能量沉積曲線圖中。最終，將能量沉積 曲線圖中的每個(gè)值除以兩個(gè)原始體素的組合質(zhì)量以得到組合體素中的吸收劑量。
[0078]在圖5中的異質(zhì)性區(qū)域內(nèi)（即，從1.0cm到2. Ocm的深度），所有曲線之間的吻合在 〇. 5%內(nèi)。緊接在異質(zhì)性區(qū)域之后，所有曲線在1 %吻合內(nèi)，并且在剩余區(qū)域內(nèi)保持這樣。本 領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到參考PDD并不一定表示其它結(jié)果進(jìn)行評(píng)估所針對(duì)的基本事實(shí)。它表 示從骨骼開始使骨骼和組織層交替的具體情形。如果交替層從軟組織開始，則參考數(shù)據(jù)不 同。
[0079] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第二測(cè)試可以評(píng)估當(dāng)物理界面橫切體素內(nèi)部時(shí)CMI方法的性 能。在該實(shí)施例中，兩個(gè)不同邊界材料之間的界面與體素網(wǎng)格不一致。參考模型表示包括 200個(gè)體素的底層物理人體模型，其中每個(gè)體素為1.0mm深，其中軟組織與骨骼之間的界面 為5. Icm深。通過將分辨率降低到小于捕獲人體模型的大量細(xì)節(jié)的充分分辨率的劑量網(wǎng)格 (諸如100個(gè)2.Omm的體素），對(duì)表示底層物理人體模型的模型進(jìn)行下采樣。由于界面落在第 26個(gè)體素的中間，因此不能以該分辨率清晰地描述界面。因此，第26個(gè)體素是一半軟組織和 一半骨骼并且因此被分配1.49g/cc的密度。當(dāng)利用混合物模型時(shí)，為混合物模型分配一半 軟組織和一半骨骼的預(yù)定義介質(zhì)。當(dāng)利用CMI模型時(shí)，為CMI模型分配指示相同部分軟組織 和骨骼的CMI介質(zhì)指數(shù)。模擬使用24MeV電子束。
[0080] 在圖6中呈現(xiàn)上面討論的具有清晰界面的第二測(cè)試的結(jié)果。類似地，在圖6中，實(shí)線 表示劑量結(jié)果，以及虛線表示差結(jié)果。使劑量結(jié)果絕對(duì)歸一化并且隨后重新按比例縮放，以 使得參考分布的最大值等于1〇〇。對(duì)于已經(jīng)重新按比例縮放的數(shù)據(jù)，將所有差結(jié)果計(jì)算為 valtest-valre3f。圖6的插圖是位于5. Icm深處的界面的近視圖。
[0081 ]如圖6所示，參考分布與其它分布之間的大差異在界面體素本身內(nèi)可見。由于兩種 情形中的物理現(xiàn)實(shí)不相同，因此這些差異是被預(yù)期的。在參考情況中，界面前Imm處的材料 包括軟組織，以及界面后Imm處的材料包括骨骼。然而，在其它情況中，界面周圍2mm內(nèi)的材 料各向同性地包括軟組織和骨骼的50%_50%混合物?；旌衔锖瓦B續(xù)幾何結(jié)構(gòu)兩者在界面 前、內(nèi)和后以相同方式起作用，這是預(yù)計(jì)結(jié)果。在淺深度處參考分布與測(cè)試分布之間的差異 可能由體素大小效應(yīng)引起。相同體素分辨率處的兩個(gè)測(cè)試分布彼此吻合。
[0082]有利地，通過使用蒙特卡羅模擬，將經(jīng)受放射療法的患者身體建模為包括多個(gè)體 素的三維數(shù)據(jù)集。過程通過確定由特定粒子行進(jìn)的距離和粒子與體素之間的相互作用類型 來確定福射傳輸。
[0083]每個(gè)體素可以表示三維空間中規(guī)則網(wǎng)格上的值。定義了表示每個(gè)體素的物理和材 料性質(zhì)的材料信息，其中材料不特定于給定患者或者治療計(jì)劃。例如，每個(gè)體素可以包括一 個(gè)或者多個(gè)邊界材料。將特定單個(gè)體素的材料確定為至少兩個(gè)或者更多個(gè)邊界材料的組 合。有利地，不同于常規(guī)系統(tǒng)，單個(gè)體素內(nèi)的邊界材料的百分比可以在患者模型的體素之間 連續(xù)地變化。
[0084]此外，可以有利地使用十進(jìn)制數(shù)對(duì)用兩個(gè)或者更多個(gè)材料或者物質(zhì)的組合而不是 僅一個(gè)材料填充體素的事實(shí)進(jìn)行建模以符合材料(諸如空氣和軟組織的組合或者骨骼和軟 組織的組合)沒有在體素內(nèi)均勻地混合而是占據(jù)體素的幾何離散部分的物理現(xiàn)實(shí)。使用每 個(gè)體素的兩條信息(質(zhì)量密度和材料標(biāo)識(shí)符)建立患者身體內(nèi)給定位置處的材料性質(zhì)。材料 標(biāo)識(shí)符用于取得特定于材料的性質(zhì)（例如，質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)量阻止本領(lǐng)、質(zhì)量散射本領(lǐng)等 等）以及質(zhì)量密度用于獲得特定于材料的量的值。這些材料指數(shù)(例如，諸如質(zhì)量密度、所標(biāo) 識(shí)的材料等等)標(biāo)識(shí)體素內(nèi)的材料和它們的相應(yīng)比例，其用于確定當(dāng)前體素的當(dāng)前物理性 質(zhì)。
[0085]基于體素的物理性質(zhì)，可以通過確定由特定粒子(例如，帶電的、不帶電的以及其 它類型的粒子)行進(jìn)的距離和粒子與體素之間的相互作用類型來確定放射性粒子與患者身 體之間的輻射傳輸。
[0086]通過考慮說明書和所公開實(shí)施例的實(shí)踐，其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是 清晰的。意圖在由下列權(quán)利要求指示所公開實(shí)施例的真正范圍和精神的情況下，將說明書 和示例僅看作示例性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于利用至少一個(gè)處理器模擬放射療法中粒子與患者之間的能量傳輸?shù)挠?jì)算 機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，包括： 標(biāo)識(shí)對(duì)象的多個(gè)邊界材料和多個(gè)標(biāo)識(shí)，所述多個(gè)標(biāo)識(shí)中的每一個(gè)對(duì)所述多個(gè)邊界材料 中的一個(gè)進(jìn)行標(biāo)識(shí)； 基于對(duì)象的部分的材料性質(zhì)，從所述多個(gè)邊界材料選擇對(duì)象的一部分的第一邊界材料 和第二邊界材料的組合； 基于第一邊界材料和第二邊界材料的組合確定對(duì)象的部分的材料指數(shù)；以及 通過基于材料指數(shù)計(jì)算由粒子在對(duì)象的部分內(nèi)沉積的能量的量來模擬粒子與對(duì)象之 間的能量傳輸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中選擇第一邊界材料和第二邊界材料 的組合還包括確定對(duì)象的部分中的第一邊界材料和第二邊界材料的百分比組成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中計(jì)算由粒子沉積的能量的量還包括 分別地基于第一邊界材料和第二邊界材料的百分比組成和材料性質(zhì)來計(jì)算第一邊界材料 和第二邊界材料內(nèi)沉積的能量的量。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中第一邊界材料和第二邊界材料的材 料性質(zhì)包括第一邊界材料和第二邊界材料的質(zhì)量阻止本領(lǐng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中計(jì)算對(duì)象的部分內(nèi)沉積的能量的量 還包括模擬粒子與對(duì)象之間的相互作用。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中計(jì)算對(duì)象的部分內(nèi)沉積的能量的量 還包括根據(jù)蒙特卡羅技術(shù)模擬粒子與對(duì)象之間的相互作用。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中對(duì)象的部分的材料性質(zhì)包括對(duì)象的 部分的材料密度。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中計(jì)算由粒子沉積的能量的量還包括 計(jì)算由粒子在對(duì)象的部分內(nèi)行進(jìn)的距離。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中粒子是帶電粒子或者不帶電粒子中 的至少一個(gè)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中粒子是電子。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中粒子是光子。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，還包括基于表示對(duì)象的三維數(shù)據(jù)集來定 義對(duì)象的部分。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，還包括確定粒子的能量的量是否大于最 小值。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中對(duì)象包括患者中的感興趣的器官或 者腫瘤中的至少一個(gè)。15. -種用于模擬粒子與經(jīng)受放射療法的患者之間的能量傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括： 用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)介質(zhì)；以及 用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的處理器，指令使得處理器： 生成患者的至少一部分的三維表示，三維表示包括多個(gè)體素； 基于邊界材料和分配給邊界材料的標(biāo)識(shí)符確定所述多個(gè)體素中的每一個(gè)的材料指數(shù)， 每個(gè)體素的材料指數(shù)具有包括對(duì)應(yīng)體素內(nèi)的第一邊界材料的標(biāo)識(shí)符的第一部分以及包括 與體素內(nèi)的第二邊界材料相關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)體素的百分比的第二部分；以及 通過基于體素的材料指數(shù)和邊界材料列表計(jì)算由粒子在患者內(nèi)沉積的能量的量來模 擬粒子與對(duì)象之間的能量傳輸。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中指令還使得處理器： 確定由粒子中的每一個(gè)在體素中的至少一個(gè)內(nèi)行進(jìn)的距離，其中計(jì)算由粒子在患者內(nèi) 沉積的能量的量還基于該距離。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中材料指數(shù)還包括邊界材料的材料性質(zhì)的信息。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中邊界材料的材料性質(zhì)包括阻止本領(lǐng)、散射本領(lǐng)或 者衰減系數(shù)中的至少一個(gè)。19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中指令還使得處理器基于體素的密度、第一邊界材 料的密度和第二邊界材料的密度來確定與第二邊界材料相關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)體素的百分比。20. -種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)使得處理器執(zhí)行用于模擬放射療法 中粒子與對(duì)象之間的能量傳輸?shù)姆椒ǖ挠?jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，方法包括： 標(biāo)識(shí)對(duì)象的多個(gè)邊界材料和多個(gè)標(biāo)識(shí)，所述多個(gè)標(biāo)識(shí)中的每一個(gè)所述對(duì)多個(gè)邊界材料 中的一個(gè)進(jìn)行標(biāo)識(shí)； 基于對(duì)象的部分的材料性質(zhì)從所述多個(gè)邊界材料選擇對(duì)象的一部分的第一邊界材料 和第二邊界材料的組合； 基于第一邊界材料和第二邊界材料的組合確定對(duì)象的部分的材料指數(shù)；以及 通過基于材料指數(shù)計(jì)算由粒子在對(duì)象的部分內(nèi)沉積的能量的量來模擬粒子與對(duì)象之 間的能量傳輸。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中選擇第一邊界材料和第二邊界材料 的組合還包括將對(duì)象的部分的密度與所述多個(gè)邊界材料的密度進(jìn)行比較。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中確定材料指數(shù)還包括確定與第一邊 界材料相關(guān)聯(lián)的對(duì)象的部分的第一百分比和與第二邊界材料相關(guān)聯(lián)的對(duì)象的部分的第二 百分比。23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中材料指數(shù)包括第一部分和第二部分， 第一部分包括第一邊界材料的標(biāo)識(shí)，第二部分包括對(duì)象的部分的第二百分比。24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中對(duì)象是患者中的感興趣的器官或者 腫瘤中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105979873SQ201480064853
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年12月2日
【發(fā)明人】S·希索尼
【申請(qǐng)人】醫(yī)科達(dá)有限公司