本技術(shù)屬于放射，涉及一種硼藥運(yùn)輸模擬與中子-硼藥運(yùn)輸?shù)鸟詈夏M方法、介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、硼中子俘獲治療（bnct）作為一種極具潛力的癌癥治療手段，隨著加速器的發(fā)展，近年來備受關(guān)注。其原理基于10b對熱中子的高俘獲截面特性。當(dāng)含有硼的化合物（硼藥）被腫瘤細(xì)胞特異性攝取后，引入熱中子束進(jìn)行照射。10b俘獲熱中子后發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生高能的α粒子和7li原子核。這些粒子的射程極短，僅在數(shù)微米范圍內(nèi)，這意味著它們幾乎只會對含有10b的腫瘤細(xì)胞造成損傷，而對周圍正常組織的影響極小。這種獨特的治療機(jī)制為癌癥治療提供了一種高度精準(zhǔn)的方式，有望在提高腫瘤治療效果的同時，顯著降低對正常組織的副作用。

2、治療計劃系統(tǒng)（treatment?planning?system,?簡稱?tps）是整個硼中子俘獲治療過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在bnct-tps中，精確的劑量計算是確保治療效果和安全性的核心環(huán)節(jié)。例如，通過精確的劑量計算，可以確保腫瘤組織能夠接受到足夠的治療劑量，以達(dá)到徹底殺滅腫瘤細(xì)胞的目的，同時又能將正常組織的劑量控制在安全范圍內(nèi)，避免因劑量過高導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥。然而，在實際的?bnct?治療中，存在著多種因素導(dǎo)致的劑量虧損問題，嚴(yán)重影響了治療效果的進(jìn)一步提升。因此，如何基于多因素考慮生成精準(zhǔn)的bnct治療計劃是本領(lǐng)域技術(shù)人員所亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供提供一種硼藥運(yùn)輸模擬與中子-硼藥運(yùn)輸?shù)鸟詈夏M方法、介質(zhì)，用于解決如何基于多因素考慮生成精準(zhǔn)的bnct治療計劃的技術(shù)問題。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種硼藥運(yùn)輸模擬方法，所述方法適用于bnct治療計劃系統(tǒng)，所述方法包括：

3、設(shè)置多個體素網(wǎng)格與硼藥運(yùn)輸參數(shù)，所述體素網(wǎng)格對應(yīng)于各類人體組織材料；

4、對每一所述體素網(wǎng)格利用所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)進(jìn)行離線編碼以獲取對應(yīng)的硼藥運(yùn)輸模擬模型，所述硼藥運(yùn)輸模擬模型用于基于輻射強(qiáng)度、硼藥流入速率和輻射照射時間預(yù)測硼藥流出速率與體素網(wǎng)格內(nèi)的硼藥濃度；

5、獲取目標(biāo)對象的ct影像，并根據(jù)所述ct影像匹配至少一個所述體素網(wǎng)格以獲取目標(biāo)對象的體素模型；

6、基于所述體素模型中所有體素網(wǎng)格的硼藥運(yùn)輸模擬模型獲取所述體素模型內(nèi)的硼藥濃度。

7、于本技術(shù)第一方面的一些實施方式中，對每一所述體素網(wǎng)格利用所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)進(jìn)行離線編碼包括：

8、構(gòu)建所述體素網(wǎng)格的控制方程，所述控制方程基于計算流體力學(xué)方程和對流-擴(kuò)散-反應(yīng)方程建立；

9、對每一所述體素網(wǎng)格給定不同的所述輻射強(qiáng)度、所述硼藥流入速率和所述輻射照射時間，并結(jié)合所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)對所述控制方程求解，以獲取對應(yīng)的所述硼藥流出速率與體素網(wǎng)格內(nèi)的硼藥濃度；

10、基于給定的所述輻射強(qiáng)度、所述硼藥流入速率、所述輻射照射時間和獲取的所述硼藥流出速率、體素網(wǎng)格內(nèi)的硼藥濃度離線編碼每一所述體素網(wǎng)格的硼藥運(yùn)輸模擬模型。

11、于本技術(shù)第一方面的一些實施方式中，所述方法包括：

12、在二維相空間中定義硼藥流入速率和硼藥流出速率，所述二維相空間包括三維空間相空間和時間相空間；

13、在所述三維空間相空間中，基于求積離散對所述硼藥流入速率的三維空間分布進(jìn)行計算，以結(jié)合所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)對所述控制方程求解，獲取對應(yīng)的所述硼藥流出速率的三維空間分布和所述硼藥濃度的三維空間分布；

14、在所述時間相空間中，基于漸進(jìn)態(tài)近似對所述硼藥流入速率的時間分布進(jìn)行計算，以結(jié)合所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)對所述控制方程求解，獲取對應(yīng)的所述硼藥流出速率的時間分布和所述硼藥濃度的時間分布。

15、于本技術(shù)第一方面的一些實施方式中，所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)包括硼藥的表征擴(kuò)散系數(shù)、體液表征流速、自由硼轉(zhuǎn)換速率。

16、第二方面，本技術(shù)提供一種中子-硼藥運(yùn)輸?shù)鸟詈夏M方法，所述方法適用于bnct治療計劃系統(tǒng)，所述方法包括：

17、設(shè)置多個體素網(wǎng)格與硼藥運(yùn)輸參數(shù)，并對每一所述體素網(wǎng)格利用所述硼藥運(yùn)輸參數(shù)進(jìn)行離線編碼以獲取對應(yīng)的硼藥運(yùn)輸模擬模型；所述體素網(wǎng)格對應(yīng)于各類人體組織材料；所述硼藥運(yùn)輸模擬模型用于基于輻射強(qiáng)度、硼藥流入速率和輻射照射時間預(yù)測硼藥流出速率與體素網(wǎng)格內(nèi)的硼藥濃度；

18、對每一所述體素網(wǎng)格進(jìn)行離線編碼以獲取對應(yīng)的物理編碼層，所述物理編碼層用于基于中子入射流和硼藥濃度預(yù)測對應(yīng)的中子出射流及中子通量分布；

19、獲取目標(biāo)對象的ct影像，并根據(jù)所述ct影像匹配至少一個所述體素網(wǎng)格以獲取目標(biāo)對象的體素模型；

20、基于所述體素模型中所有體素網(wǎng)格的物理編碼層和硼藥運(yùn)輸模擬模型進(jìn)行雙向耦合，以獲取所述體素模型中的中子通量分布和硼藥濃度。

21、于本技術(shù)第二方面的一些實施方式中，對每一所述體素網(wǎng)格進(jìn)行離線編碼以獲取對應(yīng)的物理編碼層包括：

22、在八維相空間中自定義所述中子入射流和所述中子出射流；所述八維相空間包括時間相空間、能量相空間、三維角度相空間與三維空間相空間；

23、對每一所述體素網(wǎng)格給定不同的所述中子入射流和硼藥濃度以對應(yīng)獲取所述八維相空間中的所述中子出射流和所述中子通量分布；

24、基于給定的所述中子入射流及硼藥濃度和對應(yīng)的所述中子出射流及所述中子通量分布離線編碼每一所述體素網(wǎng)格的所述物理編碼層。

25、于本技術(shù)第二方面的一些實施方式中，所述方法包括：

26、結(jié)合所述中子入射流和所述中子出射流的八維相空間定義，對所述體素網(wǎng)格采取空間積分，以將所述體素網(wǎng)格內(nèi)的中子運(yùn)輸過程表征為所述中子入射流和所述中子出射流的關(guān)系特征性。

27、于本技術(shù)第二方面的一些實施方式中，基于所述體素模型中所有體素網(wǎng)格的物理編碼層和硼藥運(yùn)輸模擬模型進(jìn)行雙向耦合包括：

28、將所述硼藥運(yùn)輸模擬模型輸出的硼藥濃度作為所述物理編碼層的一輸入，以對所有所述體素網(wǎng)格的物理編碼層進(jìn)行在線耦聯(lián)，獲取所述體素模型中的中子通量分布；

29、將所述物理編碼層輸出的中子通量分布作為所述硼藥運(yùn)輸模擬模型的一輸入，以對所有所述體素網(wǎng)格的硼藥運(yùn)輸模擬模型進(jìn)行在線耦聯(lián)，獲取所述體素模型中的硼藥濃度。

30、于本技術(shù)第二方面的一些實施方式中，所述方法包括：

31、將所述體素模型中的一體素網(wǎng)格設(shè)為初始網(wǎng)格，并對所述初始網(wǎng)格給定一輻射源信息與一硼藥給藥方案，所述一輻射源信息包括一中子源的輻射強(qiáng)度與一輻射照射時間，所述一硼藥給藥方法包括一硼藥流入速率與一硼藥濃度；

32、將所述一中子源的輻射強(qiáng)度、所述一硼藥流入速率和所述一輻射照射時間共同輸入至所述初始網(wǎng)格的硼藥運(yùn)輸模擬模型中，以獲取對應(yīng)的硼藥流出速率和硼藥濃度；

33、基于所述一中子源的輻射強(qiáng)度確定進(jìn)入所述初始網(wǎng)格的中子入射流，并將所述一硼藥濃度和所述中子入射流輸入至所述初始網(wǎng)格的物理編碼層中，以獲取對應(yīng)的中子出射流及中子通量分布；

34、將所述初始網(wǎng)格的中子通量分布、所述初始網(wǎng)格的硼藥流出速率和所述一輻射照射時間作為下一體素網(wǎng)格的輸入，以基于下一體素網(wǎng)格的硼藥運(yùn)輸模擬模型獲取對應(yīng)的硼藥流出速率和硼藥濃度，以此直至遍歷所有所述體素網(wǎng)格，獲取所述體素模型中的硼藥濃度；

35、將所述初始網(wǎng)格的中子出射流和所述初始網(wǎng)格的硼藥濃度作為下一體素網(wǎng)格的輸入，以基于所述下一體素網(wǎng)格的物理編碼層預(yù)測對應(yīng)的中子出射流及中子通量分布，以此直至遍歷所有所述體素網(wǎng)格，獲取所述體素模型中的中子通量分布。

36、第三方面，本技術(shù)提供一種計算機(jī)存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如前所述方法。

37、如上所述，本技術(shù)提供的硼藥運(yùn)輸模擬與中子-硼藥運(yùn)輸?shù)鸟詈夏M方法、介質(zhì)，具有以下有益效果：

38、首先，本技術(shù)創(chuàng)新性得提出了一種輻射條件下的硼藥運(yùn)輸模擬方法，針對硼藥輸運(yùn)過程的復(fù)雜機(jī)理，在“三維空間-時間”的相空間中，構(gòu)建輻射條件下特異性表征體素網(wǎng)格硼藥輸運(yùn)非均勻性的硼藥運(yùn)輸模擬模型，并基于目標(biāo)對象的實際情況將各體素網(wǎng)格進(jìn)行耦聯(lián)，建立了個性化的硼藥運(yùn)輸模擬機(jī)制，進(jìn)而能夠快速獲取目標(biāo)對象體內(nèi)的硼藥濃度。

39、其次，本技術(shù)創(chuàng)新性得提出了一種動態(tài)的中子運(yùn)輸模擬方法，針對中子運(yùn)輸過程的復(fù)雜機(jī)理，在“時間-能量-三維空間-三維角度耦合”的八維相空間中，提出了能夠特異性表征體素網(wǎng)格粒子輸運(yùn)非均勻性的物理編碼層，從而能夠快速基于目標(biāo)對象的實際情況獲取體內(nèi)的中子通量分布。

40、最后，本技術(shù)進(jìn)一步提出了一種考慮中子-硼藥多因素的運(yùn)輸耦合方法，在充分分析粒子輸運(yùn)非均勻性和硼藥輸運(yùn)非均勻性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實現(xiàn)兩者的雙向耦合機(jī)理，進(jìn)而能夠在考慮多因素的前提下生成更加精準(zhǔn)的bnct治療計劃，進(jìn)而提高?bnct?劑量評估精度和安全性能，加速?bnct?的臨床推廣。

41、此外，本技術(shù)創(chuàng)新性得提出離線編碼-在線耦合的技術(shù)方案，能夠在無需考慮患者個人情況的前提下對各體素網(wǎng)格進(jìn)行離線編碼，獲取體素網(wǎng)格級別的硼藥運(yùn)輸模擬模型及物理編碼層，并直接可以基于不同患者個體化診治需求進(jìn)行在線耦聯(lián)與雙向耦合，從而直接能夠快速預(yù)測患者體內(nèi)的硼藥濃度和中子通量分布，進(jìn)而生成bnct治療計劃。本技術(shù)無需收集大量的樣本集病例數(shù)據(jù)，也無需反復(fù)基于個體化診治需求進(jìn)行大量的預(yù)先計算和模型訓(xùn)練，大大提高了基于硼藥濃度和中子通量分布生成bnct治療計劃的時效性。