放射治療計(jì)劃、劑量確定、質(zhì)量保證的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及放療劑量技術(shù)領(lǐng)域,尤其設(shè)及一種放射治療計(jì)劃、放射治療質(zhì)量保證 的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 患者進(jìn)行放射治療的流程通常為,首先患者在模擬機(jī)(simulator)上進(jìn)行掃描采 集得到影像數(shù)據(jù),模擬機(jī)指的是放射治療前進(jìn)行虛擬模擬定位和計(jì)劃設(shè)計(jì)過程所使用的掃 描系統(tǒng),包括CT模擬機(jī)、MR模擬機(jī)等。之后,在放療計(jì)劃系統(tǒng)(TPS,treatment planning system)內(nèi)由醫(yī)生在影像數(shù)據(jù)的圖像上進(jìn)行祀?yún)^(qū)、危及器官的勾畫,生成患者的放療計(jì)劃, 放射治療計(jì)劃包括進(jìn)行放療時(shí)的射野角度、射野區(qū)域、劑量強(qiáng)度分布等。然后在放療室內(nèi)的 放療設(shè)備(如電子直線加速器)中,根據(jù)制定的放療計(jì)劃對患者進(jìn)行放射治療。
[0003] 為了提高放療精度,現(xiàn)有的一種方式引入了圖像引導(dǎo)放射治療(IGRT, image-guided radiotherapy),具體為在放療設(shè)備中集成了 CT系統(tǒng)(computed tomography)、核磁系統(tǒng)或者其他影像設(shè)備,由影像設(shè)備在放療前對患者進(jìn)行定位,提高患 者擺位的準(zhǔn)確度。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中,在確定劑量分布的過程中,得到劑量分布的方法主要是利用放療系 統(tǒng)中的成像設(shè)備接收射野的照射,形成射野圖像,通過一定算法得到射野強(qiáng)度分布矩陣,再 根據(jù)劑量計(jì)算算法便可重建得到實(shí)際劑量。
[0005] 然而通過放療系統(tǒng)的成像設(shè)備計(jì)算出的實(shí)際劑量并不準(zhǔn)確,當(dāng)成像設(shè)備設(shè)置在治 療頭和患者之間時(shí),該方法若在放療前實(shí)施,則其并不能反映出患者接受劑量的真實(shí)情況, 如射束角度是否正確照射,射束能量是否正確選取,從而不能有效實(shí)現(xiàn)質(zhì)量保證;該方法若 在病人治療過程中實(shí)施,由于射束先穿過成像設(shè)備再照射到病人,成像設(shè)備對射束產(chǎn)生作 用,使得病人接受到的射束強(qiáng)度分布矩陣與治療計(jì)劃中的射束強(qiáng)度分布矩陣存在差異,病 人接受到的劑量被錯(cuò)誤估計(jì),從而影響治療質(zhì)量。
[0006] 當(dāng)成像設(shè)備設(shè)置在患者后面時(shí),由治療頭發(fā)出的射束穿過患者后得到射野圖像, 進(jìn)行反卷積與修正得到射野強(qiáng)度分布矩陣,利用射野強(qiáng)度分布矩陣求得重建劑量。反卷積 核通過均勻射束穿過一系列均勻介質(zhì)如水模體或水等效模體形成的射野圖像得到。該方法 在病人治療的同時(shí)進(jìn)行,可W重建得到病人接受到的實(shí)際劑量,缺點(diǎn)是由于射束穿過病人 體內(nèi)形成的散射線在射野圖像上的貢獻(xiàn),使得反卷積得到的射束強(qiáng)度分布矩陣誤差較大, 因而重建劑量精度不高,且求取反卷積核的操作與算法較復(fù)雜。
[0007] 現(xiàn)有的幾種技術(shù),在進(jìn)行放射治療過程中,很難保證病人治療的同時(shí)進(jìn)行快速準(zhǔn) 確的實(shí)際劑量重建,造成病人接受的劑量存在較大誤差。
[000引除了可W利用CT模擬機(jī)進(jìn)行病人的放射治療計(jì)劃,也可W基于核磁共振(MR, Magnetic Resonance)或者其他的成像設(shè)備所成的圖像進(jìn)行放射治療計(jì)劃。但與CT模擬機(jī) 類似,磁共振或者其他成像設(shè)備同樣和放療設(shè)備分離設(shè)置,病人需要在不同設(shè)備之間進(jìn)行 成像。
[0009] 在對患者進(jìn)行放射治療時(shí),需要確定病人將要接受的計(jì)劃劑量或已經(jīng)接受到的實(shí) 際劑量,進(jìn)而可預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃劑量作為參照對所獲取的實(shí)際劑量進(jìn)行檢驗(yàn)。若沒有 通過檢驗(yàn),認(rèn)為實(shí)際劑量與計(jì)劃劑量之間存在差異,則對預(yù)先設(shè)定的進(jìn)行放療的計(jì)劃劑量 進(jìn)行調(diào)整,確保病人接受到的實(shí)際劑量與計(jì)劃劑量相符,保證放射治療質(zhì)量。
[0010] 此外,根據(jù)計(jì)劃劑量作為參照對所獲取的重建的實(shí)際劑量分布進(jìn)行檢驗(yàn)的過程 中,主要采用的是將治療當(dāng)天產(chǎn)生的劑量誤差從第二天的計(jì)劃劑量中抵消,對第二天的治 療計(jì)劃作少量修改,從而保證患者接受的總劑量與總計(jì)劃劑量一致。但該種方法不能保證 病人每天接受到的劑量都與計(jì)劃一致,且由于病人每天的腫瘤形狀位置發(fā)生變化,利用第 二天修正劑量誤差的方法不能保證達(dá)到原計(jì)劃的治療效果。
[0011] 在放療過程中,造成劑量分布與預(yù)先設(shè)定的計(jì)劃劑量的差異的因素主要有;多葉 準(zhǔn)直器葉片運(yùn)動(dòng)誤差,治療室病人擺位誤差,病人祀?yún)^(qū)的形狀、大小、位置變化,因此對于重 建劑量的檢驗(yàn)可W反映出上述誤差和錯(cuò)誤,保證放射治療質(zhì)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 本發(fā)明解決的問題是難W在對患者進(jìn)行放療的過程中快速且準(zhǔn)確的確定劑量分 布,從而造成患者接受劑量的較大誤差。
[0013] 為解決上述問題,本發(fā)明技術(shù)方案提供一種放射治療計(jì)劃方法,包括:
[0014] 在線獲取放射治療對象的影像數(shù)據(jù),基于所述影像數(shù)據(jù),獲取所述對象的密度分 布圖像,并確定感興趣區(qū)域,所述感興趣區(qū)域包括祀?yún)^(qū)域和危及器官區(qū)域;
[0015] 根據(jù)所述密度分布圖像和所述感興趣區(qū)域,在線制定所述對象的放射治療計(jì)劃。
[0016] 可選的,所述影像數(shù)據(jù)包括CT圖像、核磁共振圖像、紅外圖像或可見光圖像的任 意一種。
[0017] 可選的,所述在線制定對象放射治療計(jì)劃包括;根據(jù)預(yù)設(shè)的處方劑量和約束條件, 自動(dòng)或半自動(dòng)生成所述對象的放射治療計(jì)劃。
[001引為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種放射治療劑量確定方法,包 括:
[0019] 由放射治療計(jì)劃方法獲取放射治療計(jì)劃;
[0020] 執(zhí)行所述放射治療計(jì)劃,在所述執(zhí)行過程中獲取機(jī)器記錄信息;
[0021] 基于所述機(jī)器記錄信息重建射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù);
[0022] 基于所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)計(jì)算得到實(shí)際放射治療的劑量分布。
[0023] 可選的,所述機(jī)器記錄信息包括;放療設(shè)備的機(jī)架角度信息、多葉準(zhǔn)直器的葉片內(nèi) 端面位置信息、次級準(zhǔn)直器的內(nèi)端面的位置信息、所述機(jī)器記錄信息的產(chǎn)生時(shí)間信息和劑 量監(jiān)測裝置的劑量讀數(shù)。
[0024] 可選的,所述基于所述機(jī)器記錄信息重建射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)的過程包括:
[0025] 獲取與所述機(jī)器記錄信息對應(yīng)的子野;
[0026] 根據(jù)所述子野確定對應(yīng)的射野;
[0027] 根據(jù)第一區(qū)域所劃分的各子區(qū)域的權(quán)重,確定所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù),所述第一 區(qū)域?yàn)榘湟暗淖钚^(qū)域。
[002引可選的,所述子野根據(jù)所述機(jī)器記錄信息中的多葉準(zhǔn)直器的葉片內(nèi)端面位置信息 和次級準(zhǔn)直器的內(nèi)端面位置信息所圍成的封閉區(qū)域進(jìn)行確定。
[0029] 可選的,所述射野根據(jù)所述機(jī)器記錄信息所對應(yīng)的所有子野的空間并集所確定的 封閉區(qū)域進(jìn)行確定。
[0030] 可選的,所述確定所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)的過程包括:
[0031] 獲取所述子區(qū)域所在的各子野的讀數(shù),所述子野的讀數(shù)為第一時(shí)刻的劑量監(jiān)測裝 置的劑量讀數(shù)與第二時(shí)刻的劑量監(jiān)測裝置的讀數(shù)的差值,所述第一時(shí)刻為當(dāng)前機(jī)器記錄信 息的產(chǎn)生時(shí)間信息,所述第二時(shí)刻為前一組機(jī)器記錄信息的產(chǎn)生時(shí)間信息;
[0032] 將所述子區(qū)域所在的各子野的讀數(shù)的和值作為所述子區(qū)域的權(quán)重值;
[0033] 根據(jù)所述射野內(nèi)各子區(qū)域的權(quán)重值確定所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)。
[0034] 可選的,所述基于所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)計(jì)算得到實(shí)際放射治療的劑量分布的過 程包括:
[0035] 將所述密度分布圖像中感興趣區(qū)域進(jìn)行柵格劃分;
[0036] 基于射野所對應(yīng)的射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù),獲取所述射野在劃分后的柵格內(nèi)所沉積的 劑量;
[0037] 將所述柵格內(nèi)的所有射野的劑量分布進(jìn)行相加,得到所述柵格的劑量分布的重建 結(jié)果;
[003引根據(jù)所述柵格的劑量重建結(jié)果,確定所述感興趣區(qū)域的劑量分布的重建結(jié)果。
[0039] 可選的,所述射野在劃分后的柵格內(nèi)沉積的劑量通過卷積疊加劑量計(jì)算方法獲 取,其中?。處的能量注量啤巧。)通過如下公式進(jìn)行確定:
[0040] iP(?〇)二 kMy
[0041] 其中,k為待定常系數(shù),My為所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)中與?a位置對應(yīng)的像素a,j) 的權(quán)重值。
[0042] 可選的,所述射野在劃分后的柵格內(nèi)沉積的劑量通過蒙特卡羅劑量計(jì)算方法獲 取,在所述蒙特卡羅劑量計(jì)算方法的源抽樣過程中,采取抽樣的粒子數(shù)分布服從且 所有粒子權(quán)重相等,或采取抽樣的粒子數(shù)服從均勻分布,權(quán)重分布服從W(?。),其中?。處 的能量注景ip(?〇)通過如下公式進(jìn)行確定;
[00創(chuàng) iP(?0)二 kMy
[0044] 其中,k為待定常系數(shù),My為所述射野強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)中與?0位置對應(yīng)的像素(i,j) 的權(quán)重值。
[0045] 為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種放射治療的質(zhì)量保證方法,包 括:
[0046] 由放射治療計(jì)劃方法確定放射治療計(jì)劃;
[0047] 根據(jù)所述放射治療計(jì)劃確定放射治療主計(jì)劃、