CN104361253A - 一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法，包括以下步骤；(I)根据病人的CT图像，确定靶区及紧要器官的轮廓，设置驻留点位置和参考点位置及处方剂量；(II)根据式(1)计算参考点的计量剂量：(III)根据计算剂量与处方剂量的偏差、相邻驻留位的时间差构建评价函数式(2)：O(T)＝(D⁰-AT)²+αT^T·T；(IV)评价函数对驻留时间向量T进行微分，得到式(3)；(V)简化式(3)得到一个正规方程组，并用向量表示如下:(B+αI)T＝F；(VI)通过改变不同的α值，得到不同的驻留时间解集。本发明利用规则化方法获得后装驻留时间，同时，引入时间平滑因子解决了相邻驻留位中驻留时间相差大的问题。

Description

一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法

技术领域

本发明涉及一种确定后装驻留时间的方法，具体的说，是涉及一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法。

背景技术

后装放射治疗是指把不带放射源的施源器置于治疗部位，由电脑遥控步进电机将放射源送入容器进行放射治疗，如此可避免放置治疗容器过程中医务人员因放射受伤。可以将放射源准确安全地输送到患者需要治疗的部位进行放射治疗。由于放置位置准确、距病体组织近等优点，在治疗妇科、鼻咽、食道、支气管、直肠、膀胱、乳腺及胰腺等肿瘤中取得了明显的临床治疗效果。

三维近距放射治疗计划系统的应用也越来越广泛，基本思路是根据临床对放射源周围剂量分布的特殊要求，控制步进源在不同驻留位置停留不同的时间，提高治疗质量。根据临床所规定的靶区处方剂量(即参考剂量)值，对步进源的驻留时间进行优化处理。然而，在优化求解的过程中由于临床情况的复杂性，如驻留位较多、剂量参考点不能与驻留位一一对应等，尤其是相邻驻留位中驻留时间相差大，使得计算结果中出现负值驻留时间，这在临床和物理学上都是没有意义的；同时，解的结果中，相邻驻留位的驻留时间可能相差很大，临床上也很难接受，因为它会造成某些临近驻留位的剂量过低或者过高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

一种利用规则化方法确定后装驻留时间的方法，包括以下步骤：

(I)根据病人的CT图像，确定靶区及紧要器官的轮廓，设置驻留点位置和参考点位置及处方剂量；

(I I)根据式(1)计算参考点的计算剂量：

$d_j=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}{t}_i---\left(1\right)$

(III)根据计算剂量与处方剂量的偏差、驻留位的时间构建评价函数式(2)：

O(T)＝(D⁰-AT)²+αT^T·T    (2)

(IV)要使得评价函数值最小，评价函数对驻留时间向量T进行微分，得到式(3)：

$\frac{\∂O}{\∂T}=2\mathrm{\αT}-2A^T(D^0-\mathrm{AT})=0---\left(3\right)$

(V)简化式(3)得到一个正规方程组，并用向量表示如下：

(B+αI)T＝F    (4)

(VI)将设置的α值代入式(4)，即可求得驻留时间解集；

式中，d_j表示第j个参考点的计算剂量，a_ij表示i驻留点在j参考点处的剂量率，驻留点数目为N，参考点数目为M。t_i表示第i个驻留点的驻留时间，D表示参考点的计算剂量列向量，表示M个参考点的参考剂量列向量，α表示驻留时间平滑因子，B＝A^TA，F＝A^TD⁰，A为剂量率的M×N矩阵，A^T是A的转置矩阵，I为单位矩阵,T是驻留时间的N维列向量。其中，D是通过式(1)计算得到的，D⁰是在计算之前设置的一个参考剂量值。

将式(1)用向量表示如下：

D＝AT

其中，D＝[d₁，d₂，…，d_m]^T

T＝[t₁，t₂，…，t_n]^T。

进一步的，若计算得出的驻留时间的解为负数，则取值为0。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用规则化方法获得后装驻留时间，同时，引入时间平滑因子解决了相邻驻留位中驻留时间相差大的问题，另一方面，有效地解决了因临床情况的复杂性，而导致驻留位较多、剂量参考点不能与驻留位一一对应等问题。

附图说明

图1是本发明中α＝0时的驻留时间分布图。

图2是本发明中α＝5时的驻留时间分布图。

图3是本发明中α＝10时的驻留时间分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本实施例提供了一种利用规则化方法确定后装驻留时间的方法，包括以下步骤；

(一)根据病人的CT图像，确定靶区及紧要器官的轮廓，设置驻留点位置和参考点位置及处方剂量；(二)根据式(1)计算参考点的计算剂量：将上式用向量表示如下：D＝AT，其中

D＝[d₁，d₂，…，d_m]^T，T＝[t₁，t₂，…，t_n]^T。

(三)根据计算剂量与处方剂量的偏差、驻留位的时间构建评价函数式(2)：O(T)＝(D⁰-AT)²+αT^T·T；(四)评价函数对驻留时间向量T进行微分，得到式(3)：(五)简化式(3)得到一个正规方程组，并用向量表示如下：(B+αI)T＝F；(六)将设置的α值代入式(4)，即可求得驻留时间解集。代入不同的α值，即可得到不同的驻留时间解集，如图1至3所示。

需要说明的是，因驻留时间不能为负，故若计算得出的驻留时间的解为负数，则取值为0。

测试例

采用本技术方案，一个单管施源器，设置16个驻留点，参考点位于靶区边界距离施源器1cm处，参考剂量设置为500cGy，分别设置α＝0，α＝5，α＝10得到3组不同的驻留时间，如图1至3所示，由图可知，α＝0时相邻位置的时间偏差最大为28.8s，α＝5时相邻位置的时间偏差最大为12.5s，α＝10时相邻位置的时间偏差最大为9.5s。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法，其特征在于，包括以下步骤；

(I)根据病人的CT图像，确定靶区及紧要器官的轮廓，设置驻留点位置和参考点位置及处方剂量；

(II)根据式(1)计算参考点的计算剂量：

$d_j=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{ij}}{t}_i---\left(1\right)$

(III)根据计算剂量与处方剂量的偏差、驻留时间构建评价函数式(2)：

O(T)＝(D⁰-AT)²+αT^T·T    (2)

(IV)使得评价函数值最小，则评价函数对驻留时间向量T进行微分，得到式(3)：

$\frac{\∂O}{\∂T}=2\mathrm{\αT}-2A^T(D^0-\mathrm{AT})=0---\left(3\right)$

(V)简化式(3)得到一个正规方程组，并用向量表示如下：

(B+αI)T＝F    (4)

(VI)将设置的α值代入式(4)，即可求得驻留时间解集；

式中，d_j表示第j个参考点的计算剂量，a_ij表示i驻留点在j参考点处的剂量率，驻留点数目为N，参考点数目为M，t_i表示第i个驻留点的驻留时间，D表示参考点的计算剂量列向量，表示M个参考点的参考剂量列向量，α表示驻留时间平滑因子，B＝A^TA，F＝A^TD⁰，A为剂量率的M×N矩阵，A^T是A的转置矩阵，I为单位矩阵,T是驻留时间的N维列向量。

2.根据权利要求1所述的一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法，其特征在于，将式(1)用向量表示如下：

D＝AT

其中，D＝[d₁，d₂，…，d_m]^T

T＝[t₁，t₂，…，t_n]^T。

3.根据权利要求1所述的一种利用规则化方法确定后装源驻留时间的方法，其特征在于，若计算得出的驻留时间的解为负数，则取值为0。