CN104548372A - 放射治疗计划、剂量确定、质量保证的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种放射治疗的计划、剂量确定、质量保证方法及装置，放射治疗剂量确定方法包括：在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划：执行所述放射治疗计划：基于机器记录信息重建射野强度分布数据：基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。采用在线获取的影像数据，提高了影像数据精度：基于机器记录信息重建射野强度分布数据，剂量分布的精度更高。放射治疗治疗保证方法中，在实际剂量分布结果与主计划剂量存在偏差时，对子计划修改，保证接受的总剂量与计划剂量相符合，提高放射治疗质量。

Description

放射治疗计划、剂量确定、质量保证的方法及装置

技术领域

本发明涉及放疗剂量技术领域，尤其涉及一种放射治疗计划、放射治疗质量保证的方法及装置。

背景技术

患者进行放射治疗的流程通常为，首先患者在模拟机(simulator)上进行扫描采集得到影像数据，模拟机指的是放射治疗前进行虚拟模拟定位和计划设计过程所使用的扫描系统，包括CT模拟机、MR模拟机等。之后，在放疗计划系统(TPS，treatment planning system)内由医生在影像数据的图像上进行靶区、危及器官的勾画，生成患者的放疗计划，放射治疗计划包括进行放疗时的射野角度、射野区域、剂量强度分布等。然后在放疗室内的放疗设备(如电子直线加速器)中，根据制定的放疗计划对患者进行放射治疗。

为了提高放疗精度，现有的一种方式引入了图像引导放射治疗(IGRT，image-guided radiotherapy)，具体为在放疗设备中集成了CT系统(computedtomography)、核磁系统或者其他影像设备，由影像设备在放疗前对患者进行定位，提高患者摆位的准确度。

现有技术中，在确定剂量分布的过程中，得到剂量分布的方法主要是利用放疗系统中的成像设备接收射野的照射，形成射野图像，通过一定算法得到射野强度分布矩阵，再根据剂量计算算法便可重建得到实际剂量。

然而通过放疗系统的成像设备计算出的实际剂量并不准确，当成像设备设置在治疗头和患者之间时，该方法若在放疗前实施，则其并不能反映出患者接受剂量的真实情况，如射束角度是否正确照射，射束能量是否正确选取，从而不能有效实现质量保证；该方法若在病人治疗过程中实施，由于射束先穿过成像设备再照射到病人，成像设备对射束产生作用，使得病人接受到的射束强度分布矩阵与治疗计划中的射束强度分布矩阵存在差异，病人接受到的剂量被错误估计，从而影响治疗质量。

当成像设备设置在患者后面时，由治疗头发出的射束穿过患者后得到射野图像，进行反卷积与修正得到射野强度分布矩阵，利用射野强度分布矩阵求得重建剂量。反卷积核通过均匀射束穿过一系列均匀介质如水模体或水等效模体形成的射野图像得到。该方法在病人治疗的同时进行，可以重建得到病人接受到的实际剂量，缺点是由于射束穿过病人体内形成的散射线在射野图像上的贡献，使得反卷积得到的射束强度分布矩阵误差较大，因而重建剂量精度不高，且求取反卷积核的操作与算法较复杂。

现有的几种技术，在进行放射治疗过程中，很难保证病人治疗的同时进行快速准确的实际剂量重建，造成病人接受的剂量存在较大误差。

除了可以利用CT模拟机进行病人的放射治疗计划，也可以基于核磁共振(MR，Magnetic Resonance)或者其他的成像设备所成的图像进行放射治疗计划。但与CT模拟机类似，磁共振或者其他成像设备同样和放疗设备分离设置，病人需要在不同设备之间进行成像。

在对患者进行放射治疗时，需要确定病人将要接受的计划剂量或已经接受到的实际剂量，进而可以以预先设定的计划剂量作为参照对所获取的实际剂量进行检验。若没有通过检验，认为实际剂量与计划剂量之间存在差异，则对预先设定的进行放疗的计划剂量进行调整，确保病人接受到的实际剂量与计划剂量相符，保证放射治疗质量。

此外，根据计划剂量作为参照对所获取的重建的实际剂量分布进行检验的过程中，主要采用的是将治疗当天产生的剂量误差从第二天的计划剂量中抵消，对第二天的治疗计划作少量修改，从而保证患者接受的总剂量与总计划剂量一致。但这种方法不能保证病人每天接受到的剂量都与计划一致，且由于病人每天的肿瘤形状位置发生变化，利用第二天修正剂量误差的方法不能保证达到原计划的治疗效果。

在放疗过程中，造成剂量分布与预先设定的计划剂量的差异的因素主要有：多叶准直器叶片运动误差，治疗室病人摆位误差，病人靶区的形状、大小、位置变化，因此对于重建剂量的检验可以反映出上述误差和错误，保证放射治疗质量。

发明内容

本发明解决的问题是难以在对患者进行放疗的过程中快速且准确的确定剂量分布，从而造成患者接受剂量的较大误差。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种放射治疗计划方法，包括：

在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域，所述感兴趣区域包括靶区域和危及器官区域；

根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划。

可选的，所述影像数据包括CT图像、核磁共振图像、红外图像或可见光图像的任意一种。

可选的，所述在线制定对象放射治疗计划包括：根据预设的处方剂量和约束条件，自动或半自动生成所述对象的放射治疗计划。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种放射治疗剂量确定方法，包括：

由放射治疗计划方法获取放射治疗计划；

执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。

可选的，所述机器记录信息包括：放疗设备的机架角度信息、多叶准直器的叶片内端面位置信息、次级准直器的内端面的位置信息、所述机器记录信息的产生时间信息和剂量监测装置的剂量读数。

可选的，所述基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据的过程包括：

获取与所述机器记录信息对应的子野；

根据所述子野确定对应的射野；

根据第一区域所划分的各子区域的杈重，确定所述射野强度分布数据，所述第一区域为包含射野的最小区域。

可选的，所述子野根据所述机器记录信息中的多叶准直器的叶片内端面位置信息和次级准直器的内端面位置信息所围成的封闭区域进行确定。

可选的，所述射野根据所述机器记录信息所对应的所有子野的空间并集所确定的封闭区域进行确定。

可选的，所述确定所述射野强度分布数据的过程包括：

获取所述子区域所在的各子野的读数，所述子野的读数为第一时刻的剂量监测装置的剂量读数与第二时刻的剂量监测装置的读数的差值，所述第一时刻为当前机器记录信息的产生时间信息，所述第二时刻为前一组机器记录信息的产生时间信息；

将所述子区域所在的各子野的读数的和值作为所述子区域的杈重值；

根据所述射野内各子区域的杈重值确定所述射野强度分布数据。

可选的，所述基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布的过程包括：

将所述密度分布图像中感兴趣区域进行栅格划分；

基于射野所对应的射野强度分布数据，获取所述射野在划分后的栅格内所沉积的剂量；

将所述栅格内的所有射野的剂量分布进行相加，得到所述栅格的剂量分布的重建结果；

根据所述栅格的剂量重建结果，确定所述感兴趣区域的剂量分布的重建结果。

可选的，所述射野在划分后的栅格内沉积的剂量通过卷积叠加剂量计算方法获取，其中处的能量注量通过如下公式进行确定：

$\mathrm{\ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right)=k{M}_{\mathrm{ij}}$

其中，k为待定常系数，M_ij为所述射野强度分布数据中与位置对应的像素(i，j)的杈重值。

可选的，所述射野在划分后的栅格内沉积的剂量通过蒙特卡罗剂量计算方法获取，在所述蒙特卡罗剂量计算方法的源抽样过程中，采取抽样的粒子数分布服从且所有粒子杈重相等，或采取抽样的粒子数服从均匀分布，杈重分布服从其中处的能量注量通过如下公式进行确定：

$\mathrm{\ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right)=k{M}_{\mathrm{ij}}$

其中，k为待定常系数，M_ij为所述射野强度分布数据中与位置对应的像素(i，j)的杈重值。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种放射治疗的质量保证方法，包括：

由放射治疗计划方法确定放射治疗计划；

根据所述放射治疗计划确定放射治疗主计划、放射治疗子计划；

执行所述放射治疗主计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的主计划剂量分布；根据实际放射治疗主计划的剂量与所述放射治疗主计划的剂量之间的偏差，对所述放射治疗子计划的剂量进行修改，以使得对象接受到的总累积剂量与所述放射治疗计划的剂量相符合。

为解决上述问题，本发明还提供一种放射治疗的计划装置，包括：

第一获取单元，用于在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域，所述感兴趣区域包括靶区域和危及器官区域；

计划确定单元，用于根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划。

为解决上述问题，本发明还提供了一种放射治疗的剂量确定装置，包括：

放射治疗计划装置；

执行单元，执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

重建单元，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

计算单元，基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。

为解决上述问题，本发明还提供了一种放射治疗的质量保证装置，包括：

计划确定装置，用于获得放射治疗计划；

计划分配单元，用于根据所述放射治疗计划确定放射治疗主计划、放射治疗子计划；

执行单元，执行所述放射治疗主计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

重建单元，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

计算单元，基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的主计划剂量分布。

调整单元，根据实际放射治疗主计划的剂量与所述放射治疗主计划的剂量之间的偏差，对所述放射治疗子计划的剂量进行修改，以使得对象接受到的总累积剂量与所述放射治疗计划的剂量相符合。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

首先在线获取放射治疗对象的影像数据，并将影像数据转换为密度分布图像，并确定感兴趣区域，然后根据所述密度分布图像以及感兴趣区域在线制定所述对象的放射治疗计划，进而执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据，最后基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布，并进行质量保证。该方法根据密度分布图像，在线制定放射治疗计划，所述密度分布图像通过集成在放疗设备上的成像设备包括CT、核磁共振、红外或可见光所获取的治疗对象图像，而非通过另一个非集成设备获取，由于在放疗过程中和确定放射治疗计划中所采用的图像是一致的，且由于治疗对象在治疗过程中，不需要治疗对象从模拟机到治疗床的移动，从而可以有效减少重复摆位误差，治疗对象的影像数据精度更高；基于放疗过程中的机器记录信息重建射野强度分布数据，此过程没有受到散射线的影响，为患者实际接受到的射束强度分布，重建得到的剂量分布的精度更高；且在确定剂量分布的过程中，不需要采用额外的成像设备例如EPID(电子射野影像数据装置，ElectronicPortal Imaging Device)来获得，有效减少放疗过程中的硬件投入。

在放疗治疗的质量保证方法，放射治疗过程中，根据如上所述的质量保证方法将原放疗计划分解为主计划与子计划并确定实际剂量，主计划给予大部分剂量，剩余剂量由子计划实施，在实际剂量与主计划剂量存在偏差时，对子计划进行修改，可以保证患者每次接受的剂量都与计划剂量相符合，能够有效提高放射治疗质量。

附图说明

图1a是本发明技术方案提供的放射治疗计划方法的流程示意图；

图1b是本发明技术方案提供的放射治疗剂量确定方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的放射治疗剂量确定方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的放射治疗质量保证方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的放射治疗质剂量确定装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的放射治疗质量保证装置的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中在对患者进行放疗的过程中，难以快速、准确的确定剂量分布，由此可能会造成患者所接受的剂量存在较大误差的问题。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种放射治疗计划方法。

图1a是本发明技术方案提供的放射治疗计划方法的流程示意图。如图1a所示，首先执行步骤S1，在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域，所述感兴趣区域包括靶区域和危及器官区域。

放射治疗对象的影像数据，可以是CT图像、核磁共振图像、红外图像或者可见光图像的任意一种。其中，CT图像、核磁共振图像是直接获得的对象的解剖结构图像，而通过红外或者可见光方式首先获得对象的轮廓，再根据轮廓由通用模体或者人体模型通过形变生成对象的解剖结构图像——该技术为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

不同于现有技术中分离设置的两个CT机：用于制定放疗计划的CT模拟机和放疗设备中的CBCT，本发明的技术方案将CT模拟机和放疗设备集成起来作为放疗设备的CT功能单元，放射治疗对象在放疗设备的病床只需进行一次CT扫描，在线获取实时的放射治疗对象的影像数据。好处在于，放疗对象(通常为患者)不需要在医院多个科室之间进行多次扫描，减少患者接受到的辐射剂量。同时也减少了多次扫描过程中，患者可能的摆位误差，进一步提高了放射治疗的准确性。

之后根据放射治疗对象的影像数据，将其进一步转换为放射治疗对象的密度分布图像。并根据放射治疗对象的影像数据，获取感兴趣区域，感兴趣区域包括靶区域、危及器官区域。靶区域通常为需要进行放射治疗的肿瘤区域，危及器官区域为在放射治疗过程中不能接受过高放疗剂量的区域，例如眼球、脊髓、肺、心脏等。这里的感兴趣区域可以是由医生手动勾勒，也可以根据一定的算法由计算机自动生成。

密度分布图像，是根据影像数据转换而成的表现组织密度分布情况的图像，具体对应不同的影像数据格式，其处理方法略有不同。由影像数据转换为密度分布图像的具体方法为本领域人员已知，这里不再赘述。

执行步骤S2，根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划。

根据所述密度分布图像，在线制定需要进行放疗的对象的放射治疗计划。这里的“在线制定”指的是病人在放疗设备处进行放射治疗计划的制定，不同于现有技术中采用的在另一台CT模拟机处制定放射治疗计划。

具体的，在线制定对象放射治疗计划包括：根据预设的处方剂量和约束条件，基于感兴趣区域，自动或半自动生成所述对象的放射治疗计划。

在放射治疗计划方法基础上，本发明还提供了一种放射治疗剂量确定方法，图1b是本发明技术方案提供的放射治疗剂量确定方法的流程示意图。如图1b所示，首先，由上述放射治疗计划方法步骤S1、步骤S2获取放射治疗计划。

之后执行步骤S3，执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息，所述机器记录信息由实施所述放射治疗计划的放疗设备获取。

本发明的技术方案中，CT模拟机和放疗设备集成在一起作为放疗设备的CT功能单元，在放疗设备根据所获取到对象的影像数据，并根据影像数据转换而成的密度分布图像确定放射治疗计划后，放疗对象(患者)在治疗床上无需移动，可直接将患者送到接收放射治疗的位置，由放疗设备执行所述放射治疗计划，在执行过程中获取放疗设备的机器记录信息，所述机器记录信息包括：所述放疗设备(通常为加速器)的机架角度信息、多叶准直器的叶片内端面位置信息、次级准直器的内端面的位置信息、所述机器记录信息的产生时间信息和剂量监测装置的剂量读数等信息。

执行步骤S4，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据。

根据所述机器记录信息获取各子野信息，进而确定各放疗角度对应的射野信息，根据第一区域所划分的各子区域的杈重，确定所述射野强度分布数据，所述第一区域为包含射野的最小区域。

执行步骤S5，基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。

在得到所述射野强度分布数据后，可以将影像数据中感兴趣区域进行栅格划分，进而可以基于射野在划分后的栅格内所沉积的剂量，确定感兴趣区域的剂量分布结果。

上述放射治疗的剂量确定方法中采用的在线获取的影像数据，可以有效保证在放疗过程中和放射治疗计划中所采用的CT图像是一致的，避免了患者移动中造成的定位误差，提高了放疗设备影像数据的精度，提高了放疗的准确度；而且根据放疗设备的机器记录信息重建射野强度分布数据，重建得到的剂量分布的精度更高；在放疗过程中，无需采用EPID装置来获取电子射野影像数据，可以有效减少放疗过程中的硬件投入，硬件成本较低。本发明技术方案中所指的“图像”只是数据的一种表现形式，同样可以被理解为“数据”。

本发明技术方案还提供了一种放射治疗的质量保证方法，包括根据上述的放射治疗计划方法获取放射治疗计划，并对放射治疗计划进行调整，将放射治疗计划分成主计划和子计划，首先执行主计划，并计算出实际的剂量，进而在剂量分布结果与主计划剂量存在偏差的时候，对子计划剂量进行修改，以使得患者接受的总累积剂量的计划剂量相符合。该方法可以有效利用主计划和子计划的照射方式，有效保证放疗对象接受的剂量与计划剂量相符合，能够有效提高放射治疗质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2是本发明实施例提供的放射治疗剂量确定方法的流程示意图。

如图2所示，首先执行步骤S201，在线获取放射治疗对象的影像数据，并将其转换为密度分布图像。

放射治疗对象的影像数据可以由放疗系统中的CT功能单元进行获取，所述CT功能单元实现CT成像的过程可以由加速管通过改变放射能量产生，也可以由所安置的CT球管产生。在本实施例中，将CT功能融合在放疗系统的加速器中，以获取密度分布图像。由于CT功能融合在加速器中，在在线获取放射治疗对象的影像数据的过程中只需要通过控制治疗床的移动即可以完成放射治疗对象的CT扫描，放射治疗对象在CT扫描直到放疗结束都无需在治疗床上移动，可以保证放射治疗对象的摆位是保持不变的，由此可以保证在确定治疗计划和执行放疗计划过程中，所使用的影像数据的一致性。之后根据影像数据获取对应的密度分布图像。

执行步骤S202，根据所述密度分布图像，在线制定所述对象的放射治疗计划。

在放疗系统中，可以根据所述放射治疗对象的密度分布图像制定放射治疗对象的放射治疗计划，根据密度分布图像制定放射治疗计划的方法为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

执行步骤S203，执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息。

在放射治疗计划实施的过程中，实时获取机器记录信息，所述机器记录信息包括加速器的机架角度信息、多叶准直器的叶片内端面位置信息、次级准直器的内端面的位置信息等，还包括每次机架角度变动后，所获取的机器记录信息的产生时间信息，以及对应每次机架角度的测量装置所获取的剂量读数信息。将所收集获取的机器记录信息实时通过电路传递给放疗计划系统(TPS，Treatment Planning System)，并根据机器记录信息获取射野强度分布数据。

执行步骤S204，获取与所述机器记录信息对应的子野信息，并根据所述子野确定对应的射野。

子野信息可以根据机器记录信息中的多页准直器的叶片内端面位置信息和次级准直器的内端面位置信息所围成的封闭区域进行确定。

具体地，在放射治疗计划实施的过程中，机架旋转以形成不同角度处的射野照射病人。在此过程中，放疗系统中的收集器负责实时收集机器记录信息。所述机器记录信息包括机架角度的角度信息、对应的多叶准直器的叶片内端面位置、次级准直器的内端面的位置，以及产生机器记录信息的时刻和剂量监测装置读数。

根据得到的机器记录信息重建射野，对于每个不同的机架角度进行以下操作：取每一组机器记录信息的多叶准直器的叶片内端面和次级准直器的内端面，围成一个封闭区间，此封闭区间即为子野区域，并将当前时刻所获取的该组机器记录信息产生时刻的剂量监测装置读数减去上一个时刻所获取的剂量监测装置读数，得到的差值称为该子野的读数。

在得到该机架角度下所有子野后，将该机架角度下所有子野求空间并集，将根据所述子野的空间并集所确定的封闭区域称为对应机架角度下对应的射野区域。

执行步骤S205，根据第一区域所划分的各子区域的杈重，确定所述射野强度分布数据。

将所得到的射野用最小面积的区域包围，例如用最小面积的矩形区域包围，将包含所述射野的最小面积的区域称为第一区域，将所述第一区域划分为多个大小相等的子区域，一个子区域可以认为由一个或多个像素点构成。

确定射野强度分布数据，首先根据第一时刻的剂量监测装置的剂量读数与第二时刻的剂量监测装置的读数的差值确定各子野的读数，所述第一时刻为当前机器记录信息的产生时间信息，所述第二时刻为前一组机器记录信息的产生时间信息。对于每一个子区域，该子区域可能位于一个子野区域或者同时位于多个子野区域内，则将该子区域的所在的各子野的读数的和值作为该子区域的杈重值。由此可以得到每个子区域的杈重值。

第一区域中各子区域的杈重分布即为对应该机架角度下射野的射野强度分布数据。

执行步骤S206，将密度分布图像中感兴趣区域进行栅格划分，根据射野所对应的射野强度分布数据，获取所述射野在划分后的栅格内所沉积的剂量。

获取密度分布图像中的感兴趣区域，所述密度分布图像中的感兴趣区域的获取方法为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

在获取到感兴趣区域后，对所述感兴趣区域进行栅格划分，将所述感兴趣区域分为大小均匀的栅格。

具体可通过卷积叠加剂量计算方法，计算射野在划分后的栅格内沉淀的剂量。

所述射野在划分后的栅格内所沉积的剂量通过公式(1)进行获取：

$D\left(\stackrel{\→}{r}\right)=\∫(T\left({\stackrel{\→}{r}}^{\text{'}}\right)\·\mathrm{\ρ}\left({\stackrel{\→}{r}}^{\text{'}}\right)\·K(\stackrel{\→}{r}-{\stackrel{\→}{r}}^{\text{'}},{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ave}}))/({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ave}}\·d^3{\stackrel{\→}{r}}^{\text{'}})---\left(1\right)$

其中，为能量沉积点距离光子源的位置矢量，为光子发生散射点的位置矢量，表示栅格的剂量，为光子在点处单位质量释放的能量，为处的质量密度，ρ_ave为到的路径上介质的平均密度，为光子在密度为ρ_ave的介质中点处发生散射所释放的能量在处单位体积内沉积的能量的百分数。所述百分数也称为能量沉积核，能量沉积核的求法可以采用如下方法：定义两点之间的放射距离为两点间密度的积分，则的放射距离为利用蒙特卡罗方法模拟均匀水中的能量沉积核，则能量沉积核等于方向与相同、放射距离同样为的水中两点间的能量沉积核。

在公式(1)中的光子在点处单位质量释放的能量T由射野杈重分布矩阵以及光子到达点时穿过的介质决定，具体地所述光子在点处单位质量释放的能量通过公式(2)进行获取：

$T\left({\stackrel{\→}{r}}^{\text{'}}\right)=(r/r_0^2)\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{\μ}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)}{{\stackrel{\→}{r}}_0}\mathrm{\ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right)e^{-{\∫}_{r_0}^r\stackrel{\‾}{\mathrm{\μ}}\left(l\right)\mathrm{dl}}---\left(2\right)$

其中，r为的模，为光子源与的连接线与介质表面的交点的位置矢量，r₀为的模，为处的能量注量，为处的平均线衰减系数。

公式(2)中的处的平均线衰减系数通过公式(3)进行确定：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\μ}}\left(\stackrel{\→}{r}\right)={\mathrm{\Σ}}_{i}W(E_i,\stackrel{\→}{r})\mathrm{\μ}(E_i,\stackrel{\→}{r})---\left(3\right)$

其中，i为能量区间的编号，E_i为第i个能量区间对应的能量值，为处能量为附近单位能量范围的光子的总能量占处光子总能量的杈重，为通过蒙特卡罗方法模拟能量E_i的单能光子在不同厚度水中的穿透率拟合得到的函数。具体地，由蒙特卡罗方法模拟水中不同位置处光子的能谱，然后通过指数多项式拟合得到关于和的通过蒙特卡罗方法模拟能量的单能光子在不同厚度水中的穿透率，然后通过指数公式(ρ为穿透率，h为水的厚度)拟合得到。

公式(2)中的处的能量注量通过公式(4)进行确定：

$\mathrm{\ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right)=k{M}_{\mathrm{ij}}---\left(4\right)$

其中，k为待定常系数，M_ij为所述射野强度分布数据中与位置对应的像素(i，j)的杈重值。这里的M_ij即代表步骤S205中子区域的杈重。

其中k值由加速器校正时的数据得到，可以设机器校准为在射野为FS、距离为d、深度为depth的射野中心的点剂量为和剂量监测装置读数为s，则M_ij＝s，将M_ij＝s反向带入上述公式(1)至(4)即可求得k值。

在步骤S206中可以得到各射野在划分后的栅格内所沉积的剂量。

步骤S206中由射野在划分后的各栅格内所沉积的剂量也可以通过蒙特卡罗剂量计算方法获得，具体的，在蒙特卡罗源抽样过程中，采取抽样的粒子数分布服从且所有粒子杈重相等，或采取抽样的粒子数服从均匀分布，杈重分布服从其中处的能量注量通过如下公式进行确定：

$\mathrm{\ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right)=k{M}_{\mathrm{ij}}$

其中，k为待定常系数，M_ij为所述射野强度分布数据中与位置对应的像素(i，j)的杈重值。这里的M_ij即代表蒙卡方法中将射野栅格化后形成的子区域的权重。

执行步骤S207，将所述栅格内的所有射野的剂量分布进行相加，得到所述栅格的剂量分布的重建结果，进而确定所述感兴趣区域的剂量分布的结果。

对于任意一个栅格，在获取到该栅格内各射野的剂量分布后，将所述栅格内的所有射野的剂量分布进行相加，相加的结果即为所述栅格的剂量分布的重建结果，进而根据各栅格的剂量分布的重建结果，即可以确定所述感兴趣区域的剂量分布的结果。

本实施例还提供一种放射治疗的质量保证方法。图3是本实施例提供的质量保证方法的流程示意图。本实施例的方法包括步骤S301至步骤S307，其中步骤S301、步骤S302可参考放射治疗计划方法的具体实施过程。

之后执行步骤S303，根据所述放射治疗计划确定放射治疗主计划、放射治疗子计划。

执行步骤S304，执行所述放射治疗主计划，在所述执行过程中获取机器记录信息。

在具体执行放射治疗时，可以将放射治疗计划划分为多个计划，包括一个主计划和其余的子计划，根据实际情况进行动态调整。

首先实施主计划，所述主计划剂量可以为原放射治疗计划的一个较大的百分比，例如实施原计划的90％的计划剂量。

执行步骤S305，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据。

执行步骤S306，基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的主计划剂量分布。

步骤S305、步骤S306可参考放射治疗剂量确定方法的具体实施过程，不同之处在于本实施例中由于将放射治疗计划分成了放射治疗主计划与放射治疗子计划，且开始仅执行主计划，所以步骤S306中仅计算得到放射治疗主计划的剂量分布。

执行步骤S307，根据实际放射治疗主计划的剂量与所述放射治疗主计划的剂量之间的偏差，对所述放射治疗子计划的剂量进行修改，以使得对象接受到的总累计剂量与所述放射治疗计划的剂量相符合。

放射治疗主计划执行结束后，比较治疗对象实际接受的剂量与原放射治疗计划剂量的差异，在存在差异的时候，对子计划剂量进行修改。由于本发明采用的放射剂量确定方法在进行剂量重建时速度快。在对子计划调整后，可以立即给治疗对象实施该子计划。

在实施子计划的同时，可以实时获取机器记录信息，实时生成新的累积剂量。子计划结束时，立即生成新的累积剂量与计划剂量的剂量比较结果，两个剂量之间的误差以下称为残余误差。子计划实施后可以根据残余误差再次生成子计划，子计划的数目不限于一个但最少一个。

本实施例所提供的放疗剂量的实施方法，在放射治疗过程中，根据如上所述的剂量分布的确定方法确定剂量分布，在剂量分布结果与主计划剂量存在偏差时，对子计划进行修改，可以保证患者每次接受的剂量都与计划剂量相符合，能够有效提高放射治疗质量。

质量保证方法中将实际的剂量分布和主计划剂量之间的比较，可以采用多种方法进行，例如根据剂量偏差、gamma分析以及剂量体积直方曲线(DVH曲线)等方式确定二者之间的差异，对于剂量分布和主计划剂量之间的比较方法为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种放射治疗计划装置，如图4所示，所述装置包括第一获取单元U11、计划确定单元U12。

所述第一获取单元U11，用于在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域，所述感兴趣区域包括靶区域和危及器官区域。

所述计划确定单元U12，用于根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划。

本发明实施例还提供了一种放射治疗的剂量确定装置，在上述第一获取单元U11、计划确定单元U12的基础上，还包括：执行单元U13、重建单元U14、计算单元U15。

所述执行单元U13，用于执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息。

所述重建单元U14，用于基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据。

所述计算单元U15，用于基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。

所述重建单元U14包括子野确定单元U141、射野确定单元U142和强度确定单元U143。

所述子野确定单元U141，用于获取与所述机器记录信息对应的子野。

所述射野确定单元U142，用于根据所述子野确定对应的射野。

所述强度确定单元U143，用于根据第一区域所划分的各子区域的杈重，确定所述射野强度分布数据，所述第一区域为包含射野的最小区域。

所述强度确定单元U143包括读数获取单元U1431、杈重确定单元U1432和强度分布确定单元U1433。

所述读数获取单元U1431，用于获取所述子区域所在的各子野的读数，所述子野的读数为第一时刻的剂量监测装置的剂量读数与第二时刻的剂量监测装置的读数的差值，所述第一时刻为当前机器记录信息的产生时间信息，所述第二时刻为前一组机器记录信息的产生时间信息。

所述杈重确定单元U1432，用于将所述子区域所在的各子野的读数的和值作为所述子区域的杈重值；

所述强度分布确定单元U1433，用于根据所述射野内各子区域的杈重值确定所述射野强度分布数据。

所述计算单元U15包括划分单元U151、剂量获取单元U152、求和单元U153以及剂量分布确定单元U154。

所述划分单元U151，用于将影像数据中感兴趣区域进行栅格划分。

所述剂量获取单元U152，用于基于射野所对应的射野强度分布数据，获取所述射野在划分后的栅格内所沉积的剂量。

所述求和单元U153，用于将所述栅格内的所有射野的剂量分布进行相加，得到所述栅格的剂量分布的重建结果。

所述剂量分布确定单元U154，用于根据所述栅格的剂量重建结果，确定所述感兴趣区域的剂量分布的结果。

本发明实施例还提供一种放疗剂量质量保证装置，图5为为本实施例放射治疗质量保证装置的结构示意图，在上述第一获取单元U11、计划确定单元U12的基础上，还包括：计划分配单元U16、执行单元U13、重建单元U14、计算单元U15、调整单元U17。

所述计划分配单元U16，用于根据所述放射治疗计划确定放射治疗主计划、放射治疗子计划。

执行单元U13，用于执行所述放射治疗主计划，在所述执行过程中获取机器记录信息。

重建单元U14，用于基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据。

计算单元U15，用于基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的主计划剂量分布。

调整单元U16，用于根据实际放射治疗主计划的剂量与所述放射治疗主计划的剂量之间的偏差，对所述放射治疗子计划的剂量进行修改，以使得对象接受到的总累积剂量与所述放射治疗计划的剂量相符合。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种放射治疗计划方法，其特征在于，包括：

在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域，所述感兴趣区域包括靶区域和危及器官区域；

根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划。

2.如权利要求1所述的放射治疗计划方法，其特征在于，所述影像数据包括CT图像、核磁共振图像、红外图像或可见光图像的任意一种。

3.如权利要求1所述的放射治疗计划方法，其特征在于，所述在线制定对象放射治疗计划包括：根据预设的处方剂量和约束条件，自动或半自动生成所述对象的放射治疗计划。

4.一种放射治疗剂量确定方法，其特征在于，包括：

采用如权利要求1所述的放射治疗计划方法获取放射治疗计划；

执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。

5.如权利要求4所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述机器记录信息包括：放疗设备的机架角度信息、多叶准直器的叶片内端面位置信息、次级准直器的内端面的位置信息、所述机器记录信息的产生时间信息和剂量监测装置的剂量读数。

6.如权利要求5所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据的过程包括：

获取与所述机器记录信息对应的子野；

根据所述子野确定对应的射野；

根据第一区域所划分的各子区域的权重，确定所述射野强度分布数据，所述第一区域为包含射野的最小区域。

7.如权利要求6所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述子野根据所述机器记录信息中的多叶准直器的叶片内端面位置信息和次级准直器的内端面位置信息所围成的封闭区域进行确定。

8.如权利要求6所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述射野根据所述机器记录信息所对应的所有子野的空间并集所确定的封闭区域进行确定。

9.如权利要求6所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述确定所述射野强度分布数据的过程包括；

获取所述子区域所在的各子野的读数，所述子野的读数为第一时刻的剂量监测装置的剂量读数与第二时刻的剂量监测装置的读数的差值，所述第一时刻为当前机器记录信息的产生时间信息，所述第二时刻为前一组机器记录信息的产生时间信息；

将所述子区域所在的各子野的读数的和值作为所述子区域的权重值；

根据所述射野内各子区域的权重值确定所述射野强度分布数据。

10.如权利要求4所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布的过程包括：

将所述密度分布图像中感兴趣区域进行栅格划分；

基于射野所对应的射野强度分布数据，获取所述射野在划分后的栅格内所沉积的剂量；

将所述栅格内的所有射野的剂量分布进行相加，得到所述栅格的剂量分布的重建结果；

根据所述栅格的剂量重建结果，确定所述感兴趣区域的剂量分布的重建结果。

11.如权利要求10所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述射野在划分后的栅格内沉积的剂量通过卷积叠加剂量计算方法获取，其中处的能量注量通过如下公式进行确定：

$\mathrm{\Ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right){\mathrm{kM}}_{\mathrm{ij}}$

其中，k为待定常系数，M_ij为所述射野强度分布数据中与位置对应的像素(i，j)的权重值。

12.如权利要求10所述的放射治疗剂量确定方法，其特征在于，所述射野在划分后的栅格内沉积的剂量通过蒙特卡罗剂量计算方法获取，在所述蒙特卡罗剂量计算方法的源抽样过程中，采取抽样的粒子数分布服从且所有粒子权重相等，或采取抽样的粒子数服从均匀分布，权重分布服从

其中处的能量注量通过如下公式进行确定：

$\mathrm{\Ψ}\left({\stackrel{\→}{r}}_0\right){\mathrm{kM}}_{\mathrm{ij}}$

其中，k为待定常系数，M_ij为所述射野强度分布数据中与位置对应的像素(i，j)的权重值。

13.一种放射治疗的质量保证方法，其特征在于，包括：

由如权利要求1-3任一项所述的放射治疗计划方法确定放射治疗计划；

根据所述放射治疗计划确定放射治疗主计划、放射治疗子计划；

执行所述放射治疗主计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的主计划剂量分布；

根据实际放射治疗主计划的剂量与所述放射治疗主计划的剂量之间的偏差，对所述放射治疗子计划的剂量进行修改，以使得对象接受到的总累积剂量与所述放射治疗计划的剂量相符合。

14.一种放射治疗的计划装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于在线获取放射治疗对象的影像数据，基于所述影像数据，获取所述对象的密度分布图像，并确定感兴趣区域，所述感兴趣区域包括靶区域和危及器官区域；

计划确定单元，用于根据所述密度分布图像和所述感兴趣区域，在线制定所述对象的放射治疗计划。

15.一种放射治疗的剂量确定装置，其特征在于，包括：

如权利要求14所述的放射治疗计划装置；

执行单元，执行所述放射治疗计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

重建单元，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

计算单元，基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的剂量分布。

16.如权利要求15所述的放射治疗的剂量确定装置，其特征在于，所述重建单元包括：

子野确定单元，用于获取与所述机器记录信息对应的子野；

射野确定单元，用于根据所述子野确定对应的射野；

强度确定单元，用于根据第一区域所划分的各子区域的权重，确定所述射野强度分布数据，所述第一区域为包含射野的最小区域。

17.如权利要求16所述的放射治疗的剂量确定装置，其特征在于，所述强度确定单元包括：

读数获取单元，用于获取所述子区域所在的各子野的读数，所述子野的读数为第一时刻的剂量监测装置的剂量读数与第二时刻的剂量监测装置的读数的差值，所述第一时刻为当前机器记录信息的产生时间信息，所述第二时刻为前一组机器记录信息的产生时间信息；

权重确定单元，用于将所述子区域所在的各子野的读数的和值作为所述子区域的权重值；

强度分布确定单元，用于根据所述射野内各子区域的权重值确定所述射野强度分布数据。

18.如权利要求15所述的放射治疗的剂量确定装置，其特征在于，所述计算单元包括：

划分单元，用于将影像数据中感兴趣区域进行栅格划分；

剂量获取单元，用于基于射野所对应的射野强度分布数据，获取所述射野在划分后的栅格内所沉积的剂量；

求和单元，用于将所述栅格内的所有射野的剂量分布进行相加，得到所述栅格的剂量分布的重建结果；

剂量分布确定单元，用于根据所述栅格的剂量重建结果，确定所述感兴趣区域的剂量分布的结果。

19.一种放射治疗的质量保证装置，其特征在于，包括：

如权利要求14所述的计划确定装置，用于获得放射治疗计划；

计划分配单元，用于根据所述放射治疗计划确定放射治疗主计划、放射治疗子计划；

执行单元，执行所述放射治疗主计划，在所述执行过程中获取机器记录信息；

重建单元，基于所述机器记录信息重建射野强度分布数据；

计算单元，基于所述射野强度分布数据计算得到实际放射治疗的主计划剂量分布。

调整单元，根据实际放射治疗主计划的剂量与所述放射治疗主计划的剂量之间的偏差，对所述放射治疗子计划的剂量进行修改，以使得对象接受到的总累积剂量与所述放射治疗计划的剂量相符合。