CN109529205A - 射野布置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人体坐标系的射野布置方法及系统，方法包含以下步骤：(1)基于人体坐标系布置射野；(2)将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系；(3)评估治疗计划质量，并对射野进行优化。射野布置系统包括布置模块，转换模块和优化模块。基于人体坐标系的射野布置方法及系统可帮助放疗计划设计人员明确非共面射野与肿瘤靶区和危及器官的位置关系，更加直观地选择和优化非共面射野方向，可促进非共面放疗技术的临床应用。

Description

射野布置方法及系统

技术领域

本发明总体上涉及放射治疗医学领域，更特别地，涉及一种基于人体坐标系的射野布置方法及系统。

背景技术

放射治疗是利用辐射对恶性肿瘤进行照射使其生长受到抑制而致死的一种疗法，简称放疗。对肿瘤患者实施放疗之前需要先设计放疗计划，其中非常重要的一个步骤是确定治疗机射线束的入射方向，即布置射野。科学合理的布置射野，可在保证靶区受照剂量的前提下，尽可能减少射线束穿过正常组织器官的范围，有利于危及器官保护，提高计划质量。现有放疗计划系统(如Pinnacle、Eclipse、Monaco等)采用的是基于治疗机机器坐标系的布置射野方法，即通过设置治疗机机械运动参数来选定射野方向，然后利用从机器坐标系到人体坐标系的转换关系确定射野相对于人体(包括人体内的肿瘤靶区和靶区周边危及器官)的空间位置关系。这种坐标转换因治疗机结构形式的不同而变化。以常用的C形臂治疗机为例，射野方向是通过转动治疗机机架和转动治疗床而实现。如果所有射野的床角均为零度时，称为共面布野；如果至少有一个射野的床角不为零度时，称为非共面布野。共面布野是在人体同一横断面内选择射野方向，计划设计人员可直观地确定射野与靶区和危及器官的位置关系，布野较为简单。而对于非共面布野，射野方向选择范围扩展到整个三维立体空间，计划设计人员仅根据机架角和床角难以直观地判断射野与患者体表和体内靶区、危及器官的空间位置，难以确定所布置的射野是否能够较好地躲开危及器官，因而往往需要手工反复调整机架角和床角等机器参数，以获得较优的入射方向。基于机器坐标系的非共面布野对放疗计划设计人员的空间想象力和布野经验要求较高，不利于非共面放疗技术的开展。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种基于人体坐标系的射野布置方法及系统。该方法可以有效解决现有基于机器坐标系布置非共面射野的不直观、确定非共面射野费时费力等问题。

根据一示例性实施例，提供一种射野布置方法，包括以下步骤：

(1)基于人体坐标系布置射野；

(2)将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系；

(3)评估治疗计划质量，并对射野进行优化。

在一种实施方式中，所述步骤(1)中布置射野使得患者肿瘤靶区受射线束照剂量满足处方剂量要求。优选地，所述步骤(1)中布置射野使得靶区周围的危及器官受射线束照剂量在预定范围内。

在一种实施方式中，所述步骤(1)中的布置射野包括：

(1-1)建立人体坐标系：以患者肿瘤靶区的几何中心O_p为原点，建立空间直角坐标系作为人体坐标系，该坐标系包含相互垂直的三个坐标轴分别为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴，其中，X_p轴沿人体左右方向，Y_p轴沿人体前后方向，Z_p轴沿人体头脚方向；

(1-2)在X_p-O_p-Y_p平面内，确定一个绕Y_p轴旋转角度θ₁的共面射野，判断该共面射野穿过靶区及周围危及器官的范围，若满足要求则选定该射野，并进行步骤(1-4)，若不满足要求，则进行步骤(1-3)；

(1-3)在初始共面射野中心轴和Z_p轴所确定的平面内，将初始共面射野向头侧或脚侧偏转一定角度θ₂，得到一个非共面射野，判断该非共面射野穿过危及器官的范围，若满足要求则选定该非共面射野，若不满足要求，则调整偏转角度θ₂，直至所得到的非共面射野能够最大程度地避开危及器官，并进行步骤(1-4)；

(1-4)重复上述步骤布置其他需要的射野，根据当前射野与靶区、危及器官以及已布置射野的关系确定当前射野是否满足要求，直至确定所需的所有射野。

在一种实施方式中，在所述步骤(1-2)中，对患者的肿瘤靶区进行靶区虚拟成像，并虚拟成像观察靶区和周围危及器官的位置关系以确定所述旋转角度θ₁。

在一种实施方式中，在所述步骤(1-3)中，对患者的肿瘤靶区进行靶区虚拟成像，并虚拟成像观察靶区和周围危及器官的位置关系以确定所述偏转角度θ₂。

在一种实施方式中，所述步骤(2)包括：利用计算程序确定从人体坐标系到机器坐标系的坐标转换关系，将所有射野转换到机器坐标系。

在一种实施方式中，所述步骤(3)具体包括：设置除射野方向以外的其他计划参数，计算剂量分布，并评估计划质量，判断是否需要调整射野布置，若需要，重复步骤(1)-(2)，直至不再需要调整。其中所述的其他计划参数包括：射野的能量大小、射线束的强度分布、准直器的运动、机架旋转速度等。

根据另一示例性实施例，提供了一种用于放射治疗机的射野布置系统，包括：

(1)布置模块，其用于基于患者的人体坐标系布置射野；

(2)转换模块，其用于将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系；

(3)优化模块，其用于评估治疗计划质量，并对射野进行优化。

在一种实施方式中，所述布置模块包括数字图像重建子模块，其配置为基于患者的人体坐标系布置射野，具体包括：

(1-1)建立人体坐标系：以患者肿瘤靶区的几何中心O_p为原点，建立空间直角坐标系作为人体坐标系，该坐标系包含相互垂直的三个坐标轴分别为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴，其中，X_p轴沿人体左右方向，Y_p轴沿人体前后方向，Z_p轴沿人体头脚方向；

(1-2)在X_p-O_p-Y_p平面内，确定一个绕Y_p轴旋转角度θ₁的共面射野，判断该共面射野穿过靶区及周围危及器官的范围，若满足要求则选定该射野，并进行步骤(1-4)，若不满足要求，则进行步骤(1-3)；

(1-3)在初始共面射野中心轴和Z_p轴所确定的平面内，将初始共面射野向头侧或脚侧偏转一定角度θ₂，得到一个非共面射野，判断该非共面射野穿过危及器官的范围，若满足要求则选定该非共面射野，若不满足要求，则调整偏转角度θ₂，直至所得到的非共面射野能够最大程度地避开危及器官，并进行步骤(1-4)；

(1-4)重复上述步骤布置其他需要的射野，根据当前射野与靶区、危及器官以及已布置射野的关系确定当前射野是否满足要求，直至确定所需的所有射野。

在一种实施方式中，所述放射治疗机包括C型臂直线加速器、Cyberknife、伽马刀等。

在一种实施方式中，所述转换模块实施为计算机程序，可根据所述治疗机的结构形式，将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系进行描述。

在一种实施方式中，所述计算机程序配置为基于旋转角度θ₁和偏转角度θ₂计算获得治疗机的机架角和床角。

在一种实施方式中，所述优化模块包括评估子模块和调整子模块。

在一种实施方式中，所述评估子模块对计划系统得到的放疗计划参数进行分析，评估计划质量。

在一种实施方式中，所述调整子模块可根据所述评估子模块得到的计划质量评估报告给出射野参数调整值。

本发明提供一种射野布置方法及系统，其基于人体坐标系进行布置，可帮助放疗计划设计人员明确非共面射野与肿瘤靶区和危及器官的空间位置关系，更加直观地选择和优化非共面射野方向，增加布野的角度范围，以最大程度地躲避开正常器官，优化放疗计划治疗，可促进非共面放疗技术的临床应用。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1为根据本申请一实施例的放射治疗系统的示意图；

图2为根据本申请一实施例的布置射野方法的流程图；

图3为根据本申请一实施例的布置射野方法的另一流程图；

图4为根据本申请一实施例的布置射野方法的人体坐标系示意图；

图5为根据本申请一实施例的布置射野方法的机器坐标系示意图；

图6a-6b为根据本申请一实施例的布置射野方法的应用实例图；

图7为根据本申请一实施例的布置射野系统的结构框图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

如前所述，现有放疗计划系统采用的是基于治疗机的机器坐标系的布置射野方法，这种坐标转换因治疗机的结构形式不同而会有变化，同时对于非共面布野，计划设计人员难以确定所布置的射野是否能够较好地躲开危及器官，因而往往需要手工反复调整机架角和床角等机器参数，较为繁琐。

为此，本发明提出了基于人体坐标系进行射野布置，能够便于放疗计划设计人员更加直观地选择和优化非共面射野方向，图1示出了放射治疗系统，图2示出了本申请一实施例的布置射野方法的流程图，为了便于更好地理解本发明，下面将结合图4-5对射野布置流程进行阐述说明。

参照图1，以C形臂治疗机为例，其包括旋转机架10和治疗床20，旋转机架10与固定机架30旋转连接，其可围绕Z轴旋转例如180°，旋转机架10上设置有例如MV级射线源和准直器(未示出)，射线源的射束和旋转Z轴的交点为放射治疗系统的等中心；治疗床20安装在支撑平台40上，其可沿Z轴进行前后移动，支撑平台40则可进行移动和/或转动，并使得患者在放射治疗时的靶区中心位于等中心处或其附近。虽然未示出，治疗系统一般还包括控制器和操作台，控制器依据操作台输入的参数控制旋转机架和治疗床的移动和旋转。

如图2所示，方法包括步骤S110，基于人体坐标系布置射野。肿瘤靶区一般为具有一定体积的三维立体结构，为此通常需要建立以靶区中心为原点的三维坐标系，例如参见图4，以患者肿瘤靶区的几何中心O_p为原点，建立空间直角坐标系作为人体坐标系，该坐标系包含相互垂直的三个坐标轴分别为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴，其中，X_p轴沿人体左右方向，Y_p轴沿人体前后方向，Z_p轴沿人体头脚方向。假定患者仰卧，则X_p轴正向指向人体左侧，Y_p轴正向垂直人体水平面向上，Z_p轴正向指向头部并平行于人体体中线，X_p-O_p-Y_p平面位于人体的横断面内。在治疗床平行于机架旋转轴时，旋转机架10绕固定机架30旋转过程中，射线束将始终在X_p-O_p-Y_p平面内。当然可以理解的是，建立人体坐标系不限于上述方式，例如采用球坐标系，其与直角坐标系可以进行转换。

在建立人体坐标系后，基于此坐标系布置射野，放射计划设计人员将根据解剖结构分析射野穿过靶区及周围危及器官的范围，一般布置射野需要满足靶区受射线束照射剂量满足处方要求，优选使得靶区周围的危及器官受射线束照剂量在预定范围内，例如使靶区周围危及器官受到的照射剂量最小化。在一个实施方式中，可按照如下方式进行射野布置，参照图3和图5，始于步骤S111，在X_p-O_p-Y_p平面内，确定一个绕Y_p轴旋转角度θ₁的共面射野，例如设计人员可对患者的肿瘤靶区进行靶区虚拟成像，并虚拟成像观察靶区和周围危及器官的位置关系以确定所述旋转角度θ₁，例如使得射线束的入射路径避开健康组织，或者使得射线束平行于肿瘤靶区与周围危及器官的相邻界面，根据计划系统中的射野与患者图像、靶区和危及器官的空间位置指示功能，观察判断该共面射野穿过靶区及周围危及器官的范围，若满足要求则选定该射野并进行其他射野的确定；若不满足要求，则进行步骤S112，在初始共面射野中心轴和Z_p轴所确定的平面内，将初始共面射野向头侧或脚侧偏转一定角度θ₂，得到一个非共面射野，设计人员同样可根据靶区虚拟成像观察靶区和周围危及器官的位置关系以确定初始的偏转角度θ₂，在人体坐标系内，观察射野与患者图像、靶区和危及器官的空间位置关系，判断该非共面射野穿过危及器官的范围，若满足要求则选定该非共面射野，若不满足要求，则调整偏转角度θ₂，直至所得到的非共面射野能够最大程度地避开危及器官，之后进行其他射野的确定。

可以理解的是，在确定后续射野的过程中，即在重复上述步骤S111-S112中需要判断观察当前布置射野与患者图像、靶区和危及器官的空间位置关系，与已布置射野的关系，调整角度θ₁、θ₂直至确定射野满足穿过危及器官的范围要求。

返回图2，在基于人体坐标系确定射野后，需要将其转换为机器坐标系，获得全部射野的对应机械运动参数，以便于确定放疗机器的运动。步骤S120可描述为根据所选用治疗机的类型，例如C型臂直线加速器、Cyberknife、伽马刀等，而将人体坐标系布置的射野根据坐标转换关系转换为基于机器的射野布置。

在一示例中，所述步骤S120将人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系，可描述为对于例如图1所示的C形臂治疗机，旋转机架旋转轴和射线束交点为等中心，在等中心处按照IEC61217标准建立如图1所示的机器坐标系，旋转机架1O绕Z轴旋转的角度即为机架角，治疗床20绕Y轴旋转的角度即为床角。若基于人体坐标布置的射野为共面射野，则对应的基于机器坐标系的射野机架角为θ₁。若基于人体坐标系布置的射野为非共面射野，由空间几何关系可知，在人体坐标系中非共面射野中心轴与Y_p轴的夹角对应的即是机架角，非共面射野中心轴在X_p-O_p-Z_p平面上的投影与X_p轴的夹角对应的即是床角。基于图4所述的人体坐标系，以O_p为球心，以源轴距为半径建立球体如附图5所示，O_pB即为步骤S110中基于人体坐标系给定的非共面射野的中心轴。为便于角度计算，可以假设：1)θ₁由Y_p轴为起始轴，沿Z_p轴负向看过去顺时针增大，且0≤θ₁≤360°；2)当O_pB与Z_p轴正向重合时，θ₂取为90°，当O_pB与Z_p轴负向重合时，θ₂取为-90°，由此-90°≤θ₂≤90°。

如图5所示，由空间几何关系可知，在人体坐标系中非共面射野中心轴O_pB与Y_p轴的夹角对应的即是机架角θ_g，非共面射野中心轴O_pB在X_p-O_p-Z_p平面上的投影与X_p轴的夹角对应的即是床角θ_c。因此通过本实施例确定的人体坐标系以及非共面射野的确定方法，能更加直观地设置和调整非共面射野方向。根据非共面射野在人体坐标系中的位置分为四种情况进行讨论，通过空间几何运算，可以归纳出参变量为θ₁和θ₂的机架角和床角计算公式。

情况一：0≤θ₁＜180°且-90°≤θ₂≤0°

如附图1所示，θg和θc分别为IEC61217中定义的机架角和床角。由几何关系可知，

其中，B点位于球面上，BC垂直于X_p-O_p-Z_p平面，FC位于X_p-O_p-Z_p平面内并平行于X_p轴，且FC垂直于Z_p轴，由此，

BC＝BF·cos∠FBC＝BF·cosθ₁ (3)

BF＝O_pE＝O_pB·cosθ₂ (4)

其中，BE垂直于O_pA。

O_pF＝BE＝O_pB·sinθ₂ (5)

FC＝BF·sin∠FBC＝BF·sinθ₁ (6)

将公式(3)-(6)分别代入公式(1)(2)可得，

θ_g＝cos^-1(cosθ₂·cosθ₁) (7)

由IEC标准可知，0≤θ_g≤360°，0≤θ_c≤360°。但受限于治疗机的机械结构，床角θ_c的范围通常为[0，90°]∪[270°，360°]。

特殊的，当θ₂＝-90°时，机架和治疗床必然相撞，不允许这样布野。当θ₁＝0°时，θ_c＝90°。

情况二：0≤θ₁＜180°且0°≤θ₂≤90°

同情况一，由几何关系可知

θ_g＝cos^-1(cosθ₂·cosθ₁) (9)

特殊的，当θ₂＝90°时，θ_g＝90°且θ_c＝270°。当θ₁＝0°时，θ_c＝90°。

情况三：180°≤θ₁＜360°且-90°≤θ₂≤0°

同情况一，由几何关系可知

θ_g＝360-cos-¹(cosθ₂·cosθ₁) (11)

特殊的，当θ₂＝-90°时，机架和治疗床必然相撞，不允许这样布野。当θ₁＝180°时，θ_c＝270°。

情况四：180°≤θ₁＜360°且0°≤θ₂≤90°的情况

同情况一，由几何关系可知

θ_g＝360-cos-¹(cosθ₂·cosθ₁) (13)

特殊的，当θ₂＝90°时，θ_g＝270°且θ_c＝90°。当θ₁＝180°时，θ_c＝270°。

将步骤(2)中确定的θ₁和θ₂的角度值带入相应计算公式，得到非共面射野对应的床角和机架角。

通过上面描述，可知在确定了基于人体坐标系的射野后，容易根据相应的坐标转换关系确定机器坐标系，因此可以将上述坐标转换关系利用计算机程序进行编程实现。对于IMRT、IGRT等涉及多个射野数的放疗方法，还需要将所有射野转换到机器坐标系。

参见图3，步骤S130中评估治疗计划质量，并对射野进行优化。在评估放疗计划时，除了射野方向之外，还需要设置诸如射野的能量大小、射线束的强度分布、准直器的运动、机架旋转速度等其他计划参数，计算剂量分布，从而全面评估计划质量是否满足要求。如果评估确定某一方向射野对靶区周围的健康器官的剂量参数超出要求的范围时，则需要调整该方向的射野。

以下将通过一个具体实施例来阐述本发明的非共面射野的布置方法，如图6a所述的肝癌病例，其中内轮廓区域为PTV，外轮廓区域为肝。该病例的处方剂量要求PTV受照50Gy的体积不小于95％，依据尽量减少正常肝受照剂量的原则，给定3个共面射野F1、F2和F3，其角度分别为290°、315°、338°，结果显示该共面计划靶区适形度较差，正常肝受照范围大，且低剂量区范围较大。由此，采用本发明的基于人体坐标系的非共面计划设计方法进行设计。首先，以靶区的几何中心ISO为原点，建立人体坐标系如图4-5所示。然后，根据共面布野时各射野穿过正常肝的情况，保留穿过正常肝范围较小的共面射野F1和F2，删除共面射野F3，将共面射野F3在A-Op-Zp平面内向脚侧偏转一定角度θ₂，得到一个非共面射野F4。共面射野F3对应的角度为θ₁，则将θ₁、θ₂代入公式(11)、(12)可得到非共面射野F4对应的机架角和床角，进而在计划系统中可确定非共面射野F4。分别取θ₂为-20°、-30°、-40°、-50°，并观察射野F4的BEV，通过BEV判断射野穿过正常肝的范围，选定θ₂为-50°。最终选定射野F1、F2、F4，并进行计划设计，得到非共面计划的剂量分布图，如图6b显示，相比于共面计划，基于人体坐标系选定非共面射野进而得到的非共面计划可适当提高靶区适形度和改善剂量分布。

参照图7，本申请的一实施例提供了一种射野布置系统，其包括：布置模块210，其用于基于所述患者的人体坐标系布置射野；转换模块220，其用于将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系；优化模块230，其用于评估治疗计划质量，并对射野进行优化。

布置模块210的主要作用在于确定人体坐标系下的非共面射野中的旋转角度θ₁和偏转角度θ₂，其可借助于数字图像重建子模块实现，例如可包括数字重建放射影像系统，对患者的肿瘤靶区进行靶区虚拟成像，以用于确定基于人体坐标系布置的射野在患者图像中与靶区、周围危及器官的空间位置关系，使得射野穿过靶区及周围危及器官的范围满足要求，从而根据所述靶区虚拟成像确定所述旋转角度θ₁和偏转角度θ₂。即选定的多个射野的角度θ₁和θ₂需要满足一定的预设条件，一般需要满足靶区受射线束照射剂量满足处方剂量要求，优选使得靶区周围的危及器官受射线束照剂量在预定范围内，例如使靶区周围危及器官受照射剂量最小化。例如在确定θ₁时，一般依据尽量减少危及器官受照剂量的原则，同时避免射线束穿过患者重要器官以及防止旋转机架与治疗床相撞，例如可基于靶区虚拟成像图像建立危及器官受照剂量与θ₁角度射线束向量的关系模型，基于最小化原则由模型自动确定若干初始旋转角度θ₁，可以理解的是，可辅助放疗计划设计人员的设计经验选择确定角度θ₁；在确定θ₂时，可通过观察偏转角度后的射野的BEV判断射野穿过危及器官的范围，或者可借助于现有的一些计划系统计算获得患者体内的吸收剂量分布，从而确定合适的偏转角度。在一种实施方式中，布置模块可依照前面描述的方法步骤进行基于人体坐标系的射野布置，此处不再赘述。

转换模块220基于布置模块确定的人体坐标系下的布置射野，根据一定的坐标转换关系可将上述射野转换为机器坐标系。优选地，转换模块220可实施为计算机程序产品，其可根据治疗机的结构形式，将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系进行描述。例如对于C形臂直线加速器而言，该计算机程序可配置为基于人体坐标系下的旋转角度θ₁和偏转角度θ₂获得射野的对应机械运动参数，例如机架角和床角。

本发明的布置、转换模块可适用于现有的各种治疗机，包括C型臂直线加速器、Cyberknife、伽马刀等。以C形臂为例，这种转化关系的描述可参照前面描述的情况一至情况四对应的计算公式(1)-(14)，此处不再赘述。对于Cyberknife、伽马刀等其他治疗机，本发明的射野布置、转换模块只需通过常规调整即可应用，例如对于Cyberknife，其具有6个自由度的机器手臂，即本申请描述的射野布置方法和系统直接用于调整该机械手臂的运动，而不用调整治疗床的偏转。

优化模块230用于评估治疗计划质量，并对射野进行优化。在一示例中，优化模块230评估计划质量是否满足要求，例如如果评估确定某一方向射野将危及靶区周围的健康器官时，则需要调整该方向的射野。在另一示例中，优化模块230还可优化准直器的位姿或者其他机器参数。

在一实施例中，优化模块230包括评估子模块和调整子模块。所述评估子模块对计划系统得到的放疗计划参数进行分析，评估计划质量，具体而言，评估子模块可评估转换模块220获得的机器坐标系下的放疗计划，即除了射野方向之外，还需要设置诸如射野的能量大小、射线束的强度分布、准直器的运动、机架旋转速度等其他计划参数，计算得到剂量分布，在此基础上通过评价剂量分布均匀性或体积直方图等方式全面评估计划质量是否满足要求。本发明可利用现有的一些放射治疗计划系统，其采用相关算法对患者体内的吸收剂量分布进行计算，计算结果供放射治疗计划制定者使用。所述调整子模块用于优化射野布置，其可根据评估子模块得到的计划质量评估报告给出射野参数调整值，即根据评估子模块的判断是否需要调整射野布置，例如在确定某一方向的射野将危及重要器官，则将删除该方向的射野并重新进行射野布置或调整射野方向及大小等射野参数，此外，调整子模块还可调整其他机器参数，例如射线束的能量、准直器和机架的运动等。

通过以上描述，本发明的射野布置系统的部分模块或整体系统可利用计算机程序产品来实现，该计算机程序产品可存储在计算机可读存储介质中，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器(微处理器、中央处理器等)运行时使得处理器执行本说明书描述的基于人体坐标系布置射野、根据一定的坐标转换关系将上述射野转换为机器坐标系、评估计划质量，并进行射野调整的部分或整体功能，所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言例如包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等。程序代码可以完全地在放射治疗系统上执行、部分地在治疗系统上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在治疗系统计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

本发明的射野布置方法及系统可应用于现有的适形调强放射治疗、螺旋断层放疗等系统，其可以最大限度地减少射线束照射路径上经过的危及器官，进而减少危及器官受到的照射剂量，优化放疗计划治疗，可适用于常规共面布野较难躲避危及器官的病症。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。例如，以上描述的仅是本发明针对C形臂治疗机的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以针对C形臂治疗机，做出若干变形和改进；还可以针对其他机械运动方式的治疗机，设计相应的实施方式，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种射野布置方法，包括以下步骤：

(1)基于人体坐标系布置射野；

(2)将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系；

(3)评估治疗计划质量，并对射野进行优化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中布置射野使得患者肿瘤靶区受射线束照射剂量满足处方剂量要求，优选使得靶区周围的危及器官受射线束照剂量在预定范围内。

3.如权利要求2所述的方法，其中步骤(1)中的布置射野包括：

(1-1)建立人体坐标系：以患者肿瘤靶区的几何中心O_p为原点，建立空间直角坐标系作为人体坐标系，该坐标系包含相互垂直的三个坐标轴分别为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴，其中，X_p轴沿人体左右方向，Y_p轴沿人体前后方向，Z_p轴沿人体头脚方向；

(1-2)在X_p-O_p-Y_p平面内，确定一个绕Y_p轴旋转角度θ₁的共面射野，判断该共面射野穿过靶区及周围危及器官的范围，若满足要求则选定该射野，并进行步骤(1-4)，若不满足要求，则进行步骤(1-3)；

(1-3)在初始共面射野中心轴和Z_p轴所确定的平面内，将初始共面射野向头侧或脚侧偏转一定角度θ₂，得到一个非共面射野，判断该非共面射野穿过危及器官的范围，若满足要求则选定该非共面射野，若不满足要求，则调整偏转角度θ₂，直至所得到的非共面射野能够最大程度地避开危及器官，并进行步骤(1-4)；

(1-4)重复上述步骤布置其他需要的射野，根据当前射野与靶区、危及器官以及已布置射野的关系确定当前射野是否满足要求，直至确定所需的所有射野。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述步骤(1-2)和/或步骤(1-3)中，对患者的肿瘤靶区进行靶区虚拟成像，并虚拟成像观察靶区和周围危及器官的位置关系以确定所述旋转角度θ₁和/或所述偏转角度θ₂。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述步骤(2)包括：利用计算程序确定从人体坐标系到机器坐标系的坐标转换关系，将所有射野转换到机器坐标系。

6.如权利要求5所述的方法，其中利用计算程序确定从人体坐标系到机器坐标系的坐标转换关系包括利用所述坐标转换关系确定治疗机的机架角和床角。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3)包括：

设置除射野方向以外的其他计划参数，计算剂量分布，并评估计划质量，判断是否需要调整射野布置，若需要，重复步骤(1)-(2)，直至不再需要调整。

8.一种用于放射治疗机的射野布置系统，包括：

(1)布置模块，其用于基于患者的人体坐标系布置射野；

(2)转换模块，其用于将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系；

(3)优化模块，其用于评估治疗计划质量，并对射野进行优化。

9.如权利要求8所述的射野布置系统，其中所述布置模块包括数字图像重建子模块，其配置为基于患者的人体坐标系布置射野，包括：

(1-1)建立人体坐标系：以患者肿瘤靶区的几何中心O_p为原点，建立空间直角坐标系作为人体坐标系，该坐标系包含相互垂直的三个坐标轴分别为X_p轴、Y_p轴和Z_p轴，其中，X_p轴沿人体左右方向，Y_p轴沿人体前后方向，Z_p轴沿人体头脚方向；

(1-2)在X_p-O_p-Y_p平面内，确定一个绕Y_p轴旋转角度θ₁的共面射野，判断该共面射野穿过靶区及周围危及器官的范围，若满足要求则选定该射野，并进行步骤(1-4)，若不满足要求，则进行步骤(1-3)；

(1-3)在初始共面射野中心轴和Z_p轴所确定的平面内，将初始共面射野向头侧或脚侧偏转一定角度θ₂，得到一个非共面射野，判断该非共面射野穿过危及器官的范围，若满足要求则选定该非共面射野，若不满足要求，则调整偏转角度θ₂，直至所得到的非共面射野能够最大程度地避开危及器官，并进行步骤(1-4)；

(1-4)重复上述步骤布置其他需要的射野，根据当前射野与靶区、危及器官以及已布置射野的关系确定当前射野是否满足要求，直至确定所需的所有射野。

10.如权利要求9所述的射野布置系统，其中所述转换模块实施为计算机程序，可根据所述治疗机的结构形式，将基于人体坐标系布置的射野转换到机器坐标系进行描述。

11.如权利要求10所述的射野布置系统，其中所述计算机程序配置为基于所述旋转角度θ₁和偏转角度θ₂计算获得所述治疗机的机架角和床角。

12.如权利要求8所述的射野布置系统，其中所述优化模块包括评估子模块和调整子模块。

13.如权利要求12所述的射野布置系统，其中所述评估子模块对计划系统得到的放疗计划参数进行分析，评估计划质量。

14.如权利要求12所述的射野布置系统，其中所述调整子模块可根据所述评估子模块得到的计划质量评估报告给出射野参数调整值。