CN110404185A - 一种正交双层光栅的旋转调强分割方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种正交双层光栅的旋转调强分割方法及装置，涉及医疗技术领域。该方法包括：根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状，将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。通过先将旋转弧离散成等间距的固定野，在此基础上进行正交双层光栅的动态分割，最后将所有子野串接起来，所得到的旋转调强分割结合了旋转调强和正交双层光栅两者的优势，既满足了治疗效果，又提高了治疗效率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种正交双层光栅的旋转调强分割方法及装置。
背景技术
调强技术是调节入射束流的强度对靶区进行非均匀照射的技术。不同入射方向的束流叠加最终得到理想的剂量分布。调强技术可以很大程度上地将剂量集中于靶区，减少对危及器官的照射。
目前，放射治疗中实现调强的较普遍的技术是应用光栅进行强度调制。一般情况下，多叶准直器的叶片越薄，数量越多，其适形度越好，但是对于常规的单层光栅，由于叶片只能在一个方向上运动，其叶片厚度方向的适形能力有限，对于平行的双层光栅，虽然其叶片厚度方向相比于单层光栅的适形能力有所提高，但还是受限于叶片厚度的影响，并不能运动或者形成任意位置的照射单元。
不同于固定射野的调强技术，旋转调强可实现机架环绕患者做等中心旋转的同时，光栅在不断地根据当前剂量率改变射野大小和开野形状。旋转调强整合了机架的转动、剂量率的变化和光栅的运动，大幅度提升了治疗效率。然而，在应用单层光栅下，旋转调强难以进一步提高治疗效率。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种正交双层光栅的旋转调强分割方法及装置，以解决旋转调强难以进一步提高治疗效率的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种正交双层光栅的旋转调强分割方法，包括：
根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；
利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；
针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状；
将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
可选地，在所述将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野之后，还包括：
将所得到的旋转调强分割子野作为初始值，扰动所述正交双层光栅的叶片位置，采用预定优化算法计算调强子野形状，以使得靶区和危及器官的计算剂量与预设剂量值之间误差减小，从而得到优化后的正交双层光栅的旋转调强分割子野。
可选地，所述根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野，包括：
根据放射治疗处方及靶区特征，确定旋转弧数目、旋转起始角度和剂量约束；
离散化每个旋转弧，计算离散化后每一份所覆盖的角度范围，以获得等间距的多个射野。
可选地，所述针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状，包括：
构造虚拟光栅，虚拟光栅的速度是正交双层光栅的速度合成；
将理想强度图旋转预定角度，以使得强度图角度与虚拟光栅安装角度保持一致；
进行单层光栅滑动窗调强分割，以得到在虚拟光栅的叶片速度拐点下的子野形状；
将各子野形状反旋转所述预定角度；
用正交双层光栅对反旋转后的子野进行适形，以得到正交双层光栅对应的调强子野形状。
可选地，所述进行单层光栅滑动窗调强分割，以得到在叶片速度拐点下的子野形状，包括：
a)计算通量的最小增量；
b)根据强度图和通量的最小增量，确定虚拟光栅的叶片运动过程中强度通量与位置的对应关系曲线；
c)根据通量与位置的对应关系曲线计算出叶片速度拐点；
d)将叶片速度拐点作为分割点，计算每个分割点处左右叶片的位置，以得到在叶片速度拐点下的子野形状。
可选地，在所述步骤d)之后还包括：若叶片最大加速度超出预定限制，则降低光栅的最大速度，并重复进行步骤a)至步骤d)。
可选地，在所述步骤d)之后还包括：计算当前调强分割下的强度图，并与优化强度图进行对比，当误差大于预设阈值时，调整所述当前调强分割下的强度图，并重复进行步骤a)至步骤d)。
可选地，在所述用正交双层光栅对反旋转后的子野进行适形，以得到正交双层光栅对应的调强子野形状之后，还包括：检查正交双层光栅是否超速，若有超速，将超速叶片加以限制，
所述将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野，包括：将针对每个射野所获得的多个调强子野分配在其对应的角度范围中；根据角度范围，将所述多个射野的前后子野串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
第二方面，本发明还提供了一种正交双层光栅的旋转调强分割装置，包括：
离散化模块，用于根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；
强度图计算模块，用于利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；
调强分割模块，用于针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状；
调强子野串接模块，用于将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
可选地，所述装置还包括：
旋转调强分割子野优化模块，用于将所得到的旋转调强分割子野作为初始值，扰动所述正交双层光栅的叶片位置，采用预定优化算法计算调强子野形状，以使得靶区和危及器官的计算剂量与预设剂量值之间误差减小，从而得到优化后的正交双层光栅的旋转调强分割子野。
可选地，离散化模块，具体用于：
根据放射治疗处方及靶区特征，确定旋转弧数目、旋转起始角度和剂量约束；
离散化每个旋转弧，计算离散化后每一份所覆盖的角度范围，以获得等间距的多个射野。
可选地，调强分割模块，具体用于：
构造虚拟光栅，虚拟光栅的速度是正交双层光栅的速度合成；
将理想强度图旋转预定角度，以使得强度图角度与虚拟光栅安装角度保持一致；
进行单层光栅滑动窗调强分割，以得到在虚拟光栅的叶片速度拐点下的子野形状；
将各子野形状反旋转所述预定角度；
用正交双层光栅对反旋转后的子野进行适形，以得到正交双层光栅对应的调强子野形状。
可选地，调强分割模块，具体用于：
a)计算通量的最小增量；
b)根据强度图和通量的最小增量，确定虚拟光栅的叶片运动过程中强度通量与位置的对应关系曲线；
c)根据通量与位置的对应关系曲线计算出叶片速度拐点；
d)将叶片速度拐点作为分割点，计算每个分割点处左右叶片的位置，以得到在叶片速度拐点下的子野形状。
可选地，调强分割模块，具体还用于：若叶片最大加速度超出预定限制，则降低光栅的最大速度，并重复进行步骤a)至步骤d)。
可选地，调强分割模块，具体还用于：计算当前调强分割下的强度图，并与优化强度图进行对比，当误差大于预设阈值时，调整所述当前调强分割下的强度图，并重复进行步骤a)至步骤d)。
可选地，调强分割模块，具体还用于：检查正交双层光栅是否超速，若有超速，将超速叶片加以限制，
调强子野串接模块，具体用于：将针对每个射野所获得的多个调强子野分配在其对应的角度范围中；根据角度范围，将所述多个射野的前后子野串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
第三方面，本发明还提供了一种放射治疗装置，所述装置的光栅为两层移动路径相互正交或呈锐角设置的双层光栅，所述装置采用根据第一方面所述的正交双层光栅的旋转调强分割方法来进行旋转调强分割，或者包括根据第二方面所述的正交双层光栅的旋转调强分割装置。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的旋转调强分割方法包括：根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状，将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。通过先将旋转弧离散成等间距的固定野，在此基础上进行正交双层光栅的动态分割，最后将所有子野串接起来，所得到的旋转调强分割结合了旋转调强和正交双层光栅两者的优势，既满足了治疗效果，又提高了治疗效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的解决多连通区域子野分割的正交双层光栅的示例性图片一；
图2示出了本发明实施例提供的解决多连通区域子野分割的正交双层光栅的示例性图片二；
图3示出了本发明实施例提供的实施正交双层光栅旋转调强的流程示意图；
图4示出了本发明实施例提供的旋转调强离散成固定野的示例图；
图5示出了本发明实施例提供的实施正交双层光栅滑动窗的流程示意图；
图6示出了本发明实施例提供的扰动叶片位置优化流程示意图；
图7示出了本发明实施例提供的理想强度图与旋转后强度图的对比；
图8示出了本发明实施例提供的旋转后的理想强度图与子野叠加图的对比；
图9示出了本发明实施例提供的双层光栅子野适形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在现有的子野分割技术中，无论是单层光栅，还是平行双层光栅，都会面临两个问题：叶片厚度方向的适形度不够；一个复杂的射野，需要多个子野才能够形成，照射效率低。正交双层光栅在适形度和照射效率上均占有优势，此外，双层光栅可有效减少光栅漏射，可以更好地保护危及器官。旋转调强整合了机架的转动，剂量率的变化和光栅的运动，可以大幅度提升治疗效率。它与正交双层光栅的结合将更大程度地提高治疗效率，同时可以保护危及器官，获得好的治疗效果。为此，正交双层光栅的旋转调强优化方法有着现实意义。
虑到旋转调强与正交双层光栅的优势，本发明实施例提供了一种基于正交双层光栅的旋转调强子野分割方法。该方法包括：根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状，将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
如图1和图2所示，本发明实施例基于正交双层光栅，其共有上下两层叶片，每一层的叶片运动方向为沿垂直于射线方向，且两层叶片运动方向为正交。具体地，例如，两个方向均能够达到小于1mm的走位精度；上层光栅具有6mm等中心厚度，共51对准直器，下层光栅有4mm等中心厚度，共53对准直器。正交双层光栅的自身结构特点可以提高靶区适形度及更为快速的走位。正交双层光栅有着几点优势：叶片厚度方向的适形度好；对复杂射野的照射效率高；可以有效减少光栅漏射，可以更好地保护危及器官。
为了解决正交双层光栅的旋转调强问题，本发明实施例通过如下两步法来实现：先将旋转弧离散成等间距的固定野，在此基础上进行正交双层光栅的动态分割，最后将所有子野串接起来。
综上所述，本发明实施例通过将旋转弧离散为等间距的多个射野，在此基础上，使用共轭梯度法优化射野的强度图，再根据速度合成法分割当前射野强度，得到正交双层光栅的动态调强子野形状，最后将多个射野的子野串接起来，得到旋转调强的子野，所得到的旋转调强分割结合了旋转调强和正交双层光栅两者的优势，既满足了治疗效果，又提高了治疗效率。
下面将参考图3至图6描述正交双层光栅的旋转调强实现的具体步骤。
根据处方及靶区特征，设计旋转弧个数、起始角度和剂量约束：例如：用户设定给出2个旋转弧，一个从90度开始至270度结束，一个从270度开始至90度结束；给定靶区最小剂量为6000cGy，最大6500cGy，危及器官剂量不超过临床需求。
离散每个旋转弧，计算每一份所覆盖的范围(参见图4)：起始角度为θstart，结束角度为θend，若将这段弧离散为N份，那么每个份所覆盖角度范围为(θend-θstart)/N，每一份的中心位置为：
从而获得等间距的多个射野。
应用共轭梯度法优化射野强度图：这里所用方法与固定野优化射野强度图一致。优化的目标函数为：
其中：
是目标函数，表示为靶区(PTV)与危及器官(OAR)的剂量二次型误差的加权；
是危机器官的剂量误差值，α是它的加权；
是危机器官的剂量误差值，β是它的加权；
是待优化变量；即为所有射野离散成的笔形束的强度图；为OAR的二次型误差，是所有器官中所有体素点计算剂量和理想剂量之差的二范数，可表示为式(3)，其中：
NOAR为危及器官的个数；
Ni为第i个危机器官的体素点个数；
wj为第j个体素点的权重；
δi为惩罚因子，当计算剂量满足预设的约束时，即为0，否则记为1；为根据射野强度图计算的j点剂量值，是计算剂量；
pi为理想剂量值；
同理，为靶区的二次型误差，可表示为式(4)，其中NPTV为靶区的体素点个数。
待优化变量和计算剂量之间通过沉积矩阵联系起来：单位笔形束的强度值对CT上体素点产生剂量值即为沉积值，将所有笔形束对所有体素点的沉积值排列起来就是沉积矩阵。由此可见，射野强度图的优化是一个典型的带约束的二次型优化问题，这里用共轭梯度法加以实现。
正交双层光栅对射野强度图进行动态调强的分割：这部分分割流程见图5描述的正交双层光栅的滑动窗(sliding-window)速度合成分割方法，具体步骤如下。
构造虚拟光栅：虚拟光栅的速度是正交光栅A(MLC1)和B(MLC2)的速度合成，速度大小和方向为v，θ；其中v1为水平方向叶片的最大速度，v2为竖直方向叶片的最大速度；虚拟光栅的叶片厚度取较小值(这里取0.25)，叶片对数取较大值(这里取256)，其余属性与光栅A或光栅B保持一致即可。
将理想强度图Map旋转：为便于子野分割，这里对优化矩阵旋转预定角度(例如，θ)，这样，强度图角度与虚拟光栅安装角度保持一致。旋转后，强度图在叶片厚度方向的采样间隔直接按叶片厚度划分，在叶片运动方向则按照自定义的间隔划分，一般取0.25，对得到的理想强度图旋转光栅安装角旋转前后的强度图见图7。
a)计算通量的最小增量：为确保叶片在运动过程中不会关闭，这里已知叶片对之间的最小距离(Gap)，因此需要计算单位长度的最小增量；如式(8)知，叶片以物理最大速度运行单位长度时，单位长度的通量最小，min slope与Gap的乘积即为光栅能达到的最小强度值。
其中DoseRatio为剂量率，MaxDose为单位通量对应的剂量，MaxSpeed为叶片最大速度。
b)通量与距离关系计算：根据强度图及通量的最小增量确定左右叶片运动过程中强度通量与位置的对应曲线。
c)设定速度拐点：根据通量与距离关系曲线计算出速度的拐点。
d)子野中左右叶片位置的确定：以速度拐点为分割点，计算各分割点处左右叶片的位置，以得到在叶片速度拐点下的子野形状。
叶片加速度检查：若叶片最大加速度超出限制，则降低光栅的最大速度，重复步骤a)至步骤d)。
强度图对比：计算当前分割下的强度图，与优化强度图对比，该优化强度图为上述应用共轭梯度法优化计算得到的射野强度图，当误差大于阈值，则调整当前分割下的强度图，重复步骤a)至步骤d)。
步骤a)至步骤d)以及叶片加速度检查和强度图对比为单层光栅滑动窗的分割计算步骤，在分割计算过程中，叠加各个子野形状即可得到初步的计算强度图，与优化强度图对比可以检查虚拟光栅形成的子野是否符合预期，这里由图8可见，虚拟光栅形成的子野是合理的。
子野反旋转：分割完成后得到了在各个速度拐点下的子野形状，此时将各子野形状反旋转预定角度(例如，θ)。虚拟光栅形成的子野经过反旋转后，得到的是真实的子野。
正交光栅对反旋转后的子野适形：这里把虚拟光栅形成的子野用正交双层光栅实现，得到了各个速度拐点下，正交双层光栅的运动曲线，从而得到正交双层光栅对应的调强子野形状。双层光栅子野适形的示例参见图9，其中的空白区域是反旋转后的子野，网络状即为正交双层光栅，可见双层光栅可以正确适形子野。
速度检查：检查正交双层光栅是否超速，若有超速，将超速叶片加以限制；这里允许叶片回退。
串接多个离散的固定野：在上述分割过程完成后，得到了单个固定野的正交双层光栅动态调强分割，且分割出的子野开始时刻闭合于靶区在射野方向投影轮廓的左边界，结束时刻闭合于靶区在射野方向投影轮廓的右边界。此时将得到的M个子野分配在该段对应的角度范围((θend-θstart)/N)中。值得注意的是，分割出的子野闭合边界都是以当前射野范围的中心射野为依据的，那么不同射野在衔接时，靶区在射野方向的投影轮廓会有一个突变的过程。为了解决这个问题，在将M个子野分配在该段对应的角度范围中时，可在角度范围的终止段留有一段余量。例如：原计划将第1个射野的30个子野分配到90°～110°中去，第2个射野的30个子野分配到110°～130°，这时第1个射野的最后一个子野的光栅闭合在100°射野角形成的靶区右轮廓位置，而第2个射野的第一个子野的光栅闭合在120°射野角形成的靶区左轮廓位置，这两个位置不完全一致，导致前后两个射野的子野不能完全相接。为此，把第1个射野的30个子野分配到90°～105°中去，在105°～110°时，光栅运动从100°射野角形成的靶区右轮廓位置运动到120°射野角形成的靶区左轮廓位置，完成两个射野的衔接。
在串接多个离散的固定野之后，本发明的方法还包括：将所得到的旋转调强分割子野作为初始值，扰动所述正交双层光栅的叶片位置，采用预定优化算法计算调强子野形状，以使得靶区和危及器官的计算剂量与预设剂量值之间误差减小，从而得到优化后的正交双层光栅的旋转调强分割子野。通过将上述两步法得到的子野作为初始值，用扰动技术优化子野形状，可以进一步逼近最优解，使得当前分割能够更好地将剂量集中于靶区，同时保护危及器官。下面将进行详细描述。
扰动技术优化子野形状：子野形状优化是在子野权重固定的条件下，以各叶片的运动轨迹为变量，在一定约束下，优化得到各射野的子野形状图。优化选取的目标函数可通过式(2)～式(5)计算得到。
这里把水平光栅每对叶片的运动轨迹记作：
竖直光栅每对叶片的运动轨迹记作：
其中，表示：第i对叶片(对应的Y轴坐标为yi)的左叶片运动轨迹；表示：第i对叶片(对应的Y轴坐标为yi)的右叶片运动轨迹；表示：第j对叶片(对应的X轴坐标为xj)的下叶片运动轨迹；表示：第j对叶片(对应的X轴坐标为xj)的上叶片运动轨迹；水平叶片共n对，竖直叶片共m对。
叶片运动所受约束有：钨门约束、叶片物理约束(右叶片位置大于左叶片，上叶片位置大于下叶片)、速度约束。于是约束条件可写作：
其中，xmin，xmax，ymin，ymax分别为钨门的左右下上边界；
v1max，v2max分别为水平叶片和竖直叶片的最大运动速度；
用这样的叶片轨迹得到的计算强度图I(x，y)为：
其中，T为光栅整个运行时长，x，y为计算强度图的采样点，i，j为点(x，y)对应的水平光栅和竖直光栅的叶片序号。换言之，计算强度图是各时刻光栅开口形状的叠加，并且对于双层光栅而言，开口形状同时受双层光栅开口的影响。
将叶片运动离散化，这里用虚拟单层光栅计算出的MU step(速度拐点的时间点)作为时间间隔，叶片轨迹如这样的连续函数可表示为一系列离散的值。初步统计，所有叶片运动轨迹点数约20000个，也就是说，优化变量约为20000个，普通优化方法，如非线性优化、遗传算法、粒子群算法效果均不显著。
为此，这里提供了一种基于模拟退火的寻优算法(参见图6)，整个优化步骤如下：1)导入光栅初始位置；2)记录当前目标函数，设置初始温度；3)根据上一次调整的叶片序号和时刻，选取当前需要调整的叶片序号和时刻；若是第一次开启，那么选取以强度图中心位置对应叶片序号为参数，若不是第一次开启，那么选取上一次使得目标函数减少的叶片序号作为参数，使用泊松分布随机生成待优化的叶片序号。这样做的目的在于，若上一次叶片序号使得目标函数减少，假设对应的上、下叶片有调整，这样做会使得对应左右叶片所在行的附近强度值发生变化，给优化留下了空间，那么下一次调整叶片，就应该着重考虑当前叶片附近的叶片；4)根据叶片的速度约束和物理约束，计算待调整叶片的运动范围；这一步的考虑主要是使得叶片不超速，这部分实施可见式(11)；5)根据上一次叶片扰动步长，随机扰动叶片(步长按照高斯分布)，得到扰动后的位置，这里值得注意的是，扰动后位置若不符合约束条件，则重复当前步骤；6)计算当前目标函数值；7)若目标函数值下降或以一定概率接受当前扰动，那么更新叶片位置，同时温度下降；否则重复步骤3)～6)；8)记录当前成功的迭代次数，即为迭代次数；9)判断外循环值是否达到最大，若是，则停止，否则，继续下一轮迭代。
另外，本发明还提供了一种正交双层光栅的旋转调强分割装置，该装置用于实施本发明上述实施例中所提出的方法。该装置包括：
离散化模块，用于根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；强度图计算模块，用于利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；调强分割模块，用于针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状；调强子野串接模块，用于将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
可选地，所述装置还包括：旋转调强分割子野优化模块，用于将所得到的旋转调强分割子野作为初始值，扰动所述正交双层光栅的叶片位置，采用预定优化算法计算调强子野形状，以使得靶区和危及器官的计算剂量与预设剂量值之间误差减小，从而得到优化后的正交双层光栅的旋转调强分割子野。
可选地，离散化模块，具体用于：根据放射治疗处方及靶区特征，确定旋转弧数目、旋转起始角度和剂量约束；离散化每个旋转弧，计算离散化后每一份所覆盖的角度范围，以获得等间距的多个射野。
可选地，调强分割模块，具体用于：构造虚拟光栅，虚拟光栅的速度是正交双层光栅的速度合成；将理想强度图旋转预定角度，以使得强度图角度与虚拟光栅安装角度保持一致；进行单层光栅滑动窗调强分割，以得到在虚拟光栅的叶片速度拐点下的子野形状；将各子野形状反旋转所述预定角度；用正交双层光栅对反旋转后的子野进行适形，以得到正交双层光栅对应的调强子野形状。
可选地，调强分割模块，具体用于：a)计算通量的最小增量；b)根据强度图和通量的最小增量，确定虚拟光栅的叶片运动过程中强度通量与位置的对应关系曲线；c)根据通量与位置的对应关系曲线计算出叶片速度拐点；d)将叶片速度拐点作为分割点，计算每个分割点处左右叶片的位置，以得到在叶片速度拐点下的子野形状。
可选地，调强分割模块，具体还用于：若叶片最大加速度超出预定限制，则降低光栅的最大速度，并重复进行步骤a)至步骤d)。
可选地，调强分割模块，具体还用于：计算当前调强分割下的强度图，并与优化强度图进行对比，当误差大于预设阈值时，调整所述当前调强分割下的强度图，并重复进行步骤a)至步骤d)。
可选地，调强分割模块，具体还用于：检查正交双层光栅是否超速，若有超速，将超速叶片加以限制。调强子野串接模块，具体用于：将针对每个射野所获得的多个调强子野分配在其对应的角度范围中；根据角度范围，将所述多个射野的前后子野串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
另外，本发明还提供了一种放射治疗装置，所述装置的光栅为两层移动路径相互正交或呈锐角设置的双层光栅，所述装置采用本发明上述提供的正交双层光栅的旋转调强分割方法来进行旋转调强分割，或者包括本发明上述提供的正交双层光栅的旋转调强分割装置。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种正交双层光栅的旋转调强分割方法，其特征在于，包括：
根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；
利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；
针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状；
将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野之后，还包括：
将所得到的旋转调强分割子野作为初始值，扰动所述正交双层光栅的叶片位置，采用预定优化算法计算调强子野形状，以使得靶区和危及器官的计算剂量与预设剂量值之间误差减小，从而得到优化后的正交双层光栅的旋转调强分割子野。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野，包括：
根据放射治疗处方及靶区特征，确定旋转弧数目、旋转起始角度和剂量约束；
离散化每个旋转弧，计算离散化后每一份所覆盖的角度范围，以获得等间距的多个射野。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状，包括：
构造虚拟光栅，所述虚拟光栅的速度是正交双层光栅的速度合成；
将理想强度图旋转预定角度，以使得强度图角度与虚拟光栅安装角度保持一致；
进行单层光栅滑动窗调强分割，以得到在虚拟光栅的叶片速度拐点下的子野形状；
将各子野形状反旋转所述预定角度；
用正交双层光栅对反旋转后的子野进行适形，以得到正交双层光栅对应的调强子野形状。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进行单层光栅滑动窗调强分割，以得到在叶片速度拐点下的子野形状，包括：
a)计算通量的最小增量；
b)根据强度图和通量的最小增量，确定虚拟光栅的叶片运动过程中强度通量与位置的对应关系曲线；
c)根据通量与位置的对应关系曲线计算出叶片速度拐点；
d)将叶片速度拐点作为分割点，计算每个分割点处左右叶片的位置，以得到在叶片速度拐点下的子野形状。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)之后还包括：若叶片最大加速度超出预定限制，则降低光栅的最大速度，并重复进行所述步骤a)至所述步骤d)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤d)之后还包括：计算当前调强分割下的强度图，并与优化强度图进行对比，当误差大于预设阈值时，调整所述当前调强分割下的强度图，并重复进行所述步骤a)至所述步骤d)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述用正交双层光栅对反旋转后的子野进行适形，以得到正交双层光栅对应的调强子野形状之后，还包括：检查正交双层光栅是否超速，若有超速，将超速叶片加以限制；
所述将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野，包括：将针对每个射野所获得的多个调强子野分配在其对应的角度范围中；根据角度范围，将所述多个射野的前后子野串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
9.一种正交双层光栅的旋转调强分割装置，其特征在于，包括：
离散化模块，用于根据放射治疗处方及靶区特征，将旋转弧离散化为等间距的多个射野；
强度图计算模块，用于利用共轭梯度法计算每个射野对应的强度图；
调强分割模块，用于针对每个射野，用正交双层光栅根据速度合成法对强度图进行调强分割，得到调强子野形状；
调强子野串接模块，用于将针对所述多个射野所获得的调强子野形状串接起来，从而得到旋转调强分割子野。
10.一种放射治疗装置，其特征在于，所述装置的光栅为两层移动路径相互正交或呈锐角设置的双层光栅，所述装置采用根据权利要求1至8中任一项所述的正交双层光栅的旋转调强分割方法来进行旋转调强分割，或者包括根据权利要求9所述的正交双层光栅的旋转调强分割装置。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111681736A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-18 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于分象限的正交双层光栅动态调强分割方法 |
| CN112043974A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-08 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅旋转扫掠的动态调强方法及装置 |
| CN112883516A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-01 | 中科超精(南京)科技有限公司 | 一种基于叶片速度时间曲线的旋转调强优化装置 |
| CN113181562A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-07-30 | 中科超精(南京)科技有限公司 | 一种旋转式多层多叶光栅系统及其直接子野优化方法 |
| CN113521561A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-10-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 正交双层光栅逆向旋转调强的实现方法、存储介质及装置 |
| CN113521562A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅区域缩小的动态调强方法及装置 |
| CN113521562B (zh) * | 2021-06-25 | 2024-05-14 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅区域缩小的动态调强方法及装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113521559A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-10-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 采用mc计算剂量的通量迭代优化方法、tps系统及制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104318122A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-01-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于扰动的旋转调强优化方法 |
| CN108211136A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 基于动态光栅的旋转调强优化方法及放射治疗设备 |
| US20190054316A1 (en) * | 2015-10-23 | 2019-02-21 | The Regents Of The University Of California | A Platform for Intensity Modulated Radiation Therapy |
| CN109499011A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 用于正交双层光栅装置的动态调强子野分割方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160051806A1 (en) * | 2013-08-27 | 2016-02-25 | David S. Goldsmith | Ductus side-entry jackets and prosthetic disorder response systems |
| US10202598B2 (en) * | 2014-05-30 | 2019-02-12 | Todd Frank Ovokaitys | Methods and systems for generation, use, and delivery of activated stem cells |
| CN108175953B (zh) * | 2017-12-29 | 2020-07-21 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于动态光栅的旋转调强优化方法及放射治疗设备 |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104318122A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-01-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于扰动的旋转调强优化方法 |
| US20190054316A1 (en) * | 2015-10-23 | 2019-02-21 | The Regents Of The University Of California | A Platform for Intensity Modulated Radiation Therapy |
| CN108211136A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 基于动态光栅的旋转调强优化方法及放射治疗设备 |
| CN109499011A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 用于正交双层光栅装置的动态调强子野分割方法 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111681736A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-18 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于分象限的正交双层光栅动态调强分割方法 |
| WO2021248837A1 (zh) * | 2020-06-08 | 2021-12-16 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于分象限的正交双层光栅动态调强分割方法 |
| CN111681736B (zh) * | 2020-06-08 | 2023-05-12 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于分象限的正交双层光栅动态调强分割方法 |
| CN112043974A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-08 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅旋转扫掠的动态调强方法及装置 |
| CN112043974B (zh) * | 2020-09-08 | 2021-07-06 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅旋转扫掠的动态调强方法及装置 |
| WO2022052324A1 (zh) * | 2020-09-08 | 2022-03-17 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅旋转扫掠的动态调强方法及装置 |
| CN112883516A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-01 | 中科超精(南京)科技有限公司 | 一种基于叶片速度时间曲线的旋转调强优化装置 |
| CN113181562A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-07-30 | 中科超精(南京)科技有限公司 | 一种旋转式多层多叶光栅系统及其直接子野优化方法 |
| CN113181562B (zh) * | 2021-02-25 | 2022-06-24 | 中科超精(南京)科技有限公司 | 一种旋转式多层多叶光栅系统及其直接子野优化方法 |
| CN113521561A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-10-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 正交双层光栅逆向旋转调强的实现方法、存储介质及装置 |
| CN113521562A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-22 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅区域缩小的动态调强方法及装置 |
| CN113521562B (zh) * | 2021-06-25 | 2024-05-14 | 苏州雷泰医疗科技有限公司 | 一种基于正交双层光栅区域缩小的动态调强方法及装置 |
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