CN111001097A - 一种放疗剂量评估系统、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放疗剂量评估系统、装置及存储介质。其中，放疗剂量评估系统包括处理器，配置与执行如下步骤：获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图；基于所述初始通量图确定权重图；将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。通过本实施了提供的放疗剂量评估系统可对每一次放射治疗过程中目标对象的吸收剂量进行高精度评估，可用于辅助临床放射治疗的剂量确定，提高放疗剂量的使用准确度。

Description

一种放疗剂量评估系统、装置及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及放疗技术，尤其涉及一种放疗剂量评估系统、装置及存储介质。

背景技术

放射外科和放射疗法治疗系统是通过在使对周围组织和重要的解剖结构的放射暴露最小化的同时，向病例解剖递送规定剂量的放射。

放射治疗的特征是每次分割的低放射剂量、更短的分割时间和重复治疗，而在单次的放射治疗过程中，存在许多因素可以导致规定的放射剂量分布和所递送的实际剂量之间的差异，例如患者摆位的误差、肿退化体重减轻等可能出现的生理变化以及器官的运动等，这些不确定性会影响患者的治疗的质量。

为了保证治疗计划的质量，需使得患者接收的实际剂量分布与规定的剂量分布一致，但是目前的剂量评估过程中存在大量误差，剂量评估不准确。

发明内容

本发明提供一种放疗剂量评估系统、装置及存储介质，以实现对放疗过程中用户所吸收剂量进行高精度评估。

第一方面，本发明实施例提供了一种放疗剂量评估系统，包括：

处理器，配置与执行如下步骤：

获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗各子野下的初始通量图；

基于所述初始通量图确定权重图；

将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

第二方面，本发明实施例还提供了一种放疗剂量评估装置，所述装置配置于处理器中，包括：

影像数据获取模块，用于获取目标对象的影像数据；

初始通量图生成模块，用于对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图；

权重图确定模块，用于基于所述初始通量图确定权重图；

吸收剂量确定模块，用于将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

第三方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种放疗剂量评估方法，该方法包括：

获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的初始通量图；

基于所述初始通量图确定权重图；

将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

本发明实施例提供的技术方案，通过获取目标对象的影像数据，对影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图，基于初始通量图确定权重图，将权重图输入至具有粒子输运模拟功能的剂量计算系统，计算得到目标对象在当次治疗中的吸收剂量。通过本实施了提供的放疗剂量评估系统可对每一次放射治疗过程中目标对象的吸收剂量进行高精度评估，可用于辅助临床放射治疗的剂量确定，提高放疗剂量的使用准确度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种放疗剂量评估系统中处理器所执行步骤的流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种放疗剂量评估装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种放疗剂量评估系统中处理器所执行步骤的流程示意图，本实施例可适用于进行放疗剂量评估的情况。该处理器所执行的步骤具体包括如下：

S110、获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图。

S120、基于所述初始通量图确定权重图。

S130、将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

本实施例中，通过电子射野影像装置采集目标对象的影像数据，即放疗图像。其中，目标对象可以说用户的待检测部位。可选的，获取目标对象的影像数据，包括：获取布野计划，基于机架角的预设旋转角度或者准直器运动位置设置控制点；基于任意相邻控制点确定一个子野，获取所述目标对象在每一个子野照射下的影像数据。示例性的，可以基于机架角的固定旋转角度设置控制点，其中，固定旋转角度可以是2度，当布野计划为180度时，可设置91个控制点。在一些实施例中，还可以是基于准直器运动位置的位置间隔设置控制点，，其中，准直器可以是但不限于多叶光栅或者钨门。示例性的，可以是基于动态调强计划设置控制点，具体的，对于一系列多叶光栅的运动位置，各个叶片运动一定距离设置为控制点1，继续运动一段距离设置为控制点2。

将两个相邻的控制点之间的布野确定为一个子野，示例性的，布野计划为180度，每2度设置一个控制点，根据第一控制点和第二控制点确定第一子野，根据第二控制点和第三控制点可确定第二子野，并以此类推，可确定90个子野。需要说明的是，基于准直器运动位置设置控制点后，同样基于相邻的控制点确定一个子野。

基于电子射野影像装置在每一个子野采集影像数据，得到目标对象在每一个子野照射下的影像数据。具体的，确定当前采集的影像数据是否满足子野数量，若否，下一子野的影像数据，若是，则停止影像数据的采集。

可选的，在得到影像数据之后，还包括对每一个子野照射下的影像数据进行坏点校正、增益修正和暗场矫正等至少一项处理，以提高影像数据的质量。

本实施例中，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，即分别对每一个子野的影像数据进行去散射处理和反投影处理，以生成当次治疗中所述任一子野的初始通量图。

其中，对任一子野的影像数据进行去散射处理，包括：基于目标对象的CT数据和预设算法，模拟目标对象体内的粒子运输，生成目标对象的散射图像；基于散射图像，对目标对象的任一子野的影像数据进行处理，生成目标对象的任一子野的去散射影像数据。其中，预设算法可以说蒙特卡洛算法，其中，蒙特卡洛算法是对粒子进入病人身体后发生的各种物理过程进行模拟，比目前使用的迭代去散射方法能更精确的计算出散射的比重和粒子穿过病人的衰减，进而得到目标对象的散射图像。在一些实施例中，还可以是设置蒙特卡洛模型，将目标对象的CT数据输入至蒙特卡洛模型，输出目标对象的散射图像。

对于任一子野，通过该子野的影像数据对应减去该子野的散射图像，已得到该子野的去散射图像。

在得到去散射图像之后，对去散射图像进行反投影出来，得到每一个子野的初始通量图，其中，初始通量图可以说放疗照射粒子未进入目标对象之前的通量图。可选的，对任一子野的影像数据进行反投影处理，生成当次治疗中任一子野的初始通量图，包括：对于当前子野，将当前子野的影像数据除以当前子野的预设投影比例，得到当前子野的初始通量图，其中，预设投影比例根据目标对象的CT数据和预设算法确定。其中，通过蒙特卡洛算法模拟粒子在目标对象中的输运过程，将目标对象的CT数据基于蒙特卡洛算法进行模拟，可得到每一个像素点上空载时和放置目标对象时图像强度的比例，即预设投影比例，其中，空载即像素点所对应的射线路径上不存在射线遮挡物的情况。对任一子野的影像数据，分别除以每一个预设投影比例，可得到该子野的初始通量图。

可选的，基于初始通量图确定权重图，包括：对当前子野的初始通量图进行归一化处理；基于预设重整函数，确定归一化处理后的初始通量图中各像素点的权重值，生成当前子野的权重图。通过对初始通量图进行归一化处理，便于对初始通量图中各像素点的管理。

其中，预设重整函数包括各通量值范围与权重值的映射关系，基于预设重整函数，确定归一化处理后的初始通量图中各像素点的权重值，包括：确定当前像素点的通量值所属的通量值范围，将通量值范围对应的权重值确定为该像素点的权重值。其中，像素点的通量值可以是初始通量图中该像素点的通量值，每一个通量值范围对应一个权重值。

示例性的，预设重整函数可以是：

其中，x_i为初始通量图中的像素点，f(x_i)为初始通量图中像素点x_i的通量值，δ(x_i)为像素点x_i的权重。

基于上述预设重整函数对初始通量图进行重整化出来，得到初始通量图对应的权重图。在一些实施例值，预设重整函数还可以是通量值与权重值的函数关系，将归一化后的初始通量图值各像素点的通量值输入至预设重整函数值，可得到该像素点的权重值。

本实施例中，通过预设重整函数确定初始通量图对应的权重图，替代了反卷积出来方式，计算速度快，且得到的权重图的准确度高。

可选的，将权重图输入至剂量计算系统，输出目标对象在当次治疗中的吸收剂量，包括：将当前子野的权重图输入至剂量计算系统，剂量计算系统用于模拟粒子在直线加速器中的输运；剂量计算系统输出目标对象在当前子野的吸收剂量；将各子野的吸收剂量进行求和，得到目标对象在当次治疗中的吸收剂量。其中，剂量计算系统可以是直线加速器虚拟源模型，该直线加速器虚拟源模型具有蒙特卡洛剂量计算功能。其中，直线加速器虚拟源模型可以是通过改写蒙特卡罗剂量计算软件-DPM(dose planning method)扩展其功能。编程实现了DPM仿真模型的建立、输入文件的转化以及计算结果的可视化，已将预设虚拟源模型定义为剂量计算系统。剂量计算系统通过模拟放射粒子在直线加速器治疗头内部以及目标对象中的输运过程，输出目标对象接受的剂量分布。

通过将各个子野的权重图输入至剂量计算系统，可得到各个子野下加速器对目标对象产生的沉积剂量，将各个子野的沉积剂量进行累计，可得到目标对象的布野计划对应的沉积剂量和，即在当前放疗过程中吸收剂量。

本实施例的技术方案，通过获取目标对象的影像数据，对影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的放射粒子照射入目标对象之前的初始通量图，基于初始通量图确定权重图，将权重图输入至具有粒子输运模拟功能的剂量计算系统，计算得到目标对象在当次治疗中的吸收剂量。通过本实施了提供的放疗剂量评估系统可对每一次放射治疗过程中目标对象的吸收剂量进行高精度评估，可用于辅助临床放射治疗的剂量确定，提高放疗剂量的使用准确度。

在上述实施例的基础上，处理器执行的步骤还包括：

基于当次治疗中的吸收剂量与放疗计划中预期吸收剂量进行比对，当比对结果超出预设剂量范围时，基于比对结果对下一次放疗计划进行调节。由于放射治疗一般包括多个分次的治疗，一般可以是10分次或者20分次。在每一次进行放射治疗之后，基于放射治疗的影像数据评估目标对象的当次的吸收剂量，并基于目标对象的预期吸收剂量进行比对，其中，预期吸收剂量可以是目标对象进行治疗所需的治疗范围，不同目标对象的预期吸收剂量不同，可根据目标对象的年龄、放疗位置以及病情等因素确定。

当当次治疗中的吸收剂量超过预期吸收剂量时，可减小下一分析放射治疗的计划中的剂量，当当次治疗中的吸收剂量小于预期吸收剂量时，可增加下一分次放射治疗的计划中的剂量。其中，调节的剂量可根据当次治疗中的吸收剂量与预期吸收剂量的差值确定。

本实施例中，通过对每一个放射治疗中目标对象的吸收剂量进行评估，用于对下一分次放射治疗的治疗计划提供辅助参数，便于调节下一分次放射治疗的治疗计划，以提高放射治疗的治疗精度。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种放疗剂量评估装置的结构示意图，该装置可配置于放疗剂量评估系统的处理器中，该装置包括：

影像数据获取模块210，用于获取目标对象的影像数据；

初始通量图生成模块220，用于对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图；

权重图确定模块230，用于基于所述初始通量图确定权重图；

吸收剂量确定模块240，用于将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

可选的，影像数据获取模块210用于：

获取布野计划，基于机架角的预设旋转角度或者准直器运动位置设置控制点；

基于任意相邻控制点确定一个子野，获取所述目标对象在每一个子野照射下的影像数据。

相应的，初始通量图生成模块220用于：

对任一子野的影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗中所述任一子野的初始通量图。

可选的，初始通量图生成模块220用于：

基于所述目标对象的CT数据和预设算法，模拟所述目标对象体内的粒子运输，生成所述目标对象的散射图像；

基于所述散射图像，对所述目标对象的任一子野的影像数据进行处理，生成所述目标对象的任一子野的去散射影像数据。

可选的，初始通量图生成模块220用于：

对于当前子野，将当前子野的影像数据除以所述当前子野的预设投影比例，得到所述当前子野的初始通量图，其中，所述预设投影比例根据所述目标对象的CT数据和预设算法确定。

可选的，权重图确定模块230包括：

归一化处理单元，用于对所述当前子野的初始通量图进行归一化处理；

权重图确定单元，用于基于预设重整函数，确定所述归一化处理后的初始通量图中各像素点的权重值，生成所述当前子野的权重图。

可选的，所述预设重整函数包括各通量值范围与权重值的映射关系。

权重图确定单元用于：

确定当前像素点的通量值所属的通量值范围，将所述通量值范围对应的权重值确定为该像素点的权重值。

可选的，吸收剂量确定模块240用于：

将所述当前子野的权重图输入至剂量计算系统，所述剂量计算系统用于模拟粒子在直线加速器中的输运；

所述剂量计算系统输出所述目标对象在当前子野的吸收剂量；

将各子野的吸收剂量进行求和，得到目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

可选的，该装置还包括：

放疗计划调节模块，用于基于所述当次治疗中的吸收剂量与放疗计划中预期吸收剂量进行比对，当比对结果超出预设剂量范围时，基于所述比对结果对下一次放疗计划进行调节。

本发明实施例提供的放疗剂量评估装置可执行本发明任意实施例所提供的放疗剂量评估方法，具备执行放疗剂量评估方法相应的功能模块和有益效果。

实施例三

本发明实施例三还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的一种放疗剂量评估方法，该方法包括：

获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图；

基于所述初始通量图确定权重图；

将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的一种放疗剂量评估方法中的相关操作。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在初始最大剂量区域、第一区域、第二区域等，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的初始最大剂量区域、第一区域、第二区域等形式。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

值得注意的是，上述放疗剂量评估装置的实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种放疗剂量评估系统，其特征在于，包括：

处理器，配置与执行如下步骤：

获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图；

基于所述初始通量图确定权重图；

将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，获取目标对象的影像数据，包括：

获取布野计划，基于机架角的预设旋转角度或者准直器运动位置设置控制点；

基于任意相邻控制点确定一个子野，获取所述目标对象在每一个子野照射下的影像数据；

相应的，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的初始通量图，包括：

对每一个子野的影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗中所述每一个子野的初始通量图。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对所述每一个子野的影像数据进行去散射处理，包括：

基于所述目标对象的CT数据和预设算法，模拟所述目标对象体内的粒子运输，生成所述目标对象的散射图像；

基于所述散射图像，对所述目标对象的任一子野的影像数据进行处理，生成所述目标对象的任一子野的去散射影像数据。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，对每一个子野的影像数据进行反投影处理，生成当次治疗中每一个子野的初始通量图，包括：

对于当前子野，将当前子野的影像数据除以所述当前子野的预设投影比例，得到所述当前子野的初始通量图，其中，所述预设投影比例根据所述目标对象的CT数据和预设算法确定。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，基于所述初始通量图确定权重图，包括：

对当前子野的初始通量图进行归一化处理；

基于预设重整函数，确定所述归一化处理后的初始通量图中各像素点的权重值，生成所述当前子野的权重图。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述预设重整函数包括各通量值范围与权重值的映射关系，相应的，基于预设重整函数，确定所述归一化处理后的初始通量图中各像素点的权重值，包括：

确定当前像素点的通量值所属的通量值范围，将所述通量值范围对应的权重值确定为该像素点的权重值。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量，包括：

将所述当前子野的权重图输入至剂量计算系统，所述剂量计算系统用于模拟粒子在直线加速器中的输运；

所述剂量计算系统输出所述目标对象在当前子野下的吸收剂量；

将各子野下的吸收剂量进行求和，得到目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器执行的步骤还包括：

基于所述当次治疗中的吸收剂量与放疗计划中预期吸收剂量进行比对，当比对结果超出预设剂量范围时，基于所述比对结果对下一次放疗计划进行调节。

9.一种放疗剂量评估装置，其特征在于，所述装置配置于处理器中，包括：

影像数据获取模块，用于获取目标对象的影像数据；

初始通量图生成模块，用于对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的各子野下的初始通量图；

权重图确定模块，用于基于所述初始通量图确定权重图；

吸收剂量确定模块，用于将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

10.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种放疗剂量评估方法，其特征在于，该方法包括：

获取目标对象的影像数据，对所述影像数据进行去散射处理和反投影处理，生成当次治疗的初始通量图；

基于所述初始通量图确定权重图；

将所述权重图输入至剂量计算系统，输出所述目标对象在当次治疗中的吸收剂量。

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