CN111773558B - 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备 - Google Patents

一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备 Download PDF

Info

Publication number
CN111773558B
CN111773558B CN202010629276.1A CN202010629276A CN111773558B CN 111773558 B CN111773558 B CN 111773558B CN 202010629276 A CN202010629276 A CN 202010629276A CN 111773558 B CN111773558 B CN 111773558B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dose rate
time
grating
accelerator
rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010629276.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111773558A (zh
Inventor
鞠垚
文虎儿
姚毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Linatech Medical Science And Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Linatech Medical Science And Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Linatech Medical Science And Technology Co ltd filed Critical Suzhou Linatech Medical Science And Technology Co ltd
Priority to CN202010629276.1A priority Critical patent/CN111773558B/zh
Publication of CN111773558A publication Critical patent/CN111773558A/zh
Priority to PCT/CN2020/131310 priority patent/WO2022000963A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111773558B publication Critical patent/CN111773558B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1031—Treatment planning systems using a specific method of dose optimization
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
    • A61N5/1045—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head using a multi-leaf collimator, e.g. for intensity modulated radiation therapy or IMRT
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1071—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the dose delivered by the treatment plan

Abstract

本发明提供一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备，涉及放射治疗技术领域。本发明提供的光栅伺服剂量率的方法包括：获取加速器的实时剂量率；根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。通过实时监控加速器的剂量率，根据算法调整光栅的运行速度，使得光栅运动能够伺服剂量率的波动，让剂量照射更为精准，达到精确放疗的效果。

Description

一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备
技术领域
本发明涉及放射治疗技术领域，具体涉及一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备。
背景技术
放射治疗发展至今已经一个多世纪了。如今，放射治疗仍是治疗恶性肿瘤的重要手段，以适形调强放射治疗(IMRT)为代表的治疗模式乃是当今放射治疗技术的主流。近年来，调强计划在许多研究中已被证明具有剂量学优势，能够使剂量分布形状与靶区形状基本一致，提高肿瘤控制率，减少危及器官和正常组织的辐射损伤。与常规放射治疗计划不同，IMRT采用的是逆向计划系统，即根据预先设定好的目标函数，形成不均匀的照射野强度分布。通过采用静态调强方式(step&shoot)与动态调强方式(sliding window)两种不同的模式，可设计出静态调强与动态调强两种放疗计划。
动态调强，即在射线出束时多叶准直器叶片处于运动状态，通过控制多叶准直器每对叶片的相对位置和停留时间而形成相应形状的缝隙来对靶区进行扫描，从而调节照射野的强度。因此，动态调强受直线加速器剂量率稳定性的影响较大。
然而，市场上一些直线加速器的剂量率经常不稳，因此很难进行动态调强。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备，以解决在直线加速器剂量率不稳的时候，使用第三方光栅无法进行动态调强的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一方面，本发明公开一种使用光栅伺服剂量率的方法，包括：
获取加速器的实时剂量率；
根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；
根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。
优选的，获取加速器的实时剂量率，包括如下中的一者：
通过解析来自加速器的反馈信号来获取加速器的实时剂量率；或者
通过视频采集卡实时监控加速器的显示界面来获取剂量率。
优选的，卡尔曼滤波预测剂量率的具体步骤如下：
A)若剂量率短时平稳，且波动满足高斯分布，根据剂量率短时平稳，计算t时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000021
和t时刻
Figure GDA0002955846930000022
的方差
Figure GDA0002955846930000023
如下式所示：
Figure GDA0002955846930000024
Figure GDA0002955846930000025
其中，Xt-1为(t-1)时刻的最佳估计；
Pt-1为(t-1)时刻的Xt-1的方差；
首次计算时X0设置为加速器的预设剂量率，P0＝1；
B)计算t时刻的滤波增益系数Kt，并更新t时刻的最佳估计Xt及其方差Pt；
Figure GDA0002955846930000026
Figure GDA0002955846930000031
Figure GDA0002955846930000032
其中，R为测量值的方差；
Zt为t时刻测量的剂量率；
C)重复步骤A)～B)，计算出每一个时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000033
优选的，根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标，包括：
获取加速器的放射治疗计划系统中的计划输出文件信息，计划输出文件信息包括：子野信息、权重信息和剂量率；
将子野信息以及时间序列信息传输给光栅，时间序列信息基于权重信息和剂量率计算获得；
设定剂量率监视的最小周期为T，每次光栅调整的次数为j，idxj为第j次调整时子野的开始序列号，DRj为第j次调整时所使用的剂量率，
Figure GDA0002955846930000034
为第j次调整时，第i个控制点的时间位置；idx为每个周期调整的控制点的开始序列号，
步骤1：赋初值，令j＝0，idx0＝0，DR0＝DR，
Figure GDA0002955846930000035
步骤2：计算下一次调整的idxj，使得满足
Figure GDA0002955846930000036
且
Figure GDA0002955846930000037
若
Figure GDA0002955846930000038
则idxj＝n；
步骤3：获取DRj为根据前一时刻剂量率预测的当前时刻的剂量率；
步骤4：将idxj、DRj-1、DRj下传至光栅底层；
步骤5：底层更新
Figure GDA0002955846930000039
步骤6：重复步骤2到步骤5，若idxj＝n，则停止。
优选的，时间序列信息通过下式计算获得：
Figure GDA0002955846930000041
其中，
Figure GDA0002955846930000042
为时间序列信息，MUi，i＝0，...，n为权重信息，DR为剂量率。
第二方面，本发明还公开一种使用光栅伺服剂量率的装置，包括：
实时剂量率获取模块，用于获取加速器的实时剂量率；
剂量率预测模块，用于根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；
光栅运动目标计算模块，用于根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。
优选的，实时剂量率获取模块，具体用于如下中的一者：
通过解析来自加速器的反馈信号来获取加速器的实时剂量率；或者
通过视频采集卡实时监控加速器的显示界面来获取剂量率。
优选的，剂量率预测模块利用下述步骤进行剂量率预测：
A)若剂量率短时平稳，且波动满足高斯分布，根据剂量率短时平稳，计算t时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000043
和t时刻
Figure GDA0002955846930000044
的方差
Figure GDA0002955846930000045
如下式所示：
Figure GDA0002955846930000046
Figure GDA0002955846930000047
其中，Xt-1为(t-1)时刻的最佳估计；
Pt-1为(t-1)时刻的Xt-1的方差；
首次计算时X0设置为加速器的预设剂量率，P0＝1；
B)计算t时刻的滤波增益系数Kt，并更新t时刻的最佳估计Xt及其方差Pt；
Figure GDA0002955846930000051
Figure GDA0002955846930000052
Figure GDA0002955846930000053
其中，R为测量值的方差；
Zt为t时刻测量的剂量率；
C)重复步骤A)～B)，计算出每一个时刻的预测值
Figure GDA00029558469300000510
优选的，光栅运动目标计算模块，具体用于：
获取加速器的放射治疗计划系统中的计划输出文件信息，计划输出文件信息包括：子野信息、权重信息和剂量率；
将子野信息以及时间序列信息传输给光栅，时间序列信息基于权重信息和剂量率计算获得：
设定剂量率监视的最小周期为T，每次光栅调整的次数为j，idxj为第j次调整时子野的开始序列号，DRj为第j次调整时所使用的剂量率，
Figure GDA0002955846930000054
为第j次调整时，第i个控制点的时间位置；idx为每个周期调整的控制点的开始序列号，
步骤1：赋初值，令j＝0，idx0＝0，DR0＝DR，
Figure GDA0002955846930000055
步骤2：计算下一次调整的idxj，使得满足
Figure GDA0002955846930000056
且
Figure GDA0002955846930000057
若
Figure GDA0002955846930000058
则idxj＝n；
步骤3：获取DRj为根据前一时刻剂量率预测的当前时刻的剂量率；
步骤4：将idxj、DRj-1、DRj下传至光栅底层；
步骤5：底层更新
Figure GDA0002955846930000059
步骤6：重复步骤2到步骤5，若idxj＝n，则停止。
优选的，时间序列信息通过下式计算获得：
Figure GDA0002955846930000061
其中，
Figure GDA0002955846930000062
为时间序列信息，MUi，i＝0，...，n为权重信息，DR为剂量率。
第三方面，本发明还公开一种放射治疗设备，放射治疗设备用于实施使用光栅伺服剂量率的方法，或者放射治疗设备包括使用光栅伺服剂量率的装置。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的本发明提供的光栅伺服剂量率的方法包括：获取加速器的实时剂量率；根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。通过实时监控加速器的剂量率，根据算法调整光栅的运行速度，使得光栅运动能够伺服剂量率的波动，让剂量照射更为精准，达到精确放疗的效果。
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光栅伺服系统的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法的流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
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。
由于适形调强放射治疗(IMRT)的动态调强是在射线出束时多叶准直器叶片处于运动状态，通过控制多叶准直器每对叶片的相对位置和停留时间而形成相应形状的缝隙来对靶区进行扫描，从而调节照射野的强度。因此，动态调强受直线加速器剂量率稳定性的影响较大。然而，市场上一些直线加速器的剂量率经常不稳，因此很难进行动态调强。
因此，本发明实施例提供了一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备，以解决在直线加速器剂量率不稳的时候，使用第三方光栅无法进行动态调强的问题。
图1示出了本发明实施例提供的光栅伺服系统的结构示意图。本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法可以应用于如图1所示的光栅伺服系统。
如图1所示，该光栅伺服系统包括：放射治疗计划系统(TPS)控制台101，用于向iRV软件模块102提供计划输出文件信息；加速器控制台103，其与视频采集卡104连接，并向视频采集卡104提供加速器105的相关数据(例如，加速器105的剂量率)；显示器106，其与视频采集卡104连接，以显示来自视频采集卡104的数据信息；屏幕捕捉器107，其与视频采集卡104连接，通过对来自视频采集卡104的数据进行捕捉分析以获取关于加速器105的相关数据，并且屏幕捕捉器107与iRV软件模块102连接，将所获取得关于加速器105的相关数据传输给iRV软件模块102；iRV互锁控制盒108，其接收来自iRV软件模块102的信息，并且对加速器105(具体地，例如，对加速器105的光栅运动)进行控制。
图2示出了本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法，包括：
步骤201、获取加速器的实时剂量率；
步骤202、根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；
步骤203、根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。
综上所述，通过基于当前剂量率来调整光栅的运行速度，使得光栅运动能够伺服剂量率的波动，从而确保加速器放疗过程中剂量照射更为精准。因此，在直线加速器剂量率不稳的情况下，通过本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法，可以实现使用第三方光栅来进行动态调强，从而达到精确放疗的效果。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，获取加速器的实时剂量率，包括如下中的一者：
通过解析来自加速器的反馈信号来获取加速器的实时剂量率；或者
通过视频采集卡实时监控加速器的显示界面来获取剂量率。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，卡尔曼滤波预测剂量率的具体步骤如下：
A)若剂量率短时平稳，且波动满足高斯分布，根据剂量率短时平稳，计算t时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000091
和t时刻
Figure GDA0002955846930000092
的方差
Figure GDA0002955846930000093
如下式所示：
Figure GDA0002955846930000094
Figure GDA0002955846930000095
其中，Xt-1为(t-1)时刻的最佳估计；
Pt-1为(t-1)时刻的Xt-1的方差；
首次计算时X0设置为加速器的预设剂量率，P0＝1；
B)计算t时刻的滤波增益系数Kt，并更新t时刻的最佳估计Xt及其方差Pt；
Figure GDA0002955846930000096
Figure GDA0002955846930000097
Figure GDA0002955846930000098
其中，R为测量值的方差；
Zt为t时刻测量的剂量率；
C)重复步骤A)～B)，计算出每一个时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000099
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标，包括：
获取加速器的放射治疗计划系统中的计划输出文件信息RTPlan，计划输出文件信息RTPlan包括：子野信息Seg：Segi，i＝0，...，n、权重信息MU：MUi，i＝0，...，n和剂量率DR；
将子野信息以及时间序列信息传输给光栅，时间序列信息基于权重信息和剂量率计算获得；
可选地，时间序列信息通过下式计算获得：
Figure GDA0002955846930000101
其中，
Figure GDA0002955846930000102
为时间序列信息，MUi，i＝0，...，n为权重信息，DR为剂量率；
设定剂量率监视的最小周期为T，每次光栅调整的次数为j，idxj为第j次调整时子野的开始序列号，DRj为第j次调整时所使用的剂量率，
Figure GDA0002955846930000103
为第j次调整时，第i个控制点的时间位置；idx为每个周期调整的控制点的开始序列号，
步骤1：赋初值，令j＝0，idx0＝0，DR0＝DR，
Figure GDA0002955846930000104
步骤2：计算下一次调整的idxj，使得满足
Figure GDA0002955846930000105
且
Figure GDA0002955846930000106
若
Figure GDA0002955846930000107
则idxj＝n；
步骤3：获取DRj为根据前一时刻剂量率预测的当前时刻的剂量率；
步骤4：将idxj、DRj-1、DRj下传至光栅底层；
步骤5：底层更新
Figure GDA0002955846930000108
步骤6：重复步骤2到步骤5，若idxj＝n，则停止。
可以通过光栅叶片运动和加速器出束同步测试对本发明上述实施例提供的方法的结果进行验证。
测试方法：通过开启与不启用剂量伺服功能时执行动态调强计划时的结束状态对比，验证伺服功能的有效性。测试数据如下文所述。
在无剂量伺服的情况下(其中Beam i表示射束i，i＝1，2，3，4)：
Beam1 160MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余17MU；
Beam2 183MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余10MU：
Beam3 175MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余8MU；
Beam4 165MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余15MU：
同步性误差分别为：10.6％、5.46％、4.57％、9.09％。
在有剂量伺服的情况下：
Beam1 160MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余0MU；
Beam2 183MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余0MU；
Beam3 175MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余0MU；
Beam4 165MU：加速器出束完毕后，光栅软件显示剩余0MU；
同步性误差为0。
测试结论：剂量伺服可以解决动态调强计划执行时叶片运动和加速器出束不能同步结束的问题。
并且进行剂量伺服后剂量效果的测试，具体测试方法、计划和数据如下文所述。
测试方法：通过开启与不启用剂量伺服功能时执行动态调强计划的剂量验证的结果对比，验证伺服功能的有效性。
验证计划：4野sliding计划：Beam1 160MU，Beam2 183MU，Beam3 175MU，Beam4165MU。
表1剂量伺服后剂量效果测试数据
Figure GDA0002955846930000111
Figure GDA0002955846930000121
从表1可以看出，在各种射束下，采用本发明上述实施例提供的光栅伺服剂量率的方法(对应于表1中的“有剂量伺服”)的测试剂量效果均优于无剂量伺服的情况。
综上所述，本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法通过实时监控加速器的剂量率，调整光栅的运行速度，使得光栅运动能够伺服剂量率的波动，让剂量照射更为精准，达到精确放疗的效果，从而解决了在直线加速器剂量率不稳的时候，使用第三方光栅无法进行动态调强的问题。
图3示出了本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的装置的结构示意图，图3所示的装置用于实施根据本发明上述实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法。
如图3所示，本发明实施例提供的使用光栅伺服剂量率的装置，包括：
实时剂量率获取模块301，用于获取加速器的实时剂量率；
剂量率预测模块302，用于根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；
光栅运动目标计算模块303，用于根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，实时剂量率获取模块301，具体用于如下中的一者：
通过解析来自加速器的反馈信号来获取加速器的实时剂量率；或者
通过视频采集卡实时监控加速器的显示界面来获取剂量率。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，剂量率预测模块302利用下述步骤进行剂量率预测：
A)若剂量率短时平稳，且波动满足高斯分布，根据剂量率短时平稳，计算t时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000131
和t时刻
Figure GDA0002955846930000132
的方差
Figure GDA0002955846930000133
如下式所示：
Figure GDA0002955846930000134
Figure GDA0002955846930000135
其中，Xt-1为(t-1)时刻的最佳估计；
Pt-1为(t-1)时刻的Xt-1的方差；
首次计算时X0设置为加速器的预设剂量率，P0＝1；
B)计算t时刻的滤波增益系数Kt，并更新t时刻的最佳估计Xt及其方差Pt；
Figure GDA0002955846930000136
Figure GDA0002955846930000137
Figure GDA0002955846930000138
其中，R为测量值的方差；
Zt为t时刻测量的剂量率；
C)重复步骤A)～B)，计算出每一个时刻的预测值
Figure GDA0002955846930000139
为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，光栅运动目标计算模块303，具体用于：
获取加速器的放射治疗计划系统中的计划输出文件信息，计划输出文件信息包括：子野信息、权重信息和剂量率；
将子野信息以及时间序列信息传输给光栅，时间序列信息基于权重信息和剂量率计算获得；
设定剂量率监视的最小周期为T，每次光栅调整的次数为j，idxj为第j次调整时子野的开始序列号，DRj为第j次调整时所使用的剂量率，
Figure GDA0002955846930000141
为第j次调整时，第i个控制点的时间位置；idx为每个周期调整的控制点的开始序列号，
步骤1：赋初值，令j＝0，idx0＝0，DR0＝DR，
Figure GDA0002955846930000142
步骤2：计算下一次调整的idxj，使得满足
Figure GDA0002955846930000143
且
Figure GDA0002955846930000144
若
Figure GDA0002955846930000145
则idxj＝n；
步骤3：获取DRj为根据前一时刻剂量率预测的当前时刻的剂量率；
步骤4：将idxj、DRj-1、DRj下传至光栅底层；
步骤5：底层更新
Figure GDA0002955846930000146
步骤6：重复步骤2到步骤5，若idxj＝n，则停止。
优选的，时间序列信息通过下式计算获得：
Figure GDA0002955846930000147
其中，
Figure GDA0002955846930000148
为时间序列信息，MUi，i＝0，...，n为权重信息，DR为剂量率。
另外，本发明实施例还提供了一种放射治疗设备，该放射治疗设备用于实施本发明上述实施例提供的使用光栅伺服剂量率的方法，或者该放射治疗设备包括本发明上述实施例提供的使用光栅伺服剂量率的装置。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的本发明提供的光栅伺服剂量率的方法包括：获取加速器的实时剂量率；根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标。通过实时监控加速器的剂量率，根据算法调整光栅的运行速度，使得光栅运动能够伺服剂量率的波动，让剂量照射更为精准，达到精确放疗的效果。
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 (6)

1.一种使用光栅伺服剂量率的方法，其特征在于，包括：
获取加速器的实时剂量率；
根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；
根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标；
所述卡尔曼滤波预测剂量率的具体步骤如下：
A)若剂量率短时平稳，且波动满足高斯分布，根据剂量率短时平稳，计算t时刻的预测值
Figure FDA0002955846920000011
和t时刻
Figure FDA0002955846920000012
的方差
Figure FDA0002955846920000013
如下式所示：
Figure FDA0002955846920000014
Figure FDA0002955846920000015
其中，Xt-1为(t-1)时刻的最佳估计；
Pt-1为(t-1)时刻的Xt-1的方差；
首次计算时X0设置为加速器的预设剂量率，P0＝1；
B)计算t时刻的滤波增益系数Kt，并更新t时刻的最佳估计Xt及其方差Pt；
Figure FDA0002955846920000016
Figure FDA0002955846920000017
Figure FDA0002955846920000018
其中，R为测量值的方差；
Zt为t时刻测量的剂量率；
C)重复步骤A)～B)，计算出每一个时刻的预测值
Figure FDA0002955846920000019
根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标，包括：
获取所述加速器的放射治疗计划系统中的计划输出文件信息，所述计划输出文件信息包括：子野信息、权重信息和剂量率；
将所述子野信息以及时间序列信息传输给光栅，所述时间序列信息基于所述权重信息和所述剂量率计算获得；
设定剂量率监视的最小周期为T，每次光栅调整的次数为j，idxj为第j次调整时子野的开始序列号，DRj为第j次调整时所使用的剂量率，
Figure FDA0002955846920000028
为第j次调整时，第i个控制点的时间位置；idx为每个周期调整的控制点的开始序列号，
步骤1：赋初值，令j＝0，idx0＝0，DR0＝DR，
Figure FDA0002955846920000021
步骤2：计算下一次调整的idxj，使得满足
Figure FDA0002955846920000022
且
Figure FDA0002955846920000023
若
Figure FDA0002955846920000024
则idxj＝n；
步骤3：获取DRj为根据前一时刻剂量率预测的当前时刻的剂量率；
步骤4：将idxj、DRj-1、DRj下传至光栅底层；
步骤5：底层更新
Figure FDA0002955846920000025
步骤6：重复步骤2到步骤5，若idxj＝n，则停止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取加速器的实时剂量率，包括如下中的一者：
通过解析来自加速器的反馈信号来获取所述加速器的实时剂量率；或者
通过视频采集卡实时监控加速器的显示界面来获取剂量率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间序列信息通过下式计算获得：
Figure FDA0002955846920000026
其中，
Figure FDA0002955846920000027
为时间序列信息，MUi，i＝0，...，n为权重信息，DR为剂量率。
4.一种使用光栅伺服剂量率的装置，其特征在于，包括：
实时剂量率获取模块，用于获取加速器的实时剂量率；
剂量率预测模块，用于根据前一时刻测得的剂量率，用卡尔曼滤波预测当前时刻的剂量率；
光栅运动目标计算模块，用于根据预测的剂量率，计算光栅的运动目标；
所述剂量率预测模块利用下述步骤进行剂量率预测：
A)若剂量率短时平稳，且波动满足高斯分布，根据剂量率短时平稳，计算t时刻的预测值
Figure FDA0002955846920000031
和t时刻
Figure FDA0002955846920000032
的方差
Figure FDA0002955846920000033
如下式所示：
Figure FDA0002955846920000034
Figure FDA0002955846920000035
其中，Xt-1为(t-1)时刻的最佳估计；
Pt-1为(t-1)时刻的Xt-1的方差；
首次计算时X0设置为加速器的预设剂量率，P0＝1；
B)计算t时刻的滤波增益系数Kt，并更新t时刻的最佳估计Xt及其方差Pt；
Figure FDA0002955846920000036
Figure FDA0002955846920000037
Figure FDA0002955846920000038
其中，R为测量值的方差；
Zt为t时刻测量的剂量率；
C)重复步骤A)～B)，计算出每一个时刻的预测值
Figure FDA0002955846920000039
所述光栅运动目标计算模块，具体用于：
获取所述加速器的放射治疗计划系统中的计划输出文件信息，所述计划输出文件信息包括：子野信息、权重信息和剂量率；
将所述子野信息以及时间序列信息传输给光栅，所述时间序列信息基于所述权重信息和所述剂量率计算获得；
设定剂量率监视的最小周期为T，每次光栅调整的次数为j，idxj为第j次调整时子野的开始序列号，DRj为第j次调整时所使用的剂量率，
Figure FDA0002955846920000046
为第j次调整时，第i个控制点的时间位置；idx为每个周期调整的控制点的开始序列号，
步骤1：赋初值，令j＝0，idx0＝0，DR0＝DR，
Figure FDA0002955846920000041
步骤2：计算下一次调整的idxj，使得满足
Figure FDA0002955846920000042
且
Figure FDA0002955846920000043
若
Figure FDA0002955846920000044
则idxj＝n；
步骤3：获取DRj为根据前一时刻剂量率预测的当前时刻的剂量率；
步骤4：将idxj、DRj-1、DRj下传至光栅底层；
步骤5：底层更新
Figure FDA0002955846920000045
步骤6：重复步骤2到步骤5，若idxj＝n，则停止。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述实时剂量率获取模块，具体用于如下中的一者：
通过解析来自加速器的反馈信号来获取所述加速器的实时剂量率；或者
通过视频采集卡实时监控加速器的显示界面来获取剂量率。
6.一种放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备用于实施根据权利要求1至3中任一项所述的使用光栅伺服剂量率的方法，或者所述放射治疗设备包括根据权利要求4或5所述的使用光栅伺服剂量率的装置。
CN202010629276.1A 2020-07-01 2020-07-01 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备 Active CN111773558B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010629276.1A CN111773558B (zh) 2020-07-01 2020-07-01 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备
PCT/CN2020/131310 WO2022000963A1 (zh) 2020-07-01 2020-11-25 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010629276.1A CN111773558B (zh) 2020-07-01 2020-07-01 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111773558A CN111773558A (zh) 2020-10-16
CN111773558B true CN111773558B (zh) 2021-05-11

Family

ID=72758306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010629276.1A Active CN111773558B (zh) 2020-07-01 2020-07-01 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111773558B (zh)
WO (1) WO2022000963A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111773558B (zh) * 2020-07-01 2021-05-11 苏州雷泰医疗科技有限公司 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6687330B2 (en) * 2001-07-31 2004-02-03 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. System and method for intensity modulated radiation therapy
CN2675166Y (zh) * 2004-02-05 2005-02-02 姚毅 具有剂量监控功能的外置式电动多叶光栅
US8416917B2 (en) * 2010-08-03 2013-04-09 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Radiation therapy using predictive target tracking and control points
CN103033186B (zh) * 2012-12-30 2015-04-01 东南大学 一种用于水下滑翔器的高精度组合导航定位方法
WO2015054314A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-16 Mentice Inc. Medical procedure simulation-based radiation estimation and protection
WO2015051807A1 (en) * 2013-10-11 2015-04-16 Danmarks Tekniske Universitet Quality control system and method
CN105259565B (zh) * 2015-09-17 2018-01-26 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统
CN105403580B (zh) * 2015-12-28 2018-10-09 清华大学 准直器和检查系统
CN105999567B (zh) * 2016-06-22 2018-09-18 沈阳东软医疗系统有限公司 一种电动多叶准直器的叶片位置控制方法和装置
JP2019194521A (ja) * 2016-07-29 2019-11-07 株式会社日立製作所 放射線治療モニタ、放射線治療システム及び放射線計測方法
US10695586B2 (en) * 2016-11-15 2020-06-30 Reflexion Medical, Inc. System for emission-guided high-energy photon delivery
CN111068189A (zh) * 2019-11-27 2020-04-28 东莞深圳清华大学研究院创新中心 一种医用加速器、剂量监测系统及其剂量监测方法
CN111013026A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 东莞深圳清华大学研究院创新中心 一种医用加速器、及其基于漏剂量测量的剂量监测方法
CN111773558B (zh) * 2020-07-01 2021-05-11 苏州雷泰医疗科技有限公司 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022000963A1 (zh) 2022-01-06
CN111773558A (zh) 2020-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11033757B2 (en) Methods for real-time image guided radiation therapy
Pfeiler et al. Experimental validation of a 4D dose calculation routine for pencil beam scanning proton therapy
US6934653B2 (en) System or method for calibrating a radiation detection medium
US9108050B2 (en) System for the delivery of proton therapy by pencil beam scanning of a predeterminable volume within a patient
US10076673B2 (en) Interactive dose gradient based optimization technique to control IMRT delivery complexity
US20190111280A1 (en) A method, a computer program product and a computer system for radiotherapy
TWI600451B (zh) 粒子射線治療裝置及治療計畫補正方法
CN111773558B (zh) 一种使用光栅伺服剂量率的方法、装置及放射治疗设备
Zygmanski et al. Dependence of fluence errors in dynamic IMRT on leaf‐positional errors varying with time and leaf number
US10881877B2 (en) Systems and methods for evaluating motion tracking for radiation therapy
Krilavicius et al. Predicting respiratory motion for real-time tumour tracking in radiotherapy
CN114420252A (zh) 一种调强放疗计划评估参数矩阵确定方法、装置及介质
Chow et al. Measurement for the MLC leaf velocity profile by considering the leaf leakage using a radiographic film
Gloi et al. Forecasting machine performance check output using Holt-Winters approach
WO2023009332A1 (en) Dose coverage margin metric for evaluating radiotherapy treatment plans
Chaikh et al. Radiobiological assessment of dose-to-medium or dose-to-water with Acuros XB algorithm compared with Anisotropic Analytical Algorithm for lung cancer radiotherapy-What should we know to manage the transition
Evans et al. Sampling considerations for intensity modulated radiotherapy verification using electronic portal imaging
CN115025403A (zh) 一种基于放射治疗的剂量预测方法及装置
Hægeland Optimization and verification of dosimetric robustness of VMAT dose-plans
Gonzalez Automation of a Linear Accelerator Dosimetric Quality Assurance Program
Bernatowicz Towards clinical implementation of scanned proton therapy of moving targets
Smit Development and validation of an X-ray model for an Elekta Precise multileaf collimator to be used in Monte Carlo dose calculations
Karlsson et al. Symposia/Proffered papers Monday, 17 September 2001 $25
Fieldine et al. TP-MONTE CARLO

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant