CN113096724B - 一种四维剂量计算系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四维剂量计算方法、系统及存储介质，其特征在于，包括以下步骤：1)建立靶区运动和动态束流配送过程精确的相互作用模型，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列；2)对不同呼吸时相中的体素位置关系进行计算，得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵；3)将步骤1)得到的动态束流配送时间序列按照步骤2)计算得到的参考时相上的剂量贡献矩阵，按照每个扫描点的权重计算其对参考时相每个体素的剂量贡献，将所有扫描点对参考时相体素的剂量贡献进行累加得到最终的四维剂量分布。本发明可以广泛应用于离子束治疗技术领域。

Description

一种四维剂量计算系统及存储介质

技术领域

本发明属于离子束放射治疗领域，特别是关于一种离子束放射治疗中基于动态束流配送时间序列的四维剂量计算方法、系统及存储介质。

背景技术

离子束由于其在物理学和生物学上表现出的倒转的深度剂量分布(Bragg峰)特性以及高的相对生物学效应(RBE)，使其在高效杀死肿瘤细胞的同时正常组织得到有效保护，被誉为最理想的放疗用射线。

放射治疗中，首先，通过CT扫描获得患者三维的组织解剖结构信息(3D影像)；其次，医生在获得的3D影像数据中对肿瘤靶区和危及器官进行轮廓勾画；再次，通过设计合理的照射野方向并进行射野照射参数的优化，从而计算得到肿瘤靶区及危及器官的剂量分布；最后，通过评估后的照射计划发送给加速器控制系统，实施对患者肿瘤靶区的精准照射。可以看出剂量计算环节是起到连接患者到加速器控制系统的关键性桥梁作用。然而，对于胸腹部随患者呼吸运动而运动的肿瘤靶区，一方面靶区运动和动态束流配送过程相互作用会导致辐射场内剂量分布严重畸变；另一方面，靶区运动会造成束流入射通道上组织密度发生变化，从而造成束流射程的变化。为充分发挥离子束放射治疗的优势，进一步提高离子束放疗的疗效并减少对周围正常组织的辐射损伤，非常有必要在放射治疗中开展针对运动肿瘤靶区的四维剂量计算方法的研发，这也是目前放疗领域重要的发展方向和趋势。

目前，针对运动肿瘤靶区的剂量计算方法主要分为两种：第一种，在靶区勾画时将靶区轮廓进行外放，外放的标准可以按照医师的经验进行，也可以通过对患者进行四维CT扫描并在每个呼吸时相进行靶区的勾画，从而形成一个包含整个运动范围的肿瘤内靶区，进一步将患者摆位误差等因素考虑进去，形成最终的计划靶区，在该计划靶区上进行照射野的设计以及三维剂量分布的计算；第二种，同第一种方法类似，通过在四维CT扫描上生成计划靶区，并在该计划靶区上进行照射野的设计以及三维剂量分布的优化，区别在于将该三维优化照射参数(如：照射野权重或者照射点剂量权重) 平分在计划设计时每个呼吸时相上，并按照新的权重分布在每个呼吸时相上重新计算对应的局部剂量分布，最后通过形变配准的方法将这些局部剂量分布形变到参考呼吸时相并进行累加，从而形成最终的四维剂量分布。对于第一种方法，剂量计算过程和传统三维剂量计算方法完全一致，没有考虑靶区运动和束流配送的相互作用过程，没有考虑不同呼吸时相组织密度的变化；对于第二种方法，虽然将权重因子在不同呼吸时相进行平分，并重新计算了每个呼吸时相的局部剂量分布，最后在参考时相进行累加，但是同样没有考虑靶区运动和动态束流配送过程的相互作用。

影响四维剂量分布的因素有很多，从患者角度包括：呼吸运动周期、运动幅度、靶区形变等；从加速器角度包括：剂量率、扫描路径、扫描速度、束流时间结构、加速器运行模式等；从治疗计划角度包括：射野方向、处方剂量、分次照射方案、扫描点分布等。可以看出，靶区运动和动态束流配送过程是一个高维问题，任何影响时间线的因素都会对四维剂量分布产生影响。然而，目前的剂量计算方法没有考虑上述动态束流配送过程中的时间因素，没有考虑靶区运动和动态束流配送的相互作用过程，从而计算得到的剂量分布无法反映实际的剂量分布，也就无法对实际照射剂量进行评估并进行治疗计划的调整。因此，目前的剂量计算方法不适用于动态靶区的四维剂量分布计算。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于动态束流配送时间序列的四维剂量计算方法、系统及存储介质，从实际治疗计划出发，根据真实的动态束流配送过程和靶区运动参数，动态计算每个呼吸时相的扫描点位置和权重分布，从而真实再现实际照射的四维剂量分布，为临床治疗提供评价依据并指导放疗计划的调整，从而实现精准的离子束放射治疗。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种四维剂量计算方法，其包括以下步骤：

1)基于预先采集的数据对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，并生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列；

2)对不同呼吸时相中的体素位置关系进行计算，得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵；

3)将步骤1)得到的动态束流配送时间序列按照步骤2)计算得到的参考时相上的剂量贡献矩阵，按照每个扫描点的权重计算其对参考时相每个体素的剂量贡献，将所有扫描点对参考时相体素的剂量贡献进行累加得到最终的四维剂量分布。

进一步，所述步骤1)中，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列的方法，包括以下步骤：

1.1)采集影响四维剂量分布的相关数据，包括：治疗计划、患者4DCT扫描数据、基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形、加速器的束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度、照射模式；

1.2)基于采集的影响四维剂量分布的相关数据，对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列。

进一步，所述步骤1.1)中，采集影响四维剂量分布的相关数据的方法，包括以下步骤：

1.1.1)对患者进行4DCT扫描得到其4DCT扫描数据，基于4DCT扫描数据获得患者的基准呼吸运动曲线；

1.1.2)从治疗计划系统获取患者的治疗计划，并输出治疗计划的可执行文件；其中，获得的治疗计划包括处方剂量、照射野方向及数量、能量列表、扫描点权重及分布；

1.1.3)确定加速器的工作模式，包括束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度及运行模式，并结合步骤1.1.2)获得的治疗计划建立加速器的动态运行过程；

1.1.4)基于得到的加速器的动态运行过程，对照射模式进行设计；

1.1.5)采集患者的实际呼吸运动波形曲线。

进一步，所述步骤1.2)中，基于采集的影响四维剂量分布的相关数据，对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列的方法，包括以下步骤：

1.2.1)按照时间序列将步骤1.1)获取的患者的基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形曲线与治疗计划可执行文件中加速器输出的第一个能量断层所对应的磁激励波形同步运行；

1.2.2)根据患者的实际呼吸运动波形曲线，实时计算束流照射时靶区所处的呼吸时相；

1.2.3)当加速器运行到束流引出平台时，根据具体的照射模式和治疗计划可执行文件给出的扫描点位置和权重分布以时间为序列对各呼吸时相实施照射，并记录各呼吸时相上的扫描点位置和权重分布；

1.2.4)当前能量断层照射完毕后，按照加速器配置文件加载下一个能量断层的磁激励波形，并等待能量断层切换完毕；

1.2.5)重复步骤1.2.1)～1.2.4)，开始下一个能量断层的照射，直到所有扫描点全部照射完毕，获得不同呼吸时相上局部扫描点位置和权重的分布，即为动态束流配送时间序列。

进一步，所述步骤2)中，所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵的获得方法，包括以下步骤：

2.1)通过形变配准的方法找到其他呼吸时相上体素和参考时相上体素的位置对应关系；

2.2)对每个呼吸时相上的扫描点计算其对该呼吸时相上体素的剂量贡献矩阵；

2.3)按照步骤2.1)得到的对应关系将步骤2.2)计算出来的剂量贡献矩阵映射到参考时相，得到其他呼吸时相上扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵；

2.4)重复步骤2.1)～2.3)，遍历所有呼吸时相，计算得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵，并存储该矩阵。

本发明的第二个方面，是提供一种四维剂量计算系统，其包括：

动态束流配送时间序列确定模块，用于基于预先采集的数据对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，并生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列；

剂量贡献矩阵计算模块，用于对不同呼吸时相中的体素位置关系进行计算，得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵；

四维剂量分布计算模块，用于基于得到的动态束流配送时间序列和参考时相上的剂量贡献矩阵，按照每个扫描点的权重计算其对参考时相每个体素的剂量贡献，将所有扫描点对参考时相体素的剂量贡献进行累加得到最终的四维剂量分布。

进一步，所述动态束流配送时间序列确定模块包括：

数据采集模块，用于采集影响四维剂量分布的相关数据，包括：治疗计划、患者4DCT扫描数据、基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形、加速器的束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度、照射模式；

时间序列确定模块，用于基于采集的影响四维剂量分布的相关数据，对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列。

进一步，所述时间序列确定模块包括：

波形加载模块，用于按照时间序列将获取的患者的基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形曲线与治疗计划可执行文件中加速器输出的第一个能量断层所对应的磁激励波形同步运行；

靶区计算模块，用于根据患者的实际呼吸运动波形曲线，实时计算束流照射时靶区所处的呼吸时相；

扫描点位置和权重计算模块，用于当加速器运行到束流引出平台时，根据具体的照射模式和治疗计划可执行文件给出的扫描点位置和权重分布以时间为序列对各呼吸时相实施照射，并记录各呼吸时相上的扫描点位置和权重分布；

能量切换模块，用于当前能量照射完毕后，按照加速器配置文件加载下一个能量的磁激励波形，并等待能量断层切换完毕；

扫描点位置和权重综合模块，用于获得不同呼吸时相上局部扫描点位置和权重的分布，得到动态束流配送时间序列。

进一步，所述剂量贡献矩阵计算模块包括：

对应关系计算模块，用于通过形变配准的方法找到其他呼吸时相上体素和参考时相上体素的位置对应关系；

呼吸时相体素剂量计算模块，用于对每个呼吸时相上的扫描点计算其对该呼吸时相上体素的剂量贡献矩阵；

参考时相体素剂量计算模块，用于按照得到的对应关系将计算出来的剂量贡献矩阵映射到参考时相，得到其他呼吸时相上扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵；

最终剂量贡献矩阵计算模块，用于遍历所有呼吸时相，计算得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵，并存储该矩阵。

本发明的第三个方面，是提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述四维剂量计算方法的步骤。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明通过将患者的呼吸运动曲线、治疗计划以及加速器等多方面将影响时间轴的因素全部纳入动态束流配送和四维剂量计算过程中，从而能够得到更能反映真实的剂量分布；

(2)本发明充分考虑不同加速器运行模式和束流配送模式下的动态束流配送过程，建立精确的靶区运动和动态束流配送过程相互作用模型，为实现精准的运动靶区四维剂量计算奠定了基础；

(3)本发明相比传统四维剂量计算方法将每个呼吸时相局部剂量分布通过形变配准累加到参考时相，本发明建立了其他呼吸时相扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵，从而能够更直接方便的进行四维剂量计算；

(4)本发明不仅考虑了四维物理吸收剂量的计算方法，同时建立了四维生物有效剂量的计算方法，为运动靶区离子束放射治疗提供强有力的手段。

因此，本发明可以广泛应用于离子束治疗技术领域。

附图说明

图1是本发明基于动态束流配送时间序列的四维剂量计算方法流程图；

图2(a)和图2(b)是靶区运动和离子束动态束流配送过程相互作用示意图；

图3是其他呼吸时相上扫描点对参考时相上体素的剂量贡献矩阵示意图；

图4是同步加速器单周期单能束流配送方式下采用呼吸引导照射模式得到的靶区运动和离子束点扫描动态束流配送过程相互作用示例图；

图5是同步加速器单周期单能(Fixed flattop with single-energy)和单周期变能(Extended flattop with multi-energy)运行方式下，采用自由呼吸(Freebreathing)、呼吸门控(Gating)和相控多次扫描(PCR)方法得到的动态束流配送时间序列；

图6是同步加速器单周期单能(FFSE)和单周期变能(EFME)运行方式下，采用自由呼吸(Free breathing)、呼吸门控(Gating)和相控多次扫描(PCR)方法得到的四维剂量分布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1所示，本发明提供的一种四维剂量计算方法，包括以下步骤：

1)基于预先采集的数据对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，并生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列。

具体的，包括以下步骤：

1.1)采集影响四维剂量分布的相关数据，包括：治疗计划、患者4DCT扫描数据、基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形、加速器的束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度、照射模式等。

采集相关数据的方法，包括以下步骤：

1.1.1)对患者进行4DCT扫描得到其4DCT扫描数据，基于4DCT扫描数据获得患者的基准呼吸运动曲线。

1.1.2)从治疗计划系统获取患者的治疗计划，并输出治疗计划的可执行文件；其中，获得的治疗计划包括处方剂量、照射野方向及数量、能量列表、扫描点权重及分布。

1.1.3)确定加速器的工作模式，包括束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度及运行模式，并结合步骤1.1.2)获得的治疗计划建立加速器的动态运行过程。

其中，直线加速器或回旋加速器提供连续的束流配送模式，同步加速器可以提供脉冲式的束流配送模式，也可以通过调节磁激励波形中的引出平台从而实现类似连续的束流配送模式。

建立加速器动态运行过程的方法为：首先，建立一个配置文件来描述加速器运行模式中的相关参数，包括每个能量在不同磁激励阶段的时间，例如，加速时间、束流引出时间、下降时间等；然后，根据治疗计划中的能量列表调用相应的配置文件建立加速器的动态运行过程。

1.1.4)基于得到的加速器的动态运行过程，对照射模式进行设计，设计的照射模式包括但不限于自由呼吸模式、呼吸门控照射模式、重复扫描模式、呼吸引导模式以及其他照射模式。

1.1.5)采集患者的实际呼吸运动波形曲线，采集方法包括激光位移探测、压力传感器、红外探测等。

1.2)基于采集的影响四维剂量分布的相关数据，对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列。

具体的，包括以下步骤：

1.2.1)按照时间序列将步骤1.1)获取的患者的基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形曲线与治疗计划可执行文件中加速器输出的第一个能量断层所对应的磁激励波形同步运行。

1.2.2)根据患者的实际呼吸运动波形曲线，实时计算束流照射时靶区所处的呼吸时相。

1.2.3)当加速器运行到束流引出平台时，根据具体的照射模式和治疗计划可执行文件给出的扫描点位置和权重分布以时间为序列对各呼吸时相实施照射，并记录各呼吸时相上的扫描点位置和权重分布。

具体的实施照射的方式为：

对于自由呼吸模式，当加速器运行到束流引出平台时即可对靶区进行照射；对于呼吸门控照射模式，通过在呼吸波形特定时相上设置门控窗口，当门控窗口和加速器束流引出平台重合时对靶区进行照射；对于重复扫描模式，在加载治疗计划输出的可执行文件后，按照具体的重复扫描模式调整可执行文件(例如，层重复扫描需要对每个能量断层的扫描点权重按照扫描次数平均分配，或者按照每次固定照射量进行分配)；对于呼吸引导模式，加载患者在呼吸引导模式下的呼吸波形，照射方式可按照自由呼吸或呼吸门控照射方式进行；对于其他照射模式，也可以设置对应的照射方式。

1.2.4)当前能量断层照射完毕后，按照加速器配置文件加载下一个能量断层的磁激励波形，并等待能量断层切换完毕。

1.2.5)重复步骤1.2.1)～1.2.4)，开始下一个能量断层的照射，直到所有扫描点全部照射完毕，获得不同呼吸时相上局部扫描点位置和权重的分布，即为动态束流配送时间序列。

2)对不同呼吸时相中的体素位置关系进行计算，得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵。

具体的，如图3所示，包括以下步骤：

2.1)通过形变配准的方法找到其中一呼吸时相上体素和参考时相上体素的位置对应关系；

2.2)对该呼吸时相上的扫描点计算其对该呼吸时相上体素的剂量贡献矩阵；

2.3)按照步骤2.1)得到的对应关系将步骤2.2)计算出来的剂量贡献矩阵映射到参考时相，得到其他呼吸时相上扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵；

2.4)重复步骤2.1)～2.3)，遍历所有呼吸时相，计算得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵，并存储该矩阵。

3)基于步骤1)得到的动态束流配送时间序列以及步骤2)中计算得到的参考时相上的剂量贡献矩阵，按照每个扫描点的权重计算其对参考时相上每个体素的剂量贡献，并将所有扫描点对参考时相上体素的剂量贡献进行累加得到最终的四维剂量分布。

考虑到离子束相对生物学效应(RBE)值并不是常数，在四维生物有效剂量计算时不能直接进行简单的线性累加。因此，按照上面四维剂量的计算方法计算每个扫描点对参考时相体素的物理剂量贡献矩阵和表征生物学效应相关参数(如细胞存活线性平方(LQ)模型中的参数，剂量平均α和β值)的贡献矩阵，在参考时相通过混合场RBE 计算方法计算最终的四维生物有效剂量分布。

实施例2

如图2(a)和图2(b)所示，分别为同步加速器单周期变能模式下靶区运动和离子束动态束流配送过程相互作用示意图以及同步加速器单周期单能模式下靶区运动和离子束动态束流配送过程相互作用示意图。其中，线型1为患者的实际呼吸运动信号，线型2为4DCT扫描时测量得到的基准呼吸运动信号，线型3为计算得到的呼吸时相，线型4为呼吸门控阈值，线型5为呼吸门控窗口，线型6为单周期变能加速器运行模式下的磁激励波形，线型7为束流引出时间结构，线型8为呼吸引导曲线，线型9为单周期单能加速器运行模式下的磁激励波形。

如图4所示，为利用本发明中离子束动态束流配送时间序列生成方法建立的同步加速器单周期单能束流配送方式下采用呼吸引导照射模式得到的靶区运动和离子束点扫描动态束流配送过程相互作用示例图。可以看出，只有当呼吸运动曲线处于门控窗内且加速器处于束流引出平台期才会对靶区进行照射。通过设置加速器束流引出时间结构、束流流强、束流在等中心处的扫描速度和照射模式，并动态模拟照射过程会得到特定治疗计划在不同呼吸时相上的扫描点位置和权重的分布，即动态束流配送时间序列。

如图5所示，不同加速器运行模式和束流配送模式下动态束流配送时间序列存在很大差异。利用该动态束流配送时间序列结合扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵计算方法，会得到最终的四维剂量分布，如图6所示。可以看出，不同照射模式下得到的不同的动态束流配送时间序列会导致不同的四维剂量分布。因此，基于动态束流配送时间序列的四维剂量计算方法可以有效考虑运动靶区放射治疗中所有影响时间轴的因素，通过生成治疗计划在特定束流配送模式下的动态束流配送时间序列，进而可计算反映实际照射的四维剂量分布，为临床治疗提供评价依据并指导放疗计划的调整，从而实现精准的离子束放射治疗。

另外，本发明方法还可以应用在传统光子和电子放射治疗中(如调强放射治疗，IMRT)。动态的束流配送过程和靶区运动相互作用同样会造成辐射场内剂量分布严重畸变，利用本发明中的方法可以真实计算运动靶区的四维剂量分布，为实现精准的光子和电子放射治疗提供强有力的技术手段。

实施例3

本实施例提供一种四维剂量计算系统，该系统包括：动态束流配送时间序列确定模块，用于基于预先采集的数据对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，并生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列；剂量贡献矩阵计算模块，用于对不同呼吸时相中的体素位置关系进行计算，得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵；四维剂量分布计算模块，用于基于得到的动态束流配送时间序列和参考时相上的剂量贡献矩阵，按照每个扫描点的权重计算其对参考时相每个体素的剂量贡献，将所有扫描点对参考时相体素的剂量贡献进行累加得到最终的四维剂量分布。

进一步，动态束流配送时间序列确定模块包括：数据采集模块，用于采集影响四维剂量分布的相关数据，包括：治疗计划、患者4DCT扫描数据、基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形、加速器的束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度、照射模式；时间序列确定模块，用于基于采集的影响四维剂量分布的相关数据，对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列。

进一步，时间序列确定模块包括：波形加载模块，用于按照时间序列将获取的患者的基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形曲线与治疗计划可执行文件中加速器输出的第一个能量断层所对应的磁激励波形同步运行；靶区计算模块，用于根据患者的实际呼吸运动波形曲线，实时计算束流照射时靶区所处的呼吸时相；扫描点位置和权重计算模块，用于当加速器运行到束流引出平台时，根据具体的照射模式和治疗计划可执行文件给出的扫描点位置和权重分布以时间为序列对各呼吸时相实施照射，并记录各呼吸时相上的扫描点位置和权重分布；能量切换模块，用于当前能量照射完毕后，按照加速器配置文件加载下一个能量的磁激励波形，并等待能量断层切换完毕；扫描点位置和权重综合模块，用于获得不同呼吸时相上局部扫描点位置和权重的分布，得到动态束流配送时间序列。

进一步，剂量贡献矩阵计算模块包括：对应关系计算模块，用于通过形变配准的方法找到其他呼吸时相上体素和参考时相上体素的位置对应关系；呼吸时相体素剂量计算模块，用于对每个呼吸时相上的扫描点计算其对该呼吸时相上体素的剂量贡献矩阵；参考时相体素剂量计算模块，用于按照得到的对应关系将计算出来的剂量贡献矩阵映射到参考时相，得到其他呼吸时相上扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵；最终剂量贡献矩阵计算模块，用于遍历所有呼吸时相，计算得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵，并存储该矩阵。

实施例4

本实施例1的四维剂量计算方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的四维剂量计算方法的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种四维剂量计算系统，其特征在于，包括：

动态束流配送时间序列确定模块，用于基于预先采集的数据对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，并生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列；

剂量贡献矩阵计算模块，用于对不同呼吸时相中的体素位置关系进行计算，得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵；

四维剂量分布计算模块，用于基于得到的动态束流配送时间序列和参考时相上的剂量贡献矩阵，按照每个扫描点的权重计算其对参考时相每个体素的剂量贡献，将所有扫描点对参考时相体素的剂量贡献进行累加得到最终的四维剂量分布；

所述动态束流配送时间序列确定模块包括：数据采集模块，用于采集影响四维剂量分布的相关数据，包括：治疗计划、患者4DCT扫描数据、基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形、加速器的束流配送模式、能量切换时间、束流时间结构、等中心处束流扫描速度、照射模式；时间序列确定模块，用于基于采集的影响四维剂量分布的相关数据，对靶区运动和动态束流配送过程的相互作用过程进行分析，生成特定治疗计划的动态束流配送时间序列；

所述时间序列确定模块包括：波形加载模块，用于按照时间序列将获取的患者的基准呼吸运动曲线、实际呼吸运动波形曲线与治疗计划可执行文件中加速器输出的第一个能量断层所对应的磁激励波形同步运行；靶区计算模块，用于根据患者的实际呼吸运动波形曲线，实时计算束流照射时靶区所处的呼吸时相；扫描点位置和权重计算模块，用于当加速器运行到束流引出平台时，根据具体的照射模式和治疗计划可执行文件给出的扫描点位置和权重分布以时间为序列对各呼吸时相实施照射，并记录各呼吸时相上的扫描点位置和权重分布；能量切换模块，用于当前能量照射完毕后，按照加速器配置文件加载下一个能量的磁激励波形，并等待能量断层切换完毕；扫描点位置和权重综合模块，用于获得不同呼吸时相上局部扫描点位置和权重的分布，得到动态束流配送时间序列；

所述剂量贡献矩阵计算模块包括：对应关系计算模块，用于通过形变配准的方法找到其他呼吸时相上体素和参考时相上体素的位置对应关系；呼吸时相体素剂量计算模块，用于对每个呼吸时相上的扫描点计算其对该呼吸时相上体素的剂量贡献矩阵；参考时相体素剂量计算模块，用于按照得到的对应关系将计算出来的剂量贡献矩阵映射到参考时相，得到其他呼吸时相上扫描点对参考时相体素的剂量贡献矩阵；最终剂量贡献矩阵计算模块，用于遍历所有呼吸时相，计算得到所有扫描点在参考时相上的剂量贡献矩阵，并存储该矩阵。

2.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现根据权利要求1所述四维剂量计算系统每一个模块的功能。

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