CN113134171A - 放疗质控测量点的定位方法、计算机设备 - Google Patents

放疗质控测量点的定位方法、计算机设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种放疗质控测量点的定位方法、计算机设备，获取验证模体的图像；将所述验证模体的图像划分成多个子图像；基于待验证的放射治疗计划和所述验证模体的图像计算所述验证模体上的剂量分布；将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像；将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点通过上述定位方法，可以实现自动找点，获得剂量分布梯度最小的位置作为质控测量点，降低测量误差，辅助放疗物理师快速找到合适的放疗质控测量点位置，减少了放疗物理师进行点剂量质控的工作量。

Description

放疗质控测量点的定位方法、计算机设备
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种放疗质控测量点的定位方法、计算机设备。
背景技术
放射治疗(Radiation Therapy，RT)，简称放疗，是治疗恶性肿瘤时最重要的局部治疗方法之一。近70％的癌症患者在治疗癌症的过程中需要采用放射治疗。目前，放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出，放射治疗已成为治疗恶性肿瘤的主要手段。放射治疗机是用于癌症放射治疗的大型医疗设备，它通过产生辐射线束，对患者体内的肿瘤进行直接照射，从而达到消除或减小肿瘤的目的。
放射治疗机大部分不能在治疗的同时实时对治疗部位成像，而是需要在其它成像设备(例如B超、CT或磁共振MR)中先拍片对病灶部位定位，然后需要将患者连同病床从成像设备中移出，再放入放射治疗机中进行辐射治疗，此时需要对病床重新定位。这种放射治疗方法需要移动患者，并进行两次定位，因此，其定位时间较长，并且，不能在治疗的过程中实时成像，治疗精度不高，特别是对肺部、胸部等随呼吸移动的部位，无法准确治疗。
近年来，随着以精确定位、精确计划和精确治疗为核心的精确放射治疗技术的快速发展，放射治疗的整体疗效得到了提高。例如，图像引导放射治疗(image guided radiotherapy，IGRT)将放射治疗机与成像设备结合在一起，在治疗时采集有关的图像信息，确定治疗靶区和重要结构的位置、运动，并在必要时进行位置和剂量分布的校正。图像引导放射治疗设备主要包括机架和治疗头，机架可以绕其旋转轴旋转，治疗臂与机架固定连接，以跟随机架做旋转运动，并为治疗头提供支撑。治疗头的辐射线束的束轴与机架的旋转轴相交于一点，这一点被称为图像引导放射治疗设备的等中心点，该等中心点同时也是治疗区域的中心点。
等中心点的位置精度是图像引导放射治疗设备的一个重要的性能参数，其影响实际治疗区域与理论治疗区域位置的偏差。对于现有的计划系统，在进行点剂量质控(QA)时，等中心点在验证模体中的相对位置也会影响实际QA效果。放疗物理师进行点剂量质控(QA)时，通常需要手动改变等中心点在验证模体中的位置，使得探头勾画内剂量分布梯度较小。该种操作方式通常需要进行多次尝试，才可能找到合适的测量点，增加了放疗物理师进行点剂量的工作量。
除此之外，第三方测量工具，例如Sun Nuclear的3DVH软件，提供了Ion ChamberCorrected Dose Perturbation(电离室剂量修正微扰)功能。该功能使用了Sun Nuclear在验证模体中提供的一种插件，该插件中包含25个插孔，测量点剂量的探头可以插在其中一个插孔之中。使用该功能时，需要事先导入剂量分布，3DVH软件可以计算出导入的剂量分布在这25个插孔中的剂量梯度与剂量水平。然后用户根据计算得到的剂量梯度与水平选择出较为合适的探头插孔。在该种方法中，模体的位置是固定不动的，可以改变的是探头所选择的插孔，且该种方法需要配合专门的硬件设备进行使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种放疗质控测量点的定位方法、装置、计算机设备，以解决放疗物理师手动多次寻找质控测量点的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种放疗质控测量点的定位方法，包括：
获取验证模体的图像；
将所述验证模体的图像划分成多个子图像；
基于待验证的放射治疗计划和所述验证模体的图像计算所述验证模体上的剂量分布；
将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像；
将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点。
可选的，根据用于测量点剂量的探头的体积将验证模体的图像划分成多个子图像。
可选的，所述验证模体的图像上选择等中心点在模体上的初始位置，基于所述初始位置计算所述验证模体的剂量分布。
可选的，根据所述验证模体上的剂量分布，计算每个子图像的平均剂量和剂量分布梯度，基于所述平均剂量和剂量分布梯度确定所述目标子图像。
可选的，所述目标子图像的剂量分布的预设要求，为将平均剂量满足剂量范围的所有子图像中的剂量分布梯度最小的子图像作为目标子图像或者平均剂量满足剂量范围的所有子图像中的梯度满足预设阈值内的子图像作为目标子图像。
可选的，所述验证模体中配置用于剂量测量的探头，对所述验证模体的图像中的探头区域进行勾画，基于勾画的探头区域计算包含探头的子图像的平均剂量和剂量分布梯度，以及计算不包含探头的子图像的平均剂量和剂量分布梯度，以确定剂量分布满足预设要求的子图像中心点位置作为所述放疗质控测量点。
可选的，将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点，包括：
根据所述目标子图像中心点位置与所述等中心点在验证模体的初始位置，计算出位置偏差值；以及，
根据所述位置偏差值和所述等中心点在验证模体中的初始位置，获得所述等中心点在验证模体中的更新位置。
可选的，根据所述等中心点的更新位置确定放疗质控测量点的步骤包括：
根据所述等中心点的更新位置计算所述验证模体的剂量分布，并确定所述目标子图像的剂量分布梯度是否小于预设阈值以及平均剂量是否在剂量范围内；
若所述目标子图像的剂量分布梯度小于预设阈值以及平均剂量在剂量范围内，则确定所述目标子图像的中心点所对应的位置是放疗质控测量点的最佳位置；
否则，再次将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像，根据所述目标子图像与等中心点的当前位置的相对位置关系获得所述验证模体的等中心点的更新位置，根据所述等中心点的更新位置计算所述验证模体的剂量分布，并确定所述目标子图像的剂量分布梯度是否小于预设阈值以及平均剂量是否在剂量范围内，直至确定放疗质控测量点的最佳位置或者达到最大迭代次数；
可选的，如果已达迭代次数上限，则选择多次迭代过程中梯度最小的子图像中心作为放疗质控测量点。
基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机设备，该设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述任一所述的放疗质控测量点的定位方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种放疗质控测量点的定位方法、计算机设备，通过将验证模体的图像划分成多个子图像，将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像；以及，将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点；通过上述定位方法，可以实现自动找点，获得剂量分布梯度最小的位置作为质控测量点，降低测量误差，辅助放疗物理师快速找到合适的放疗质控测量点位置，减少了放疗物理师进行点剂量质控的工作量。
附图说明
图1是本发明实施例的放疗质控测量点的定位方法流程图；
图2是本发明实施例的放疗质控测量点的定位装置的结构框图；
图3是本发明实施例的放疗质控测量点的计算机设备的结构框图；
图4是本发明实施例的验证模体的子图像分布示意图；
其中，
11-子图像划分模块；12-目标子图像确定模块；13-放疗质控测量点确定模块；
21-存储器；22-处理器；23-输入装置；24-输出装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的放疗质控测量点的定位方法、装置、计算机设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
发明人研究发现，放疗计划的质量控制(QA)是放疗中的一个重要环节，常用的QA方法包括点剂量或面剂量的测量结果与计算的对比。在进行点剂量的测量时，为了降低测量误差，需要选择剂靶区内剂量分布梯度较小的位置进行测量。
对于现有的计划系统，放疗物理师进行点剂量QA时，通常需要手动改变等中心点在模体中的位置，使得探头勾画内剂量分布梯度较小。该种操作方式通常需要进行多次尝试，才可能找到合适的测量点，增加了放疗物理师进行点剂量的工作量。
基于此，本发明的核心思想在于，通过将验证模体的图像划分成多个子图像；将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像；以及，将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点。从而实现自动找点，避免了放疗物理师手动找点的麻烦，通过自动确定等中心点在验证模体中的新位置，也可以避免物理师对于放疗系统中的各种坐标系不熟悉带来的问题。
具体的，请参考图1，其为本发明实施例的放疗质控测量点的定位方法流程图。如图1所示，本实施例提供了一种放疗质控测量点的定位方法，所示定位方法包括如下步骤：
S10，导入验证模体的图像，并设定等中心点的初始位置。
其中，所述验证模体的图像可以是成像设备(例如B超、CT或MR系统)对验证模体拍片获取的图像序列，例如为CT图像序列、MR图像序列等。所述验证模体例如是组织等效固体水模体。所述等中心点的初始位置可以是所述验证模体中的任意位置，可以认为是给定一个初始坐标，例如通常可以选择验证模体的中心为等中心点的初始位置。需要强调的是，计算时等中心点位置在空间中的绝对位置是不会发生改变的，即使移动所述验证模体改变的也只是等中心点在所述验证模体中的相对位置。
S20，将导入的验证模体的图像划分成多个子图像。
如图4所示，将导入的验证模体图像划分成多个子图像。较佳的，根据用于测量点剂量的探头的体积将验证模体图像划分成多个子图像，以满足点剂量测量时使用不同探头的需求。所述子图像的大小优选与所述测量点剂量的探头体积一致，所述子图像的数量即为所述验证模体的体积除以所述测量点剂量的探头的体积。
在本实施例中，所述探头可以在所述验证模体内配置，也可以确定放疗质控测量点之后再配置。若所述探头在获取验证模体图像前配置在所验证模体内，即所述验证模体图像中包含用于剂量测量的探头，则对所述验证模体的图像中的探头区域进行勾画，基于勾画的探头区域计算包含探头的子图像的平均剂量和剂量分布梯度，以及计算不包含探头的子图像的平均剂量和剂量分布梯度，以确定剂量分布梯度最小的子图像中心点位置作为所述放疗质控测量点。
S30，基于待验证的放射治疗计划和所述验证模体的图像计算所述验证模体上的剂量分布。
具体的，根据所述验证模体的图像(例如是CT图像)获取所述验证模体上的剂量分布情况。可以根据本领域技术人员熟知的算法例如蒙特卡罗计算方法、笔形束方法、卷积叠加方法等计算所述验证模体上的剂量分布情况。
然后，根据所述验证模体上的剂量分布进行统计得到剂量统计信息。在一实施例中，剂量统计信息可以为平均剂量和剂量分布梯度。可选的，计算每个子图像的平均剂量和剂量分布梯度，所述剂量分布梯度包括所述剂量分布的标准差、剂量分布的方差或本领域中的其他形式，在此不进行限定，其中，所述剂量分布的标准差是所述剂量分布的方差的开方。以标准差为例，每个子图像的剂量分布标准差S公式如下：
Figure BDA0003036030690000061
其中，
Figure BDA0003036030690000062
是每个子图像的平均剂量，xi是每个子图像内第i个位置的剂量分布，n是每个子图像内剂量分布的位置点数。
S40，将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像。
所述目标子图像的剂量分布的预设要求，为将平均剂量满足剂量范围的所有子图像中的剂量分布梯度最小的子图像作为目标子图像或者平均剂量满足剂量范围的所有子图像中的梯度满足预设阈值内的子图像作为目标子图像；如果满足预设要求的子图像数量较多，可以任选一个子图像以确定目标子图像，优选是选择梯度最小的子图像以确定目标子图像。
具体实施时，可以事先设定探头体积、剂量范围、所述剂量分布梯度的预设阈值，所述剂量分布梯度的预设阈值包括剂量标准差阈值(即剂量标准差上限)或剂量方差阈值。例如，探头体积可以为0.6cc(立方厘米)，剂量标准差的阈值可以为3，剂量标准差的阈值可以为9，剂量范围可以为200cGy～220cGy，迭代次数限制为10次。在本发明中不以此进行限定，可以根据需要设置对应的数值。
S50，将所述目标子图像的中心点位置确定为等中心点的更新位置。
在本实施例中，将所述目标子图像的中心点位置确定为等中心点的更新位置，包括步骤：
根据所述目标子图像的中心点位置与所述等中心点的初始位置，计算出位置偏差值。
其中，通过根据所述目标子图像中心点位置与所述等中心点在验证模体的初始位置，计算出位置偏差值(即后续过程中的移床值)，位置偏差值即所述目标子图像的中心点位置在所述验证模体中的坐标与所述等中心点的初始位置在所述验证模体中的坐标之差。
根据所述位置偏差值改变所述验证模体的图像的初始等中心点在验证模体中的位置，获得新的等中心点位置。
S60，根据所述等中心点的更新位置再次进行剂量计算，确定所述目标子图像的剂量分布梯度是否小于预设阈值以及所述目标子图像的平均剂量是否在剂量范围内。其中，再次进行剂量计算时，可以采用本领域技术人员熟知的算法例如是蒙特卡罗计算方法、笔形束方法、卷积叠加方法等。
S70，若所述目标子图像的剂量分布梯度小于预设阈值且平均剂量在剂量范围内；则确定所述目标子图像中心所对应的位置就是质控测量点的最佳位置。也就是说，若所述目标子图像的剂量分布梯度小于预设阈值，所述目标子图像平均剂量在剂量范围内，则确定所述目标子图像中心所对应的位置就是质控测量点的最佳位置。
S80，若所述目标子图像的剂量分布梯度不小于预设阈值或者平均剂量不在剂量范围内，则判断迭代次数是否达到最大迭代次数。若未达到最大迭代次数，则重复步骤S30-步骤S60，直至找到质控测量点的最佳位置或者达到最大迭代次数。具体实施时，可以事先设定最大迭代次数。例如，最大迭代次数为10次。
S90，若所述目标子图像的剂量分布梯度不小于预设阈值和平均剂量不在剂量范围内，且达到最大迭代次数，则给出满足剂量范围限制且所有迭代中剂量分布梯度最小的子图像中心对应的位置。
图2是本发明实施例的放疗质控测量点的定位装置的结构框图。如图2所示，本实施例提供的一种放疗质控测量点的定位装置，包括：
子图像划分模块11，用于将验证模体的图像划分成多个子图像；以及，
目标子图像确定模块12，用于获取剂量分布满足预设要求的子图像以确定目标子图像；
放疗质控测量点确定模块13，用于根据所述目标子图像与等中心点的初始位置的相对位置关系改变所述等中心点在所述验证模体中的位置以确定放疗质控测量点。
通过子图像划分模块11将所述验证模体的图像划分成多个子图像，再通过所述目标子图像确定模块12获取剂量分布满足预设要求的子图像以确定目标子图像，最后通过所述放疗质控测量点确定模块13根据所述目标子图像与等中心点的初始位置的相对位置关系改变所述等中心点在所述验证模体中的位置以确定放疗质控测量点。技术方案的细节可以参考图1的描述。
图3是本发明实施例的放疗质控测量点的计算机设备的结构框图。如图3所示，所述设备包括存储器21、处理器22、输入装置23以及输出装置24。设备中处理器22的数量可以是一个或多个，图3中以一个处理器22为例。设备中的存储器21、处理器22、输入装置23以及输出装置24可以通过总线或其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
存储器21作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的放疗质控测量点的定位方法对应的程序指令/模块(例如，子图像划分模块11、目标子图像确定模块12、放疗质控测量点确定模块13)。处理器22通过运行存储在存储器21中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的放疗质控测量点的定位方法。
存储器21可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器21可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器21可进一步包括相对于处理器22远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置23可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。例如，可以用于输入事先设定的探头体积、剂量范围、剂量标准差阈值(即剂量标准差上限)以及最大迭代次数。
输出装置24可包括显示屏等显示设备，例如，用户终端的显示屏。
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，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质控测量点的定位方法，该方法包括：
将验证模体的图像划分成多个子图像；
将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像；以及，
根据所述目标子图像与等中心点的初始位置的相对位置关系，获得所述验证模体的等中心点的更新位置，并基于更新位置确定放疗质控测量点。技术方案的细节可以参考上述实施例。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的放疗质控测量点的定位方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的放疗质控测量点的定位方法。
值得注意的是，上述放疗质控测量点的定位装置的实施例中，所包括的各个单元和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。
综上可见，在本发明实施例提供的放疗质控测量点的定位方法、装置、计算机设备中，根据所寻找到的剂量分布满足要求(例如平均剂量满足剂量范围且剂量分布梯度较小)的子图像的位置及其与等中心点的初始位置的相对位置关系，自动改变等中心点在验证模体中的位置，这样不仅可以实现自动找点，也可以避免物理师对于放疗系统中的各种坐标系不熟悉带来的问题；还可以根据测量点剂量的探头体积将验证模体划分成多个子图像，这样可以满足点剂量测量时使用不同测量点剂量的探头的需求。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，包括：
获取验证模体的图像；
将所述验证模体的图像划分成多个子图像；
基于待验证的放射治疗计划和所述验证模体的图像计算所述验证模体上的剂量分布；
将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像；
将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点。
2.如权利要求1所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，根据用于测量点剂量的探头的体积将验证模体的图像划分成多个子图像。
3.如权利要求1所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，所述验证模体的图像上选择等中心点在模体上的初始位置，基于所述初始位置计算所述验证模体的剂量分布。
4.如权利要求1所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，根据所述验证模体上的剂量分布，计算每个子图像的平均剂量和剂量分布梯度，基于所述平均剂量和剂量分布梯度确定所述目标子图像。
5.如权利要求4所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，所述目标子图像的剂量分布的预设要求，为将平均剂量满足剂量范围的所有子图像中的剂量分布梯度最小的子图像作为目标子图像或者平均剂量满足剂量范围的所有子图像中的梯度满足预设阈值内的子图像作为目标子图像。
6.如权利要求4所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，所述验证模体中配置用于剂量测量的探头，对所述验证模体的图像中的探头区域进行勾画，基于勾画的探头区域计算包含探头的子图像的平均剂量和剂量分布梯度，以及计算不包含探头的子图像的平均剂量和剂量分布梯度，以确定剂量分布满足预设要求的子图像中心点位置作为所述放疗质控测量点。
7.如权利要求3所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，将所述目标子图像的中心点位置确定为所述放疗质控测量点，包括：
根据所述目标子图像中心点位置与所述等中心点在验证模体的初始位置，计算出位置偏差值；以及，
根据所述位置偏差值和所述等中心点在验证模体中的初始位置，获得所述等中心点在验证模体中的更新位置。
8.如权利要求7所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，根据所述等中心点的更新位置确定放疗质控测量点的步骤包括：
根据所述等中心点的更新位置计算所述验证模体的剂量分布，并确定所述目标子图像的剂量分布梯度是否小于预设阈值以及平均剂量是否在剂量范围内；
若所述目标子图像的剂量分布梯度小于预设阈值以及平均剂量在剂量范围内，则确定所述目标子图像的中心点所对应的位置是放疗质控测量点的最佳位置；
否则，再次将剂量分布满足预设要求的子图像确定为目标子图像，根据所述目标子图像与等中心点的当前位置的相对位置关系获得所述验证模体的等中心点的更新位置，根据所述等中心点的更新位置计算所述验证模体上的剂量分布，并确定所述目标子图像的剂量分布梯度是否小于预设阈值以及平均剂量是否在剂量范围内，直至确定放疗质控测量点的最佳位置或者达到最大迭代次数。
9.如权利要求8所述的放疗质控测量点的定位方法，其特征在于，如果已达迭代次数上限，则选择多次迭代过程中梯度最小的子图像中心作为放疗质控测量点。
10.一种计算机设备，其特征在于，该设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-9中任一所述的放疗质控测量点的定位方法。
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