CN115253091A - 一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法。包括：S1，根据目标的医学图像确定目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓，布置靶点；S2，治疗头依次聚焦靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿与共面垂直的第二方向偏角运动生成运动弧线；S3，获得在所述运动弧线中所述治疗头射线与目标轮廓上的交点与靶点的距离大于预设值的第一弧段和所述治疗头射线与目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；S4，设置治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线约束，基于靶点的总射线剂量，分配每个靶点的射线剂量，生成靶点剂量场。本发明可提供的靶点剂量场可降低治疗头射线对目标的危及区域和目标的正常区域的损伤，使治疗计划更加灵活。

Description

一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法及系统

技术领域

本发明涉及放疗技术领域，尤其涉及一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法及系统。

背景技术

立体定向放射外科(SRS)或立体定向体部放射治疗(SBRT)是立体定向放射治疗中常见的两种放射治疗技术。目前实施立体定向放射治疗的设备主要有基于X射线的电子直线加速器的治疗系统和基于钴-60伽玛线的伽玛刀治疗系统。基于X射线的电子直线加速器的治疗系统如射波刀(Cyber knife)是通过治疗头非共面运动，用小野集束照射靶区，形成靶区剂量场，使周围正常组织接受很低的剂量。伽玛刀一般是由多个钴-60 放射源通过机头和机架的旋转实现射线聚焦，将高能放射线聚焦靶点进行非共面多弧照射形成靶点剂量场，同样伽玛刀也可以使周围组织接受较低的剂量。

在立体定向放射治疗技术中，不同治疗头的运动方式决定了不同的形成剂量场的方式，治疗头运动偏角幅度的大小以及射线射向靶区的可变化角度的大小与靶区周围正常区域接受的剂量大小正相关，治疗头运动偏角幅度越小，射线从射向靶区的可变化角度就越小，靶区周围正常部区域接收的辐照剂量就会越集中，反之，治疗头运动偏角幅度越大，射线从射向靶区的可变化角度就越大，靶区周围目标的正常区域接收的辐照剂量就会越分散。

在制定立体定向放射治疗计划时，靶区周围通常存在目标的危及区域，目标的危及区域指对放射射线敏感的的区域，为了避免射线穿过目标的危及区域，对目标的危及区域成损害，要在设置靶点剂量场时将穿过危目标的危及区域的射线约束到安全的剂量范围内。另一方面，在设置靶点剂量场时，如果靶区位于目标的中间位置时，射线经过目标的正常区域的距离相差不大，目标接收的剂量也比较接近，然而如果靶区是偏于目标一侧位置的偏心靶区，就会出现射线穿过目标的正常区域到达靶区的距离过大的情况，这样会加大对目标的正常部位的损伤，然而，现有技术在设置靶点剂量场时未考虑对经过目标的正常区域长度过大的射线进行约束以减少对目标的危及区域和目标的正常区域的损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法，包括：

S1，根据目标的医学图像确定目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓，布置靶点；

S2，治疗头依次聚焦每个靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿与共面垂直的第二方向偏角运动生成运动弧线；

S3，获得在所述运动弧线中所述治疗头射线与目标轮廓上的交点与靶点的距离大于预设值的第一弧段和所述治疗头射线与目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；

S4，设置治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线约束，基于所有靶点的总射线剂量，分配每个靶点的射线剂量，生成靶点剂量场；

进一步地，所述治疗头沿第一方向共面旋转运动和沿第二方向非共面偏角运动为匀速运动；

进一步地，所述治疗头沿第二方向非共面偏角运动具体为：所述治疗头自第一最大偏角至相对所述第一最大偏角的第二最大偏角非共面偏角运动；

进一步地，所述治疗头依次聚焦每个靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动具体为：所述治疗头自第一最大偏角至所述第二最大偏角非共面运动期间所述治疗头沿第一方向共面旋转大于一圈；

进一步地，所述治疗头射线与目标轮廓上的交点与靶点的距离，具体为：根据治疗头射线与目标外表面交点坐标和等中心坐标计算获得治疗头射线与目标外表面交点与靶点的距离；

进一步地，所述设置治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线约束，具体为：配置所述治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线约束设置为不出放射束；

进一步地，所述基于所有靶点的总射线剂量，分配每个靶点的射线剂量，具体为：确定所有所述靶点的总射线剂量，采用容积调强方法分配所有靶点的射线剂量；

进一步地，所述采用容积调强方法分配所有靶点的射线剂量，包括：将不包含所述第一弧段和第二弧段的运动弧线分为多个治疗弧段，对每个治疗弧段的射线设置不同的权重和射线剂量；

进一步地，所述对每个所述治疗弧段的射线设置不同的权重和射线剂量，包括设置每个所述治疗弧段的治疗头射线强度曲线。

本发明还公开了一种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统，包括：

成像模块，用于获得目标的医学图像，医学图像包括目标、靶区和目标的危及区域图像；

图像处理模块，用于勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓；

靶点布置模块，用于布置靶点；

治疗头控制模块，用于控制治疗头依次聚焦每个所述靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线；

计算模块，用于计算所述治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离，判断所述治疗头射线是否与所述目标的危及区域轮廓相交，获得在所述运动弧线中治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的第一弧段和所述治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；

剂量配置模块，用于配置所述治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的弧段和所述治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的弧段为不出放射束，配置所有所述靶点的总射线剂量，采用容积调强方法分配每个所述靶点的射线剂量，生成靶点剂量场。

本发明还公开了第二种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统，包括：

处理器和存储器，所述存储器用于存储由所述处理器执行的指令，所述处理器，用于：

获得目标的医学图像，在医学图像上勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓；

布置靶点；

控制治疗头依次聚焦所述靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线；

获得所述运动弧线中治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的第一弧段和所述治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；

设置所述治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线为不出束，基于所有所述靶点的总射线剂量，采用容积调强方法分配每个所述靶点的射线剂量，生成靶点剂量场。

进一步地，所述控制治疗头依次以每个所述靶点为中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动，具体为：

控制所述治疗头自第一最大偏角至相对所述第一最大偏角的第二最大偏角非共面偏角运动，所述治疗头自第一最大偏角至第二最大偏角非共面运动期间治疗头沿第一方向共面旋转大于一圈。

本发明的优点在于：将在下面的详细说明中在某种程度上阐述，并且从说明书中在某种程度上将是显而易见的，或者本公开的其他的目的和优点可以通过本公开的实践而习得。本公开的目的和优点将通过在所附权利要求中具体指出的元件和组合来实现和获取。

应当领会，前面的一般描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对本发明所要求保护的限制。

附图说明

图1为本发明立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法的流程图；

图2为本发明治疗头沿第一方向共面旋转运动的示意图；

图3为本发明治疗头沿第二方向非共面偏角运动的示意图；

图4为本发明治疗头运动弧线。

图5为本发明第二种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围，此外，词语“包括”、“具有”和“包含”以及其它类似形式旨在意义上等同并且是开放的，其中在这些词中的任何一个之后的一个或数个项并非旨在是对这样的一个或数个项的穷举，或旨在仅限于所列出的一个或数个项。并且除非上下文另有明确指示，单数形式“一”、“个”和“该”包括复数形式。

实施例1

本发明公开的一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法，应用于医学成像和放射治疗一体化设备，其中，医学成像设备为计算机断层扫描(CT)成像设备用于获取目标的医学图像，放射治疗设备为医用直线加速器或钴-60放疗机，放射治疗设备包括治疗头11，治疗头产生射线(例如，X射线或伽马射线)，射线聚焦靶点14的等中心进行直接照射。

如图1至图4示例的一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过医学成像设备获取目标的医学图像，医学成像设备为为计算机断层扫描(CT)成像设备，医学图像至少包括目标、靶区和目标的危及区域，医学图像存储于目标数据库中，在放射治疗计划软件中调用获得的医学图像，勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓，然后布置放射治疗的靶点14。

步骤S2，在放射治疗计划软件中将治疗头11依次聚焦每个靶点14的等中心，并设置治疗头11的运动参数，治疗头11的运动参数包括治疗头11沿第一方向共面旋转运动的速度和时间，以及治疗头11沿第二方向非共面偏角运动的速度和时间，在本实施例中，如图2和图3所示，医学成像和放射治疗一体化设备包括旋转机架12，计算机断层扫描(CT)成像设备和放射治疗设备的治疗头11安装于旋转机架12上，旋转机架12 设有治疗头支架121，治疗头支架121上设置弧形轨道122，治疗头11随旋转机架12 沿第一方向共面匀速旋转的同时治疗头11沿弧形轨道131(第二方向)非共面偏角移动生成治疗头11的立体运动弧线15，治疗头11沿第一方向旋转的面与治疗头11沿第二方向运动的面相互垂直，如图3所示，为了使治疗头11在第二方向上获得更大的运动偏角，治疗头11配置为从弧形轨道131的第一端A运动至弧形轨道131相对于第一端A 的第二端B，实现治疗头自第一最大偏角至相对第一最大偏角的第二最大偏角非共面偏角运动，在本实施例中，治疗头11自弧形轨道131的第一端A运动至弧形轨道131的第二端B偏角运动在正负25度范围，治疗头11自第一最大偏角至第二最大偏角运动期间治疗头11沿第一方向共面旋转大于一圈，作为示例，图4所示的疗头11沿第一方向共面旋转圈数为7圈，治疗头11的运动弧线15为两端小中部大的螺旋形，上述治疗头沿第一方向共面旋转及沿第二方向非共面移动提供了更多的各种射线入射角度，使治疗计划的制定更加灵活和有更多的选择。

步骤S3，本发明另外一个目的是避免靶点剂量场的射线穿过目标的正常区域过深以及放射线穿过目标的危及区域对目标造成损伤，在放射治疗过程中由于靶点位置的不同和治疗头运动方式和运动范围的不同，存在部分治疗头射线从目标的侧方穿过目标的正常区域较深才能到达靶点的情况，这样射线对目标的正常区域的损伤会增加，为了避免这个问题，本实施例根据获得的目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓，计算治疗头11射线与目标外表面(目标轮廓)交点坐标和等中心坐标获得治疗头11射线与目标外表面交点与靶点的距离，进而根据该计算结果确定在治疗头运动弧线15中治疗头11射线与目标轮廓上的交点与靶点的距离大于预设值的第一弧段，第一弧段为治疗头11射线穿透较深的组织的弧段，同时在治疗计划软件中获得治疗头11射线与目标的危及区域轮廓相交的第二弧段，与目标的危及区域轮廓相交的射线即为会对危及区域造成损伤的射线。

步骤S4，根据步骤S3获得的第一弧段和第二弧段的射线约束，具体为配置治疗头11在运动至第一弧段和第二弧段期间不出放射束，然后设置所有靶点14的总射线剂量，并根据总射线剂量分配每个靶点14的射线剂量，生成靶点剂量场，为了使每个靶点14 获得均匀的射线剂量，本实施例采用容积调强方法分配所有靶点14的射线剂量，具体地，将不包含第一弧段和第二弧段的运动弧线15分为多个治疗弧段，对每个治疗弧段的射线设置不同的权重和射线剂量，并在治疗计划软件中设置每个治疗弧段的治疗头11 射线强度曲线。

本发明公开的一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法，通过治疗头11沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动，提供了更多的各种射线入射角度，使治疗计划的制定更加灵活和有更多的选择，同时通过设置治疗头11在第一弧段和第二弧段射线为不出束，降低治疗头射线对目标的目标的正常区域的损伤，同时避免治疗头射线穿过目标的危及区域而对目标被危及区域造成损伤。

实施例2

图4公开了作为示例的一种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统，包括：成像模块110、图像处理模块120、靶点布置模块130、治疗头控制模块140、计算模块150和剂量配置模块160，成像模块110用于获得目标的医学图像，医学图像包括确定目标、靶区和目标的危及区域图像，图像处理模块120用于勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓，靶点布置模块130用于通过人工或计算机布置靶点14，布置靶点包括确定靶点的大小、形状和位置；治疗头控制模块140用于控制治疗头依次聚焦每个靶点14 的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线15；计算模块150用于计算治疗头11射线与目标轮廓上的交点与靶点的距离，判断治疗头 11射线是否与目标的危及区域轮廓相交，获得在运动弧线15中治疗头射线与目标轮廓上的交点与靶点14的距离大于预设值的第一弧段和治疗头11射线与目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；剂量配置模块160用于配置治疗头11射线与目标轮廓上的交点与靶点14的距离大于预设值的弧段和治疗头11射线与目标的危及区域轮廓相交的弧段为不出放射束，配置所有靶点14的总射线剂量，采用容积调强方法分配每个靶点14的射线剂量，生成靶点剂量场。

实施例3

图5公开了作为示例的第二种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统，包括：处理器和存储器，存储器用于存储由处理器执行的指令，处理器，用于：获得目标的医学图像，根据医学图像勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓；布置靶点14；控制治疗头11依次聚焦靶点14的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线15；获得运动弧线15中治疗头11射线与目标轮廓上的交点与靶点14的距离大于预设值的第一弧段和治疗头11射线与目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；设置治疗头11在第一弧段和第二弧段射线为不出束，基于所有靶点14的总射线剂量，采用容积调强方法分配每个靶点14的射线剂量，生成靶点剂量场，

其中，控制治疗头11依次聚焦每个靶点14的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动，具体为控制治疗头11自第一最大偏角至相对第一最大偏角的第二最大偏角非共面偏角运动，治疗头11自第一最大偏角至第二最大偏角非共面运动期间治疗头11沿第一方向共面旋转大于一圈。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种立体定向放射治疗设备的靶点剂量场形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据目标的医学图像确定目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓，布置靶点；

S2，治疗头依次聚焦每个靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线；

S3，获得在所述运动弧线中治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的第一弧段和治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；

S4，设置治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线约束，基于靶点的总射线剂量，分配每个所述靶点的射线剂量，生成靶点剂量场。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述治疗头沿第一方向共面旋转运动和沿第二方向非共面偏角运动为匀速运动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述治疗头沿第二方向非共面偏角运动具体为：所述治疗头自第一最大偏角至相对所述第一最大偏角的第二最大偏角非共面偏角运动。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述治疗头依次聚焦每个靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动具体为：

所述治疗头自第一最大偏角至第二最大偏角非共面偏角运动期间治疗头沿第一方向共面旋转大于一圈。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得在所述运动弧线中治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离，具体为：

根据治疗头射线与目标外表面交点坐标和等中心坐标计算获得治疗头射线与目标外表面交点与靶点的距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线约束，具体为：

所述配置治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线为不出放射束。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所有靶点的总射线剂量，分配每个所述靶点的射线剂量，具体为：

确定所有所述靶点的总射线剂量，采用容积调强方法分配所有所述靶点的射线剂量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用容积调强方法分配所有靶点的射线剂量，包括：将不包含所述第一弧段和第二弧段的运动弧线分为多个治疗弧段，对每个所述治疗弧段的射线设置不同的权重和射线剂量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对每个所述治疗弧段的射线设置不同的权重和射线剂量，包括设置每个所述治疗弧段的治疗头射线强度曲线。

10.一种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统，包括：

成像模块，用于获得目标的医学图像，医学图像包括目标轮廓、靶区和目标的危及区域图像；

图像处理模块，用于勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓；

靶点布置模块，用于布置靶点；

治疗头控制模块，用于控制治疗头依次聚焦每个所述靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线；

计算模块，用于计算所述治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离，判断所述治疗头射线是否与所述目标的危及区域轮廓相交，获得在所述运动弧线中治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的第一弧段和所述治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；

剂量配置模块，用于配置所述治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的弧段和所述治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的弧段为不出放射束，配置所有所述靶点的总射线剂量，采用容积调强方法分配每个所述靶点的射线剂量，生成靶点剂量场。

11.一种立体定向放射治疗靶点剂量场生成系统，包括：

处理器和存储器，所述存储器用于存储由所述处理器执行的指令，所述处理器，用于：

获得目标的医学图像，在医学图像上勾画目标轮廓、靶区轮廓和目标的危及区域轮廓；

布置靶点；

控制治疗头依次聚焦所述靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动生成运动弧线；

获得所述运动弧线中治疗头射线与所述目标轮廓上的交点与所述靶点的距离大于预设值的第一弧段和所述治疗头射线与所述目标的危及区域轮廓相交的第二弧段；

设置所述治疗头在所述第一弧段和第二弧段射线为不出束，基于所有所述靶点的总射线剂量，采用容积调强方法分配每个所述靶点的射线剂量，生成靶点剂量场。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制治疗头依次聚焦每个所述靶点的等中心，沿第一方向共面旋转运动同时沿第二方向非共面偏角运动，具体为：

控制所述治疗头自第一最大偏角至相对所述第一最大偏角的第二最大偏角非共面偏角运动，所述治疗头自第一最大偏角至第二最大偏角非共面运动期间治疗头沿第一方向共面旋转大于一圈。

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