CN115795988A

CN115795988A - 粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质

Info

Publication number: CN115795988A
Application number: CN202211470337.XA
Authority: CN
Inventors: 周利荣; 石健; 王凯; 张元旭; 刘志强; 孟轩; 王建力; 郑立夫
Original assignee: Lanzhou Kejin Taiji Corp ltd
Current assignee: Lanzhou Kejin Taiji Corp ltd
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本公开提供了一种粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质，其中，该方法包括：监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的剂量，粒子包括多种能量的粒子；基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的剂量；基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，进行叠加后重建出三维剂量模型；将三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。

Description

粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本公开涉及粒子治疗领域，尤其涉及一种粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

射线是由各种放射性核素或者原子、电子、中子等粒子在能量交换过程中发射出的具有特定能量的粒子或光子束流。常见的射线包括由x射线、α、β、γ射线和中子射线等。目前，射线已广泛应用于放射治疗领域。

常规光子放疗技术在应用中可以通过统计光子穿透靶区后剩余的光子通量来反推靶区内剂量分布的情况，由此达到剂量重建的目的。在放射治疗应用领域中，质子、重离子的粒子束流相比于光子束流更有优势。非晶硅电子射野影像技术(简称EPID)可以很好的应用在光子的探测分布中，而进行质子、重离子放射治疗时几乎无法穿透靶区，探测器也就探测不到治疗时的剂量，从而EPID技术在质子、重离子技术中失去了实际意义。如何有效的实现质子、重离子治疗时的靶区剂量重建，对于实际应用具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、设备及介质。

根据本公开的第一个方面，提供了一种粒子照射靶区剂量分布重建方法，包括：监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出三维剂量模型；将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。

可选地，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的剂量之前，所述方法还包括：计算各种所述能量粒子的初始粒子剂量和预设的标定因子的乘积，得到各种所述能量粒子的绝对粒子剂量，以基于所述绝对粒子剂量计算各种所述能量粒子在靶区不同深度平面的剂量。

可选地，所述基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量包括：基于所述能量粒子的百分深度剂量曲线计算该能量粒子到达靶区不同深度平面和监测平面的粒子剂量比；分别计算所述能量粒子的初始粒子剂量和所述能量粒子到达靶区不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比的乘积，得到所述能量粒子到达靶区不同深度平面的总粒子剂量。

可选地，所述基于各所述能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各所述能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，计算公式包括：

其中，E_m表示第m种能量粒子，d_n表示靶区内深度为d_n的第n个深度平面，Dose(x，y，d_n)表示深度为d_n的深度平面上的位置为(x,y)的粒子剂量，Dose(d_n，E_m)表示第m种能量粒子在深度为d_n的深度平面的总粒子剂量，(x_i，y_i)表示所述监测平面上所述粒子的束斑中心的位置，σ(d_n，E_m)表示能量为E_m的能量粒子的束流在深度为d_n的深度平面上高斯分布的标准差。

可选地，所述三维剂量模型为：

其中，E_m表示第m种能量粒子，d_n表示深度为d_n的第n个深度平面，Dose(x，y，d_n)表示深度为d_n的深度平面上的位置为(x,y)的粒子剂量，Dose(d_n，E_m)表示第m种能量粒子在深度为d_n的深度平面的总粒子剂量，(x_i,y_i)表示所述监测平面上粒子的束斑中心的位置，σ(d_n，E_m)表示能量为E_m的能量粒子的束流在深度为d_n的深度平面上高斯分布的标准差，N_spot表示深度为d_n的深度平面上的位置点的总数，N_pdd表示所述能量粒子的种类数。

可选地，在所述三维剂量模型中，所述能量粒子经过各所述深度平面的位置与所述能量粒子经过所述监测平面的位置具有映射关系，所述映射关系的公式表示包括：

其中，x_j表示所述能量粒子经过所述深度平面的位置，x₀表示所述能量粒子经过所述监测平面的位置，h0表示所述能量粒子的源到所述监测平面的距离，d表示所述深度平面与所述靶区等中心的距离，r表示所述能量粒子的虚拟原轴距。

本公开的第二个方面提供了一种粒子照射靶区剂量分布重建装置，包括：剂量及位置监测模块，用于监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；粒子剂量计算模块，用于基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；粒子剂量分布计算模块，用于基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；粒子剂量模型构建模块，用于基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出三维剂量模型；粒子三维分布模型构建模块，用于将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。

本公开的第三个方面提供了一种电子设备，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，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据第一方面中任一项所述的方法。

本公开的第四个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据第二方面中任一项所述的方法。

根据本公开提供的粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，以入射端剂量监测，射线路径上分层进行剂量反推计算，构建三维剂量模型，将三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。该方法构建的三维粒子剂量分布模型可以保留靶区粒子剂量数据，作为射线粒子剂量追溯的一种手段，可以独立测量质子、重离子的γ通过率，减少使用第三方设备，提高了验证效率。该方法可以拓展应用到医疗等应用领域。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的粒子照射靶区剂量分布重建方法的流程图；

图2A示意性示出了一种主动式栅扫描束流配送系统；

图2B示意性示出了根据本公开实施例的粒子束流调制、监测设备的布局图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的坐标计算示意图；

图4A示意性示出了根据本公开实施例的垂直于束流方向面剂量重建示意图；

图4B示意性示出了根据本公开实施例的延束流方向排列面剂量示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的粒子照射靶区剂量分布重建装置的结构框图；以及

图6示意性示出了根据本公开实施例的适于实现粒子照射靶区剂量分布重建方法的电子设备的方框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

需要说明的是，本公开实施例提供的粒子照射靶区剂量分布重建方法涉及粒子治疗、粒子应用、数学建模及图像处理等技术领域，但不仅限于此。

图1示意性示出了根据本公开实施例的粒子照射靶区剂量分布重建方法的流程图。

如图1所示，本公开实施例提供的粒子照射靶区剂量分布重建方法包括操作S110～S150。

S110，监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的剂量，粒子包括多种能量的粒子。

S120，基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量。

S130，基于各能量粒子在监测平面的的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量。

S140，基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出实际过程中的三维剂量模型。

S150，将三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型，此模型即为实际靶区照射的剂量分布模型。

本实施例提供的粒子照射靶区剂量分布重建方法摒弃EPID技术中采集射线穿透靶区后的剂量通量，用新的思路来重建质子、重离子在均匀靶区中的剂量分布，具体通过监测入射粒子的位置、剂量和束斑尺寸数据，通过百分深度剂量曲线，对整个过程中的执行剂量进行三维重建，以达到对实际过程中剂量分布的情况进行监测。

下面将对本公开实施的粒子照射靶区剂量分布重建方法进行详细说明。

图2A示意性示出了一种主动式栅扫描束流配送系统。

如图2A所示，该主动式栅扫描束流配送系统为GSI实现的主动式栅扫描束流配送系统。与被动式束流配送系统不同，主动式束流配送系统一般不对加速器提供的笔形束流做过多的调制(碳离子束需要使用mini-RF调制，将单能Bragg峰略微展宽成mini-SOBP)。该技术将照射靶区沿束流入射方向划分成若干个等能量断层，每个等能量断层再次被划分成若干个扫描点，其中等能量断层指该层上所有扫描点具有相同的能量。通过调节离子束能量及扫描磁铁参数控制笔形束照射位置，实现对靶区的分层逐点照射，扫描点在横向上和纵向上相互累加达到计划的均匀剂量分布，较大程度的提高了靶区的适形程度，因此不再需要例如多叶光栅、准直器和补偿器等束流调制设备，从而减少了次级粒子的产生。

图2B示意性示出了根据本公开实施例的粒子束流调制、监测设备的布局图。

如图2B所示，在本实施例中，粒子束流调制、监测设备包括X扫描铁、Y扫描铁、MI&IC、脊型过滤器、降能片、剂量及位置监测装置等。其中，剂量及位置监测装置用于监测束流入射点的束斑位置、束斑大小和每个位置对应粒子数。

在本实施例中，剂量及位置监测装置可以为电离室。电离室有效探测面积大于最大射野，电离室工作时实时记录各位置对应的初始粒子剂量MU₀和束斑大小σ_E0，按不同层(能量)分层存储。

在操作S110中，通过如图2B所示的粒子束流调制、监测设备监测粒子束流在入射路径上监测平面(即电离室的探测面)的初始粒子剂量，粒子束流包括的多种能量粒子。

在本实施例中，监测粒子束流的初始粒子剂量后，在计算靶区不同深度平面的剂量之前，方法还包括S111。

在操作S111中，计算各种能量粒子的初始粒子剂量和预设的标定因子的乘积，得到各种能量粒子的绝对粒子剂量，以基于绝对粒子剂量计算各种能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量。其公式表示为：

Dosed₀＝MU₀×标定因子

式中标定因子通过对位置剂量监测装置进行剂量标定获得，标定因子等于绝对剂量电离室测得的剂量比MU₀，是一个可变值，由设备质控人员测得。

在操作S120中，基于不同能量粒子在靶区内靶区不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量，具体包括操作S121～S122。

在操作S121中，根据能量粒子的百分深度剂量曲线提供的该能量粒子在靶区不同深度平面和监测平面上的分布剂量，计算该能量粒子到达靶区不同深度平面和监测平面的粒子剂量比。

需要说明的是，各能量粒子具有独特的百分深度剂量曲线。百分深度剂量曲线指体模内射线中心轴上某一深度d处的吸收剂量Dd与参考深度d0处吸收剂量D0之比的百分数，是描述射线中心轴不同深度处相对剂量分布的物理量。且同一能量在相同介质内的PDD曲线是唯一不变的，即测得该曲线上任意一深度的剂量，可以推算出整条曲线的剂量。

D_d为射线中心轴上深度为d处的点的吸收剂量，D₀为射线中心轴上某一深度0处的吸收剂量。

在操作S122分别计算能量粒子的初始粒子剂量和能量粒子到达靶区不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比的乘积，得到能量粒子到达靶区不同深度平面的总粒子剂量。

S130，基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量。

在本实施例中，能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量的计算公式包括：

其中，E_m表示第m种能量粒子，d_n表示靶区内深度为d_n的第n个深度平面，Dose(x，y，d_n)表示深度为d_n的深度平面上的位置为(x,y)的粒子剂量，Dose(d_n，E_m)表示第m种能量粒子在深度为d_n的深度平面的总粒子剂量，(x_i,y_i)表示监测平面上粒子束流的束斑中心的位置，σ(d_n，E_m)表示能量为E_m的能量粒子的束流在深度为d_n的深度平面上高斯分布的标准差。

在操作S140中，基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出实际过程中的三维剂量模型。

三维剂量计算模型包括：

其中，E_m表示第m种能量粒子，d_n表示深度为d_n的第n个深度平面，Dose(x，y，d_n)表示深度为d_n的深度平面上的位置为(x,y)的粒子剂量，Dose(d_n，E_m)表示第m种能量粒子在深度为d_n的深度平面的总粒子剂量，(x_i,y_i)表示监测平面上粒子束流的束斑中心的位置，σ(d_n，E_m)表示能量为E_m的能量粒子的束流在深度为d_n的深度平面上高斯分布的标准差，N_spot表示深度为d_n的深度平面上的位置点的总数，N_pdd表示能量粒子的种类数。

图3示意性示出了根据本公开实施例的坐标计算示意图。

如图3所示，在三维剂量计算模型中，粒子束流经过靶区各深度平面的位置与粒子束流经过监测平面的位置具有映射关系，映射关系的公式表示包括：

其中，x_j表示粒子束流经过靶区中给一个深度平面的位置，x₀表示能量粒子经过监测平面的位置，h₀表示能量粒子的源到监测平面的距离，d表示深度平面与靶区等中心(OIS)的距离，r表示粒子束流的虚拟原轴距。

图4A示意性示出了根据本公开实施例的垂直于束流方向面剂量重建示意图，图4B示意性示出了根据本公开实施例的延束流方向排列面剂量示意图。

本质上来讲，整个剂量重建的过程与TPS计算计划类似，只不过TPC是通过需要的剂量分布需求计算出理论上所需要的能量层，每层上粒子的位置分布、每个位置上粒子的数量等；而本公开实施例则是通过实际过程中记录下来剂量及位置监测装置上的每层、每个位置的粒子数和束斑大小，反推出等中心靶区位置的实际执行数据，从而计算出靶区在实际过程中的剂量分布。

本公开实施例提供的粒子照射靶区剂量分布重建方法构建的三维粒子剂量分布模型可以保留靶区粒子剂量数据，作为射线粒子剂量追溯的一种手段，可以独立测量质子、重离子的γ通过率，减少使用第三方设备，提高了验证效率。该方法可以拓展应用到医疗等应用领域。

更进一步的，本公开实施例用于单个探测过程中重建剂量是可行的，同理推广到多角度、多射野的情况重建及叠加都是本公开实施例提供的方法是可以实现的。

图5示意性示出了根据本公开实施例的粒子照射靶区剂量分布重建装置的结构框图。

如图5所示，本公开实施例的粒子照射靶区剂量分布重建装置包括：剂量及位置监测模块510、粒子剂量计算模块520、粒子剂量分布计算模块530、粒子剂量模型构建模块540和粒子三维分布模型构建模块550。

剂量及位置监测模块510用于监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子。在一实施例中，剂量及位置监测模块510可以用于执行前文描述的操作S110，在此不再赘述。

粒子剂量计算模块520用于基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量。在一实施例中，粒子剂量计算模块520可以用于执行前文描述的操作S120，在此不再赘述。

粒子剂量分布计算模块530用于基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量。在一实施例中，粒子剂量分布计算模块530可以用于执行前文描述的操作S130，在此不再赘述。

粒子剂量模型构建模块540用于基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出实际过程中的三维剂量模型。在一实施例中，粒子剂量分布模型重建模块540可以用于执行前文描述的操作S140，在此不再赘述。

粒子三维分布模型构建模块550用于将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。在一实施例中，粒子三维分布模型构建模块550可以用于执行前文描述的操作S150，在此不再赘述。

根据本公开的实施例，剂量及位置监测模块510、粒子剂量计算模块520、粒子剂量分布计算模块530、粒子剂量模型构建模块540和粒子三维分布模型构建模块550中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，剂量及位置监测模块510、粒子剂量计算模块520、粒子剂量分布计算模块530、粒子剂量模型构建模块540和粒子三维分布模型构建模块550中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，剂量及位置监测模块510、粒子剂量计算模块520、粒子剂量分布计算模块530、粒子剂量模型构建模块540和粒子三维分布模型构建模块550中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

如图6所示，根据本公开实施例的电子设备600包括处理器601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器601例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))等等。处理器601还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器601可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 603中，存储有电子设备600操作所需的各种程序和数据。处理器601、ROM602以及RAM 603通过总线604彼此相连。处理器601通过执行ROM602和/或RAM 603中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，程序也可以存储在除ROM 602和RAM 603以外的一个或多个存储器中。处理器601也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。

根据本公开的实施例，电子设备600还可以包括输入/输出(I/O)接口605，输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。电子设备600还可以包括连接至I/O接口605的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、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。在本公开中，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、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 602和/或RAM 603和/或ROM 602和RAM 603以外的一个或多个存储器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims

1.一种粒子照射靶区剂量分布重建方法，其特征在于，包括：

监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；

基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；

基于各所述能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各所述能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量；

基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出三维剂量模型；

将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的剂量之前，所述方法还包括：

计算各种所述能量粒子的初始粒子剂量和预设的标定因子的乘积，得到各种所述能量粒子的绝对粒子剂量，以基于所述绝对粒子剂量计算各种所述能量粒子在靶区不同深度平面的剂量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量包括：

基于所述能量粒子的百分深度剂量曲线计算该能量粒子到达靶区不同深度平面和监测平面的粒子剂量比；

分别计算所述能量粒子的初始粒子剂量和所述能量粒子到达靶区不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比的乘积，得到所述能量粒子到达靶区不同深度平面的总粒子剂量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各所述能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，计算公式包括：

其中，E_m表示第m种能量粒子，d_n表示靶区内深度为d_n的第n个深度平面，Dose(x，y，d_n)表示深度为d_n的深度平面上的位置为(x，y)的粒子剂量，Dose(d_n，E_m)表示第m种能量粒子在深度为d_n的深度平面的总粒子剂量，(x_i，y_i)表示所述监测平面上所述粒子的束斑中心的位置，σ(d_n，E_m)表示能量为E_m的能量粒子的束流在深度为d_n的深度平面上高斯分布的标准差。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维剂量模型为：

其中，E_m表示第m种能量粒子，d_n表示深度为d_n的第n个深度平面，Dose(x，y，d_n)表示深度为d_n的深度平面上的位置为(x，y)的粒子剂量，Dose(d_n，E_m)表示第m种能量粒子在深度为d_n的深度平面的总粒子剂量，(x_i，y_i)表示所述监测平面上粒子的束斑中心的位置，σ(d_n，E_m)表示能量为E_m的能量粒子的束流在深度为d_n的深度平面上高斯分布的标准差，N_spot表示深度为d_n的深度平面上的位置点的总数，N_pdd表示所述能量粒子的种类数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述三维剂量模型中，所述能量粒子经过各所述深度平面的位置与所述能量粒子经过所述监测平面的位置具有映射关系，所述映射关系的公式表示包括：

其中，x_j表示所述能量粒子经过所述深度平面的位置，x₀表示所述能量粒子经过所述监测平面的位置，h₀表示所述能量粒子的源到所述监测平面的距离，d表示所述深度平面与所述靶区等中心的距离，r表示所述能量粒子的虚拟原轴距。

7.一种粒子照射靶区剂量分布重建装置，其特征在于，包括：

剂量及位置监测模块，用于监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；

粒子剂量计算模块，用于基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；

粒子剂量分布计算模块，用于基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；

粒子剂量模型构建模块，用于基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建三维剂量模型；

粒子三维分布模型构建模块，用于将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。

8.一种电子设备，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，

其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1～7中任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1～7中任一项所述的方法。