[发明专利]一种基于动态光栅的旋转调强优化方法及放射治疗设备

说明书

本发明公开了一种基于动态光栅的旋转调强优化方法及放射治疗设备，本发明与现有技术相比的优点在于：本发明结合了IMRT的Sliding Window的快速优化和肿瘤形态学特征算法的优点，又有效的克服了两者的缺点。针对旋转射野，采用基于射野强度分布和子野分割后的结果，转化成动态再使用共轭梯度法优化子野权重，扰动技术优化子野形状。这样既可以满足计算时间的要求，又能满足优化效果要求。

技术领域

本发明涉及加速器治疗装置，具体涉及一种基于动态光栅的旋转调强优化方法及放射治疗设备。

背景技术

放射治疗作为肿瘤的一种局部治疗手段，一直在不断寻求解决的一个基本问题是，如何较好地处理肿瘤组织和周围正常组织的剂量关系，使肿瘤得到最大限度的局部控制而周围正常组织和器官的放射损伤最小。临床经验证明，肿瘤的局部控制与正常组织的放射损伤有一定的关系。多数情况下，肿瘤控制率与正常组织损伤成正比例，即提高肿瘤的局部控制率必然造成对正常组织的更多的损伤。临床经验也证明，通过改进照射技术、选择合理的时间剂量因子，在保持同等水平的肿瘤控制率的情况下，可减低正常组织的放射损伤。治疗方案的优化是实现上述目的的途径之一。

旋转调强是目前发展的最先进的调强技术，能够很好的避免传统IMRT治疗时间长的缺点，同时治疗效果优于IMRT，大大提高计划执行的效率。传统的IMRT治疗，在治疗过程中，加速器大机架是静止的，每个治疗野切换时，都要停止出束，机架到位之后再重新出束，导致治疗效率相对旋转治疗较为低下；最初的旋转治疗没有优化过程，将一个弧划分成若干个方向，每个方向上的子野形状根据BEV(Beam Eye View射野方向视图)中的形状确定。后来发展了旋转调强优化，采用一些优化方法，优化得到每个方向上的子野形状和权重。但是目前旋转调强优化的难点在于优化参数众多，优化时间长，很难得到最优的方案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决现有技术中优化参数众多，优化时间长，很难得到最优的方案的缺陷，本发明提供了一种基于动态光栅的旋转调强优化方法和放射治疗设备。能够快速解决旋转调强参数优化问题，其优化结果能够完全满足放疗计划制定的要求，而又使得计算时间能够在本领域技术人员可以接受的范围内。

本文中的Arc即弧形野。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于动态光栅的旋转调强优化方法，包括以下步骤：

第1步，设置以下参数：弧形野数量、起始角度、角度间隔、剂量约束；

第2步，根据上述参数将Arc离散化，获得若干静态临时射野Beam；

第3步，基于第2步，对上述静态临时射野Beam进行强度优化，再对强度进行子野分割，将得到的静态临时射野Beam的子野按顺序均匀分布到原来的弧形野上；

第4步，使用gDPM计算每个子野的剂量分布，最后再使用共轭梯度法优化每个子野的权重，得到最优的剂量分布。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明结合了IMRT的Sliding Window的快速优化和肿瘤形态学特征算法的优点，又有效的克服了两者的缺点。针对旋转射野，采用基于射野强度分布和子野分割后的结果，转化成动态再使用共轭梯度法优化子野权重，扰动技术优化子野形状。这样既可以满足计算时间的要求，又能满足优化效果要求。

进一步的，所述第2步具体如下：

根据Arc的起始角度G_start和结束角度G_end，角度间隔G_step、每个射野子野数SegNumOneBeam，计算：

子野个数：

NSeg＝(G_end-G_start)/G_step；

射野个数：