[发明专利]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。利用了Conformal类型Arc的治疗效率，同时在优化过程中，充分考虑到Conformal Arc对总计划的剂量贡献，优化针对整个计划进行，采用基于射野强度分布和子野分割后的结果，转化成动态结果，最后使用共轭梯度法优化子野权重。这样既可以满足计算时间的要求，又能满足优化效果要求，同时使得射野的利用率大大提高。

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和肿瘤形态学特征的旋转调强优化方法和系统。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即弧形野或弧。

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；

其中，将弧形野Arc(下文中简称Arc)类型分为Conformal和IMRT两种；

第2步，根据上述条件将Arc离散化，获得若干静态临时射野Beam；

第3步，基于第2步，对设置类型为Conformal类型Arc离散获得的静态临时射野Beam，根据靶区的形态学，得到光栅子野的形状；

第4步，计算Conformal类型Arc的剂量，具体如下；

对每一个子野，使用基于GPU的蒙特卡洛算法gDPM，计算剂量分布Dseg(i)；

第5步，对剩余的IMRT类型的Arc所离散的静态临时射野Beam进行强度优化，且使用共轭梯度法对其进行强度优化；

第6步，对强度进行子野分割；

第7步，将得到的静态野的子野按顺序均匀分布到原来的弧形野上；

第8步，使用gDPM计算每个子野的剂量分布；

第9步，最后再使用共轭梯度法优化每个子野的权重。