[发明专利]一种基于呼吸运动的动态优化系统

说明书

本发明公开了一种基于呼吸运动的动态优化系统。属于放疗的计划优化系统，具体包括：时间相位数据处理模块，利用4D CT获得每个呼吸相位的CT影像和采集时间；剂量计算模块，计算每个呼吸相位的剂量贡献矩阵，并根据动态模型公式，计算得到时间概率的器官采样点的剂量；优化判断模块，对器官位置与照射剂量进行验证，若存在器官位置的形变或照射剂量的误差，则进行计划优化，否则仍然采用原计划参数；子野优化模块，计划优化采用子野优化方法，根据动态模型得到每个器官点的剂量，计算目标函数极小值时满足期望剂量的子野形状和权重，并输出结果。本发明考虑动态模型进行计划优化，自动优化出最优计划参数。

技术领域

本发明涉及放疗的计划优化系统，具体涉及一种基于呼吸运动的动态优化系统。

背景技术

计划优化系统是通过计算机软件进行计算计划参数，优化得到的计划参数包括子野权重和子野形状，传统的计算包括“两步法”和直接子野优化两种。“二步法”分为强度优化和子野分割两步，强度优化是根据优化算法计算得到每个射野对应的强度分布，子野分割是将强度分布转为每个MLC的子野形状。直接子野优化是直接优化计算得到的是可以直接实施的子野形状和子野权重。

目前，计划参数的优化都是“两步法”或直接子野优化，实际中可以利用影像图像和剂量图像，根据图像的变化反馈调整计划，使计划更加精确，目前调整计划的方法多是通过在计算机上手动调整计划参数进行优化，手动调整的方法需要花费较多的时间，通过试错的方式找到满足期望的计划。同时，这些优化并没有考虑呼吸时序带来的影响，现有技术中，降低呼吸运动的影响主要通过机器辅助控制呼吸，如呼吸门控技术，并非建立动态模型进行优化，而且通过手动调整的计划也不能保证是最优解。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于呼吸运动的动态优化系统。

本发明的技术方案是：一种基于呼吸运动的动态优化系统，包括相互连接的动态模型模块与计划优化模块；

所述的动态模型模块包括时间相位数据处理模块与剂量计算模块；

所述的计划优化模块包括优化判断模块与子野优化模块。

进一步的，所述的时间相位数据处理模块是利用4D CT获得每个呼吸相位的CT影像和采集时间，并将输入的4D CT影像数据发送至剂量计算模块；

其中，每个相位处的时间进行归一化，所有相位总时间为1。

进一步的，所述的剂量计算模块是根据时间相位数据处理模块得到的每个呼吸相位的影像和时间，计算每个呼吸相位的剂量贡献矩阵，利用动态模型公式计算得到时间概率的器官采样点的剂量，再将得到时间概率的器官采样点的剂量发送至子野优化模块；

其中，所述动态模型计算公式具体如下式所示：

式(1)中，

式(1)中，表示是第个相位处的第m个粒子束对第i个器官采样点的剂量贡献，其全部数值构成剂量贡献矩阵；x_m表示是第m个粒子束的权重，该权重为计算需要求解的值，d_i表示是第i个器官采样点所受的剂量；

式(2)中，D′_m，i表示是所有相位剂量贡献矩阵的概率密度函数；

式(3)中，表示是第个相位处时间的归一化值，所有相位总时间为1。

进一步的，所述的优化判断模块通过对输入器官位置与照射剂量进行验证，判断其是否存在器官位置的形变或照射剂量的误差；

在判断照射剂量的误差时，若存在照射剂量的误差，则直接进入子野优化模块，从而进行自适应计划优化；否则进行输出原计划参数；