[發(fā)明專利]精確放射治療計(jì)劃系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610022704.4
• 申請(qǐng)日: 2006-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN101120871A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅正明;勾成俊;吳章文;楊代倫;侯氫;孫官清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都川大奇林科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00;A61B19/00;A61N5/00;G06F17/00;G06Q50/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉世權(quán)

1、一種精確放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，主要包括：再現(xiàn)人體器官與腫瘤靶區(qū)的三維醫(yī)學(xué)圖像重建模塊、高精確度光子束三維劑量計(jì)算模塊、高精確度電子束三維劑量計(jì)算模塊、光子束和電子束常規(guī)照射方案設(shè)計(jì)模塊、光子束和電子束適形照射方案設(shè)計(jì)模塊、光子束調(diào)強(qiáng)治療的逆向計(jì)劃方案設(shè)計(jì)模塊、以及機(jī)器參數(shù)和放射治療計(jì)劃輸出模塊，其特征在于：

a)再現(xiàn)人體器官與腫瘤靶區(qū)的三維醫(yī)學(xué)圖像重建模塊，主要包括對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行斷層圖像分割；通過(guò)基于切片級(jí)表面三維重建，生成腫瘤靶區(qū)和緊要器官的重建三維醫(yī)學(xué)圖像；

b)高精確度光子束三維劑量計(jì)算模塊，主要包括高精確度地確定光子束在人體內(nèi)各點(diǎn)處產(chǎn)生的劑量，它由以下步驟組成：

第一步：將光子束離散化為一系列微小矩形截面的微束光子；

第二步：應(yīng)用基于特征線算法的光子筆束模型，計(jì)算每一微束光子在人體內(nèi)各空間點(diǎn)處產(chǎn)生的劑量；

第三步：計(jì)入醫(yī)用加速器光子束能譜對(duì)計(jì)算點(diǎn)微束光子劑量的影響，對(duì)該點(diǎn)劑量進(jìn)行修正；

第四步：計(jì)入人體密度對(duì)計(jì)算點(diǎn)微束光子劑量的影響，對(duì)該點(diǎn)劑量進(jìn)行修正；

第五步：計(jì)入皮膚表面彎曲對(duì)計(jì)算點(diǎn)微束光子劑量的影響，對(duì)該點(diǎn)劑量進(jìn)行修正；

第六步：確定一個(gè)光子束中所有微束光子在計(jì)算點(diǎn)所產(chǎn)生的劑量；

第七步：確定全部光子束在計(jì)算點(diǎn)所產(chǎn)生的劑量；

c)高精確度的電子束三維劑量計(jì)算模塊，是高精確度地確定電子束在人體內(nèi)產(chǎn)生的三維劑量分布，包括以下步驟：

第一步：將電子束離散化為一系列微小矩形截面的微束電子；

第二步：應(yīng)用混合電子筆束模型，計(jì)算微束電子在人體各點(diǎn)處產(chǎn)生的劑量；

第三步：應(yīng)用醫(yī)用加速器的電子束能譜對(duì)計(jì)算點(diǎn)的劑量進(jìn)行修正；

第四步：計(jì)入皮膚表面彎曲性對(duì)計(jì)算點(diǎn)的微束電子劑量進(jìn)行修正；

第五步：在計(jì)入了電子束能譜、皮膚表面彎曲和電子束非規(guī)則射野的強(qiáng)度矩陣影響后，計(jì)算電子束在被照射人體中的三維劑量分布；

第六步：在多束電子適形照射情況下，計(jì)算全部電子束在人體內(nèi)各空間點(diǎn)處產(chǎn)生的劑量，得到多束電子適形照射在人體中產(chǎn)生的劑量分布：

d)光子束或電子束適形照射方案設(shè)計(jì)模塊，包括以下步驟：

第一步：獲取被照射病人的人體密度矩陣信息；

第二步：獲取與光子束或電子束相關(guān)的醫(yī)用加速器的機(jī)器參數(shù)數(shù)據(jù)；

第三步：完成光子束或電子束照射野的適形照射設(shè)計(jì)，包括：

①確定加速器出口處光子束截面至腫瘤的投影區(qū)域，或加速器出口處電子束截面至腫瘤的投影區(qū)域；

②依據(jù)該投影區(qū)域決定適形照射野的形狀與大小；

③安排多葉準(zhǔn)直器鎢片或擋鉛，遮擋適形照射野以外的區(qū)域；

④精確計(jì)算適形照射野在病人腫瘤區(qū)內(nèi)的劑量分布：

對(duì)采用光子束照射，調(diào)用高精確度光子束三維劑量計(jì)算模塊，計(jì)算光子束在人體中的三維劑量分布，

或者對(duì)采用電子束照射，調(diào)用高精確度電子束三維劑量計(jì)算模塊，計(jì)算電子束在人體中的三維劑量分布；

⑤依據(jù)計(jì)算得到的精確劑量，調(diào)整與控制加速器，使之從加速器發(fā)射出的射束直接照射在腫瘤區(qū)域內(nèi)；

第四步：計(jì)算光子束或電子束適形放射治療的劑量；

e)光子束調(diào)強(qiáng)治療的逆向計(jì)劃方案設(shè)計(jì)模塊，主要包括有如下內(nèi)容：

第一步，設(shè)置光子束：包括設(shè)置光子束射束數(shù)目，對(duì)每一光子束都確定一個(gè)射束方向，將確定方向的每束光子射束在參照截面上的射野劃分成很多微束光子，稱為光子射束元，同時(shí)將腫瘤區(qū)域和附近的緊要器官劃分成很多體積元，再確定要計(jì)算劑量的腫瘤和附近緊要器官的全部空間點(diǎn)的總數(shù)和這些空間點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

第二步，調(diào)用高精確度光子束三維劑量計(jì)算模塊，應(yīng)用基于特征線算法的光子筆束模型，計(jì)算標(biāo)號(hào)為i的單位強(qiáng)度光子射束元，在腫瘤靶區(qū)與緊要器官上標(biāo)號(hào)為j的計(jì)算點(diǎn)處所產(chǎn)生的劑量d(i，j)，當(dāng)該光子射束元i的強(qiáng)度為I(i)時(shí)，計(jì)算該光子射束元i在計(jì)算點(diǎn)j處產(chǎn)生的劑量d(i，j)×I(i)；

第三步，假定每一光子射束元的強(qiáng)度為I(i)，計(jì)算全部光子束的所有射束元在腫瘤靶區(qū)與緊要器官上標(biāo)號(hào)為j的計(jì)算點(diǎn)處所產(chǎn)生的劑量然后再逐一對(duì)腫瘤靶區(qū)和緊要器官上的全部計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行劑量求和計(jì)算，這里的求和符號(hào)上的標(biāo)記n，表示對(duì)全部光子束的所有射束元數(shù)目求和；

第四步，根據(jù)醫(yī)生對(duì)腫瘤靶區(qū)確定的處方劑量和緊要器官上的容忍劑量，要求對(duì)全部光子射束元的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得在靶區(qū)和緊要器官全部計(jì)算點(diǎn)上計(jì)算出的投放總劑量，正好為醫(yī)生想要賦于的處方劑量p(j)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

p(j)=Σi=1nd(i,j)×I(i)]]>????????j＝1，2，3，....n

該方程的矩陣形式為：

DI→=P→]]>

D為光子射束元?jiǎng)┝烤仃嚕渚仃囋獮閐(i，j)；是光子射束元的強(qiáng)度向量，其向量表達(dá)式為I→=[I1,I2.....In];]]>是醫(yī)生對(duì)腫瘤靶區(qū)和緊要器官確定的處方劑量向量，其向量表達(dá)式為P→=[p1,p2.....pn];]]>

鑒于依據(jù)醫(yī)生給出的處方劑量向量從該矩陣方程求解出所需要的光子射束元強(qiáng)度向量的實(shí)際困難，提供一種K空間投影算子算法來(lái)解決，具體作法是：

①事先要求所解得的光子射束元強(qiáng)度向量，應(yīng)滿足如下精度條件：

||DI→-P→||<ϵ,]]>?這里ε是醫(yī)生給出的精度指標(biāo)，

②用光子射束元?jiǎng)┝烤仃嘍與處方劑量向量構(gòu)造K空間的向量基底：

ζ→1=D1P→]]>

ζ→2=D2P→]]>

……

……

其中D^(m)代表用光子射束元?jiǎng)┝烤仃嘍自乘m次，這樣就構(gòu)成了一個(gè)m維的K^(m)空間的基底向量W=ζ→1,ζ→2,···ζ→m-1,ζ→m,]]>

③將處方劑量向量投影到K^(m)空間基底上，得到在K^(m)空間中的投影向量

I→m=W*(WTW)-1WTP→]]>

其中，W=ζ→1,ζ→2,···ζ→m-1,ζ→m,]]>W*=[P→,ζ→1,.....ζ→m-2,ζ→m-1],]]>W^T是W的轉(zhuǎn)置矩陣，(W^TW)^-1為(W^TW)的逆矩陣；

④當(dāng)計(jì)算次數(shù)推維到m次時(shí)得到的計(jì)算誤差Δm=||DI→(m)-P→||<ϵ]]>第一次成立，完成擴(kuò)維計(jì)算過(guò)程，將此時(shí)得到的作為滿足醫(yī)生設(shè)定處方劑量需要的可用光子射束元強(qiáng)度

第五步，在獲得了光子束的強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)后，將光子束強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為實(shí)施調(diào)強(qiáng)放射治療的多葉準(zhǔn)直器葉片的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，或者依據(jù)該數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一組厚度能滿足病人調(diào)強(qiáng)放射治療需要的由鉛合金板制成的補(bǔ)償器。