[發明專利]一種基于神經網絡和切倫科夫光的輻照劑量測量方法與裝置

在審

• 申請號: 202210399219.8
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN115393256A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 張屹峰;戴冬睿;耿長冉;田鋒;潘溫宇;狄興;湯曉斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06N3/04;G06N3/08;G16H20/40
• 代理公司: 北京乾成律信知識產權代理有限公司 11927
• 代理人: 蘇捷;王月春

本發明提出了一種基于神經網絡和切倫科夫光的輻照劑量測量方法與裝置，該方法主要包括：獲取患者的CT圖像、體外測量得到切倫科夫光圖像和治療前由治療計劃系統設計的患者三維劑量分布樣本；基于上述信息對人工智能網絡模型進行訓練和測試；在放射治療過程中，利用可光學探測裝置對患者體表一個或多個角度發射的切倫科夫光進行探測；以及基于訓練好的人工智能網絡模型、拍攝得到的切倫科夫光分布和CT圖像，預測人體組織內實時三維劑量分布，并將該三維劑量分布與設計的劑量分布進行比對驗證。本發明具有快速、準確、簡單、易行等特點，能有效解決放射治療過程中劑量實時監測不準確的難題，有效保障了放射治療的治療效果。

技術領域

本發明涉及放射治療與輻射測量領域，具體地，涉及一種基于神經網絡與切倫科夫光的輻射劑量監測方法、該方法在放射治療劑量監測中的應用、裝置及非瞬時性計算機存儲介質。

背景技術

癌癥已成為威脅人類生命健康的頭號殺手。放射治療作為一種局部、無創的治療方式，其優異的治療效果已在臨床上得到驗證，目前已成為癌癥治療的三大手段之一。放射治療是一種通過電離輻射殺死腫瘤細胞的癌癥治療方式。其基本原理是：利用射線照射腫瘤區域，直接或間接地殺死腫瘤細胞，與此同時要避免周圍正常組織受到放射性損傷，進而達到對腫瘤細胞生長和擴散的控制。經過了上百年的發展，如今放射治療技術已經發展為三維放射治療。調強放射治療和容積調強放射治療等治療方式已經成為了光子放射治療的主要手段。

隨著精準醫療的發展，對放射治療時劑量投遞提出了高精準度和低誤差的要求，使得放射治療中質量保證和質量控制尤為重要。在放射治療中，質量保證是指經過周密計劃而采取的一系列必要措施，保證放射治療整個服務過程中各個環節按國際標準準確安全的執行。簡而言之，質量保證意味著質量評定和質量控制的結合，使整個治療計劃進行精心設計和準確執行。質量保證包括了靶區劑量確定、劑量儀測量準確性和物理技術方面的質量保證等。目前，臨床上已經開發了一系列輻射劑量測量儀器以實現對治療前的治療計劃驗證與治療過程中的輻射劑量監測，如電離室、熱釋光劑量計、凝膠劑量計等。但現有技術普遍存在著無法重復使用、空間分辨率不夠高、輻射損傷等問題。因此，為進一步提升放療劑量的投遞精度，實現治療效果的準確評估，亟需對現有的測量原理開展理論創新，并開發更高效更精確的劑量測量設備。

背景技術部分的內容僅僅是發明人所知曉的技術，并不當然代表本領域的現有技術。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種基于神經網絡與切倫科夫光探測的輻射劑量監測方法，以實現治療過程中的實時輻射劑量三維分布的精準表征。

具體地，該方法包括：

獲取患者的CT圖像、體外探測得到的患者表面發射的切倫科夫光分布圖像和治療前確定的患者體內真實三維劑量分布樣本；

使用所述CT圖像、所述切倫科夫光分布樣本和所述三維劑量分布樣本對神經網絡模型進行訓練和測試；

在放射治療過程中，利用可實現三維運動的光學探測裝置對治療過程中患者表面一個角度或多個角度發射的切倫科夫光進行探測，獲取患者表面發射的切倫科夫光分布；以及

基于訓練好的所述神經網絡網絡模型、拍攝得到的切倫科夫光分布及所述CT圖像，預測治療過程中人體內三維劑量分布。

根據本申請的一些實施例，獲取患者表面發射的切倫科夫光樣本、患者體內三維劑量分布樣本和患者的CT圖像包括：

獲取所述CT圖像；以及

使用治療計劃系統計算得到患者體內三維劑量分布；

或者使用蒙特卡羅方法模擬放射治療過程中的粒子輸運過程，獲取患者體內三維劑量分布。

根據本申請的一些實施例，使用蒙特卡羅方法模擬放射治療過程中的粒子輸運過程，獲取患者體內三維劑量分布樣本包括：