[發(fā)明專利]一種調(diào)強(qiáng)放射治療射束角度優(yōu)化系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310086294.3
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN115920257A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田野;陳亮;司朗春;曹瑞芬;張興義
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10;G06F17/16
• 代理公司: 北京知藝互聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16137
• 代理人: 孫一方

1.一種調(diào)強(qiáng)放射治療射束角度優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括：

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；將放療數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮并采用稀疏讀取，得到稀疏矩陣樣本；

方向劃分模塊；初始化射束角度為0～360°，剔除禁忌角度，并按照固定步長劃分出若干個射束方向；

第一計算模塊；以射束長度為步長，對稀疏矩陣樣本進(jìn)行行累加，得到當(dāng)前所有射束方向的劑量沉積矩陣；

第二計算模塊；通過共軛梯度算法求解射束方向的強(qiáng)度分布矩陣；

第三計算模塊；通過劑量沉積矩陣和強(qiáng)度分布矩陣計算劑量分布矩陣；

優(yōu)化模塊；通過側(cè)抑制函數(shù)和鄰近效應(yīng)函數(shù)對射束方向進(jìn)行約束；通過子野內(nèi)體素劑量條件對劑量分布矩陣優(yōu)化，得到每個射束方向的目標(biāo)劑量；

剔除模塊；基于目標(biāo)劑量、抑制值和鄰近效應(yīng)值，計算射束方向的重要性；剔除重要性最低的射束方向，直至剩余射束方向數(shù)量等于預(yù)先設(shè)定的角度數(shù)量，然后將射束方向還原成射束角度，輸出射束角度及其對應(yīng)的目標(biāo)劑量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)強(qiáng)放射治療射束角度優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，

射束長度：BeamLen＝rows*clos；

射束方向劃分：

式中，BeamLen表示每個方向的射束長度；rows表示子野的行數(shù)；clos表示子野的列數(shù)；{θ_j}表示所有禁忌角度的集合；α表示固定步長。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)強(qiáng)放射治療射束角度優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，第二計算模塊的具體執(zhí)行過程為：輸入劑量沉積矩陣P、迭代初值x₀、右端項b、方向系數(shù)A、閾值ε，初始化當(dāng)前迭代次數(shù)k＝0、方向向量d₀＝b-Ax₀、梯度r₀＝d₀、總迭代次數(shù)n＝size(P,1)；然后進(jìn)行迭代更新，迭代過程具體如下：

(1)計算迭代步長：

(2)更新迭代初值：x_k+1＝x_k+ρ_kd_k；

(3)計算迭代梯度：r_k+1＝b-Ax_k+1；

如果‖r_k+1‖≤ε或者達(dá)到總迭代次數(shù)n，則停止迭代，返回近似解x_k+1作為強(qiáng)度分布矩陣X，否則繼續(xù)迭代；

(4)更新組合系數(shù)：

(5)更新共軛方向：d_k+1＝r_k+1+β_kd_k；

(6)更新迭代次數(shù)：k＝k+1；

(7)進(jìn)行下一次迭代；

式中，ρ_k表示第k次迭代的步長；r_k表示第k次迭代的梯度；r_k+1表示第k+1次迭代的梯度；d_k表示第k次迭代的方向向量；x_k表示第k次迭代的初值；x_k+1第k+1次迭代的初值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)強(qiáng)放射治療射束角度優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，

劑量分布矩陣：D＝P*X；

側(cè)抑制函數(shù)：LI＝C₁*(cos^2.5η+cos¹⁸η)*std；

臨近效應(yīng)函數(shù)：PE＝C₂*(cos^2.5η+cos¹⁸η)*std；

式中，D表示劑量分布矩陣；P表示劑量沉積矩陣；X表示強(qiáng)度分布矩陣；LI表示側(cè)抑制值；PE表示臨近效應(yīng)值；C₁和C₂表示控制參數(shù)；η表示射束間的角度差；std表示移除效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差。