一种用于粒子治疗的扫描照射方法、装置和治疗头制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于粒子治疗的扫描方法、装置和治疗头。根据本发明专利技术的方法，包括：a获取所述待照射对象的照射点分布信息；b基于所述照射点分布信息，来确定当前扫描路径；c根据所述当前扫描路径进行扫描；d在未满足预定终止条件时，基于所述当前扫描路径执行优化操作，以获得优化扫描路径，并将所述优化扫描路径作为当前扫描路径，重复执行所述步骤c、d。本发明专利技术优点在于：通过对同一照射层采用不同的扫描路径进行多次扫描，能够有效地消除剂量不均衡的问题，并且通过对扫描路径的优化，缩短了路径长度，减少了治疗所需时间，减少了对设备电源的需求，并且，优化后的路径降低了对磁铁大角度偏转的要求，提高了整个运行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于粒子治疗的扫描照射方法、装置和治疗头
本专利技术涉及放射线治疗
，尤其涉及一种用于粒子治疗的扫描照射方法、装置和治疗头。
技术介绍
粒子放疗是目前世界上最先进的癌症治疗手段之一。与通常的光子放疗(X射线放疗)相比，粒子被照射到病人体内时，将在粒子射程终端形成最大剂量峰值，即，形成所谓的布拉格峰(BraggPeak)。因而通过精密控制粒子束流能量和粒子束照射位置，可以将高剂量粒子集中照射到目标肿瘤靶区内，同时将对目标肿瘤周围的正常组织和正常器官的不利照射剂量降低到最少，从而实现比X射线放疗更加适形的剂量分布，提高肿瘤的治疗效果，降低副作用。粒子加速器产生的粒子束流通常束斑大小为10毫米以下，因而当需要将粒子束均匀地照射到比如直径为10厘米的肿瘤靶区时，则需利用粒子照射装置，将束斑直径只有不到1厘米的粒子束扩大到10厘米范围，同时需要照射不同能量的粒子束流，以将原本只有数毫米宽的布拉格峰扩展到肿瘤靶区沿照射方向的厚度相当的宽度，从而在三维的肿瘤靶区形成均匀的三维适形的剂量分布。实现上述三维适形的剂量分布通常有两种照射方法，分别为二维照射方法和三维照射方法。其中，二维照射方法也称散射体法。图1中示意出了当前的三维扫描照射方式。其主要形式是利用一对偏转方向正交的二极电磁铁，使从粒子加速器输送过来的粒子束按计划的轨迹扫描，形成固定的轨迹(比如圆形或ZigZag形等轨迹，或者形成按治疗计划给出的轨迹)。当所有照射点分布都相对集中时，显然对路径的要求就比较低，按照常规的方法可以遍历到各个点，既不需要复杂的路径也可以短时间内完成(参照图2)。然而现有技术的问题在于，很多情况下，肿瘤的分布往往不一定非常密集，可能其形状是非连通，中间可能会有大量的孔洞，当然其中也可能分布重要的器官。并且，在一种称为三维连续快扫描模式(fastrastercontinuosscanning)下，束流在扫描点之间移动时并不关闭，因而也会在扫描路径上贡献剂量。一般情况下，这部分移动中剂量(transientdose)很难在治疗计划中加以考虑，而是可以通过改良照射控制方法将移动中剂量贡献也计算在相邻照射点的剂量中，只要扫描点的间距充分小，这种方法带来的剂量误差就可以控制得足够小。但是，有的扫描点间距比扫描束直径大很多，使用这种控制方式来消除移动中剂量贡献带来的误差效果不够理想。这种误差，如果总是采用同一路径进行扫描，则会导致剂量分布的误差积累，尤其在扫描速度较慢的方向上，导致其剂量分布的不均匀性更加明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于粒子治疗的扫描照射方法、装置和设备。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于粒子治疗的扫描照射方法，其中，对于每层待照射对象，所述方法包括以下步骤：a获取所述待照射对象的照射点分布信息；b基于所述照射点分布信息，来确定当前扫描路径；c根据所述当前扫描路径进行扫描照射；d在未满足预定终止条件时，基于所述当前扫描路径执行优化操作，以获得优化扫描路径，并将所述优化扫描路径作为当前扫描路径，重复执行所述步骤c、d。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于粒子治疗的扫描装置，其中，对于每层待照射对象，所述扫描装置包括：获取装置，用于获取所述待照射对象的照射点分布信息；确定装置，用于基于所述照射点分布信息，来确定当前扫描路径；执行装置，用于根据所述当前扫描路径进行扫描；优化装置，用于在未满足预定终止条件时，基于所述当前扫描路径执行优化操作，以获得优化扫描路径，并将所述优化扫描路径作为当前扫描路径，重复执行所述执行装置和优化装置的操作。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：通过对同一照射层采用不同的扫描路径进行多次扫描，能够有效地消除扫描照射时剂量不均衡的问题，并且通过对扫描路径的优化，缩短了路径长度，进而减少了治疗所需时间，减少了对设备电源的需求，并且，优化后的路径降低了对磁铁大角度偏转的要求，提高了整个运行效率。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示意出了现有技术中采用三维扫描模式下的束流示意图；图2为现有技术中所采用的一种扫描路径的示意图；图3为根据本专利技术的一个实施例的，采用本专利技术的优化方案后可以获得的相对图1的优化扫描路径的示意图；图4为根据本专利技术一个优选实施例的一种采用现有技术的扫描路径示意图；图5a至图5e为根据本专利技术的一个实施例的，从图4所示扫描路径开始进行优化后获得的各条不同的优选路径的示意图；图6示意出了根据本专利技术的一种扫描方法的流程示意图；图7示意出了根据本专利技术的一种扫描装置的装置结构示意图。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。参照图6，图6示意出了根据本专利技术的一种用于粒子治疗的扫描照射方法的流程图。其中，所述方法通过包含于计算机设备中的扫描装置所述计算机设备包括一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的电子设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(FPGA)、数字处理器(DSP)、嵌入式设备等。优选地，根据本专利技术的扫描装置，包含于扫描治疗头中。其中，(参照图7)根据本专利技术的扫描治疗头包括：从上至下依次设置的第一扫描磁铁、第一真空盒、第二扫描磁铁、第二真空盒、真空窗以及束流监测模块，和扫描电源及电源控制器以及照射控制装置。更优选地，所述扫描装置包含于所述扫描治疗头的照射控制装置中。其中，根据本专利技术的扫描治疗头对每个待照射对象，如肿瘤组织等的分为多个照射层分别进行照射。优选地，扫描治疗头基于扫描装置，对每个照射层采用如本专利技术所述的方法，通过步骤S1至步骤S5来进行照射。继续参照图6，在步骤S1中，扫描装置获取所述待照射对象的照射点分布信息。其中，所述照射点用于指示需要被照射的部分，例如，肿瘤细胞的位置等。接着，在步骤S2中，扫描装置基于所述照射点分布信息，来确定当前扫描路径。其中，所述当前扫描路径基于预定算法对各个照射点进行遍历得到。当采用不同的预定算法时，可以得到不同的当前扫描路径。例如，圆形、zigzag形等等。接着，在步骤S3中，扫描装置根据所述当前扫描路径进行扫描。具体地，扫描装置通过对治疗头上的第一扫描磁铁、第二扫描磁铁等部件的控制，来控制粒子束流沿着当前扫描路径进行扫描。接着，在步骤S4中，在未满足预定终止条件时，扫描装置基于所述当前扫描路径执行优化操作，以获得优化扫描路径，并将所述优化扫描路径作为当前扫描路径，重复执行步骤S3至步骤S4。其中，预定终止条件包括但不限于以下至少任一项：1)达到预定扫描次数。2)连续几次获得的优化扫描路径的实现收敛。其中，本领域技术人员应可根据实际情况和需求来确定收敛的判断标准，此处不再赘述。具体地，扫描装置根据扫描相关信息，如扫描次数、扫描路径等，判断当前是否已满足预定终止条件，当未满足预定终止条件时，继续执行步骤S3至步骤S4，直至满足预定终止条件。优选地，扫描装置基于所述当前扫描路径，采用路径优化算法，根据预定N个的基于不同随机数得到的扫描路径优化结果，将扫描照射过程分成对应数目的重复扫描照射过程，分别按照上述预定的优化扫描路径实施N次重复扫描照射。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于粒子治疗的扫描照射方法，其中，对于每层待照射对象，所述方法包括以下步骤：a获取所述待照射对象的照射点分布信息；b基于所述照射点分布信息，来确定当前扫描路径；c根据所述当前扫描路径进行扫描；d在未满足预定终止条件时，基于所述当前扫描路径执行优化操作，以获得优化扫描路径，并将所述优化扫描路径作为当前扫描路径,重复执行所述步骤c、d。

【技术特征摘要】
1.一种用于粒子治疗的扫描照射方法，其中，对于每层待照射对象，所述方法包括以下步骤：a获取所述待照射对象的照射点分布信息；b基于所述照射点分布信息，来确定当前扫描路径；c根据所述当前扫描路径进行扫描；d在未满足预定终止条件时，基于所述当前扫描路径执行优化操作，以获得优化扫描路径，并将所述优化扫描路径作为当前扫描路径,重复执行所述步骤c、d。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤d进一步包括：-基于所述当前扫描路径，采用路径优化算法，根据预定N个的基于不同随机数得到的扫描路径优化结果，将扫描照射过程分成对应数目的重复扫描照射过程，分别按照上述预定的优化扫描路径实施N次重复扫描照射。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述路径优化算法包括以下任一种：-模拟退火算法；-基因算法。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预定终止条件基于以下至少任一种信息来确定：-预定扫描次数；-连续获得的优化扫描路径的实现收敛。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，每次执行步骤c时所根据的所述当前扫描路径不完...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，蒲越虎，马晓颖，李永江，
申请(专利权)人：上海艾普强粒子设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31