放射治疗系统及其治疗计划生成方法技术方案

一种放射治疗系统及其治疗计划生成方法，放射治疗系统包括射束照射装置、治疗计划模块和控制模块。射束照射装置产生治疗用射束并照射到被照射体形成被照射部位，治疗计划模块根据治疗用射束的参数和被照射部位的医学影像数据生成治疗计划，控制模块从治疗计划模块调取与被照射体对应的治疗计划，并控制射束照射装置按照治疗计划生成方法确定的至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间依次对被照射体进行照射。本发明专利技术的放射治疗系统及其治疗计划生成方法，可以分散被照射部位浅部辐射量和增加病变组织深部的辐射量，以降低正常组织最大剂量和提升病变组织最小剂量，同时保证病变组织内的剂量的均匀分布。证病变组织内的剂量的均匀分布。证病变组织内的剂量的均匀分布。

【技术实现步骤摘要】
放射治疗系统及其治疗计划生成方法


[0001]本专利技术一方面涉及一种放射治疗系统；本专利技术另一方面涉及一种治疗计划生成方法，尤其涉及一种放射治疗系统的治疗计划生成方法。

技术介绍

[0002]随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤(如：多行性胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme)、黑色素细胞瘤(melanoma))的治疗成效往往不佳。
[0003]为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗(chemotherapy)中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应(relative biological effectiveness,RBE)的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。
[0004]硼中子捕获治疗是利用含硼(
10
B)药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由
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B(n,α)7Li中子捕获及核分裂反应产生4He和7Li两个重荷电粒子，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。
[0005]放射线治疗是以正常组织、器官可接受辐射照射的耐受程度或可复原的轻微副作用下，运用高能量辐射破坏肿瘤细胞并防止其生长与分裂，以达到控制或治愈肿瘤，因此，肿瘤剂量受到正常组织、器官可接受辐射剂量的限制。同时，硼中子俘获治疗效益取决于肿瘤内含硼药物分布累积和中子集聚量。含硼药物分布累积受肿瘤特性和患者代吸收谢能力影响，目前透过正电子发射断层(Positron Emission Tomography,PET)扫描筛选适合采用硼中子俘获治疗的患者。中子通量随经过患者体内深度增加而减少，又与药物中的硼元素作用而抑制，导致沿中子入射方向深处的肿瘤中中子集聚量少。
[0006]三维模型广泛应用于科学实验分析、科学实验模拟领域。比如在核辐射与防护领域，为了模拟人体在一定辐射条件下的吸收剂量以帮助医生制定治疗计划，常常需要利用计算机技术对医学影像数据进行各种处理建立精确的蒙特卡罗软件需要的晶格模型，并结合蒙特卡罗软件进行模拟计算。现有中子捕获治疗计划系统中，通过对照射角度的评价为中子束选择一个最佳角度照射，一方面由于肿瘤深处中子集聚量少需要增加辐射剂量，另一方面受到正常组织、器官可接受辐射剂量的限制需要控制辐射剂量，而导致治疗效果大打折扣。
[0007]因此，有必要提出一种放射治疗系统及其治疗计划生成方法。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的一个方面提供一种放射治疗系统，包括射束照射装置、治疗计划模块和控制模块。射束照射装置产生治疗用射束并照射到被照射体形成被照射部位。治疗计划模块根据所述射束照射装置产生的所述治疗用射束的参数和所述被照射部位的医学影像数据生成治疗计划，所述治疗计划确定至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间，其中，所述照射角度定义为所述治疗用射束的照射点至所述被照射部位的病变组织预设点的向量方向。控制模块从所述治疗计划模块调取与所述被照射体对应的所述治疗计划，并控制所述射束照射装置按照所述治疗计划确定的至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间依次对所述被照射体进行照射。依据病变组织分布采用多个照射角度进行放射治疗，分散和降低了被照射部位浅部辐射量，降低了正常组织接受的辐射剂量及正常组织最大剂量，进而降低了接受放射治疗后正常组织发生副作用机率；同时，可以适当增加总的辐射剂量，以增加病变组织剂量，特别是病变组织深部的辐射量，提升了病变组织最小剂量；多入射方向还可以使病变组织内的剂量更加均匀。
[0009]进一步地，所述治疗计划模块是通过蒙特卡罗模拟程序模拟所述被照射部位进行所述治疗用射束的照射时的辐射剂量分布并结合数学算法生成出所述治疗计划。更进一步地，所述治疗计划模块根据模拟的辐射剂量分布建立感兴趣区域的目标函数，并对目标函数进行优化求解，计算出所述至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间。
[0010]作为一种优选地，所述治疗计划模块根据所述被照射部位的医学影像数据建立三维体素假体组织模型，并将所述治疗用射束的参数和所述三维体素假体组织模型输入所述蒙特卡罗模拟程序对不同照射角度取样进行模拟，并计算在取样的照射角度k下，每一体素单元i单位时间所受到的辐射剂量D
ki
。
[0011]作为一种优选地，三维体素假体组织模型带有组织种类、组织密度信息，更加精确地提供组织种类、元素组成及密度，建立的几何模型更加匹配于医学影像数据反应出的真实情况。进一步地，所述放射治疗系统为硼中子捕获治疗系统，所述三维体素假体组织模型还带有组织硼浓度信息，可以清楚地知道各个组织内的含硼药物浓度，进行硼中子捕获治疗照射模拟时，能够更加真实地反应出实际情况。
[0012]作为一种优选地，所述对不同照射角度取样时或者在取样计算后还可以对所述取样的射束角度进行筛选。
[0013]进一步地，所述目标函数采用公式一：
[0014][0015]其中，d
i
为体素i的总剂量，为体素i的处方剂量；
[0016]对于某一体素i来说，其所受总剂量d
i
可以采用公式二进行计算：
[0017][0018]其中，w
k
为不同照射角度下的照射时间，D
ki
为单位时间体素i在照射角度k下的剂量，d
i
为体素i的总剂量；
[0019]体素i的处方剂量可以采用公式三进行计算：
[0020][0021]其中，d
pN
为感兴趣区域N的处方剂量，C
N
为该感兴趣区域的体素的数量。
[0022]进一步地，所述治疗计划模块采用优化算法通过公式四对目标函数进行优化求解：
[0023]min{F(d
i
)}
ꢀꢀ
(公式四)
[0024]定义公式四的设计变量为X，其中，设计变量X由公式五表达：
[0025]X＝{w1,w2…
w
k
}
ꢀꢀ
(公式五)；
[0026]根据设计变量X的最优解确定所述至少两个照射角度k及不同照射角度k对应的照射时间w
k
。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放射治疗系统，其特征在于，包括：射束照射装置，所述射束照射装置产生治疗用射束并照射到被照射体形成被照射部位；治疗计划模块，所述治疗计划模块根据所述射束照射装置产生的所述治疗用射束的参数和所述被照射部位的医学影像数据生成治疗计划，所述治疗计划确定至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间，其中，所述照射角度定义为所述治疗用射束的照射点至所述被照射部位的病变组织预设点的向量方向；控制模块，所述控制模块从所述治疗计划模块调取与所述被照射体对应的所述治疗计划，并控制所述射束照射装置按照所述治疗计划确定的至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间依次对所述被照射体进行照射。2.根据权利要求1所述的放射治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块是通过蒙特卡罗模拟程序模拟所述被照射部位进行所述治疗用射束的照射时的辐射剂量分布并结合数学算法生成所述治疗计划。3.根据权利要求2所述的放射治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块根据模拟的辐射剂量分布建立感兴趣区域的目标函数，并对目标函数进行优化求解，计算出所述至少两个照射角度和每个照射角度对应的照射时间。4.根据权利要求3所述的放射治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块根据所述被照射部位的医学影像数据建立三维体素假体组织模型，并将所述治疗用射束的参数和所述三维体素假体组织模型输入所述蒙特卡罗模拟程序对不同照射角度取样进行模拟，并计算在取样的照射角度k下，每一体素单元i单位时间所受到的辐射剂量D
ki
。5.根据权利要求4所述的放射治疗系统，其特征在于：所述目标函数采用公式一：其中，d
i
为体素i的总剂量；为体素i的处方剂量；对于某一体素i来说，其所受总剂量d
i
可以采用公式二进行计算：其中，w
k
为不同照射角度下的照射时间，D
ki
为单位时间体素i在照射角度k下的剂量，d
i
为体素i的总剂量；体素i的处方剂量可以采用公式三进行计算：其中，d
pN
为感兴趣区域N的处方剂量，C
N
为该感兴趣区域的体素的数量。6.根据权利要求5所述的放射治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块采用优化算法通过公式四对目标函数进行优化求解：min{F(d
i
)} (公式四)定义公式四的设计变量为X，其中，设计变量X由公式五表达：X＝{w1,w2…
w
k
} (公式五)；
根据设计变量X的最优解确定所述至少两个照射角度k及不同照射角度k对应的照射时间w
k
。7.根据权利要求6所述的放射治疗系统，其特征在于：所述治疗计划模块对所述目标函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江，陈韦霖，
申请(专利权)人：中硼厦门医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：