一种放疗剂量验证的方法技术

本发明专利技术涉及一种放疗剂量验证的方法，属于放疗过程中的剂量验证技术领域。本发明专利技术的方法首先由EPID上的灰度响应值提取出EPID上的原射线灰度响应值并转换为EPID上的原射线通量，然后反推计算出模体内每一点的原射线通量值，再利用模体内的散射核确定模体内的散射线通量值，最后，利用模体内的剂量转换因子得到对应位置的剂量值；现有技术中剂量转换是在EPID上通过拟合的方式实现的，由于放疗过程中患者体内某位置的实际剂量吸收是和穿透该位置的X(γ)射线通量相关的，与EPID上的通量没有直接的联系，与现有技术相比，本发明专利技术的剂量转换因子更符合实际物理过程，重建出的剂量精度更高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种放疗剂量验证的方法


[0001]本专利技术涉及一种放疗剂量验证的方法，该方法通过基于EPID(电子射野影像装置)的直接反演计算三维剂量，然后将模体内的三维射线剂量和TPS剂量进行比较，以实现放疗剂量验证，属于放疗过程中剂量验证


技术介绍

[0002]现有的放疗剂量验证方法可以分为两大类：正向法和反向法。正向法的主要缺陷是只能在二维平面上比较剂量差异，而且EPID平面上的剂量差和患者体内剂量差之间的关系尚不明确。为了实现精准放疗，必须使用反向法。反向法的最新发展是M.Wending等人在2012年提出的，其算法的主要步骤是：
①
通过建立好的模型去除EPID上的散射线灰度值；
②
利用拟合出来的EPID灰度
‑
剂量响应曲线将EPID上的原射线灰度值转换为EPID上的原射线剂量；
③
利用原射线透射率和CT图像反演计算模体内的原射线剂量；
④
利用模体内的原射线剂量乘以模体内的散射线和原射线比值，再和散射核函数卷积计算模体内的散射线剂量；
⑤
将模体内的原射线剂量和模体内的散射线剂量相加得到模体内的剂量。该方法总体上可以得到比较满意的模体内的三维射线剂量，但是，该方法还存在几点缺陷，主要是：
①
该方法的剂量转换是在EPID平面上实现的，将EPID平面的灰度值转换为剂量值，然后通过指数衰减反推到模体中。但是，X射线释放的剂量值与质能衰减系数相关，EPID设备的密度值和模体不同，所以二者之间的关系不能用简单的指数衰减来转换。
②
在计算模体内的散射核剂量过程中，该方法假定在重建面的下面有着和重建面上面一样的材料。因此，在对计算模体内任意深度的散射线剂量时，要乘的模体内的散射线和原射线比值是入射深度两倍的函数即SPR[T
primary
(2d
ijgeom
)]，这个假设条件和实际情况并不是很符合，对剂量重建的准确性有一定的影响。
③
该方法在计算散射核的时候只使用中心点测量值，但是不同深度下的散射核并不相同。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种放疗剂量验证的方法，该方法通过反演计算模体内的三维射线剂量，弥补了现有技术的缺陷。该方法是一种基于EPID数据和相应的模体CT图像直接反演计算模体内的三维射线剂量的方法。
[0004]本专利技术的技术解决方案是：
[0005]一种放疗剂量验证的方法，该方法的步骤包括：
[0006]第一步，建立EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型；
[0007]第二步，建立EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型；
[0008]第三步，建立EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型；
[0009]第四步，建立模体内的散射核模型；
[0010]第五步，建立模体内的剂量转换因子模型；
[0011]第六步，通过EPID设备采集放疗时每个射野的图像，利用第一步建立的EPID上的
散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值模型以及第二步建立的EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型得到各个射野下EPID上的原射线通量；
[0012]第七步，利用第三步建立的EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型和第六步得到的各个射野下EPID上的原射线通量确定模体内的三维原射线通量；
[0013]第八步，对第七步得到的模体内的三维原射线通量和第四步建立的模体内的散射核模型做逐层二维卷积得到模体内的三维散射线通量；
[0014]第九步，将第七步得到的模体内的三维原射线通量和第八步得到的模体内的三维散射线通量相加得到模体内的三维射线通量；
[0015]第十步，利用第五步建立的模体内的剂量转换因子模型将第九步得到的模体内的三维射线通量转换为模体内的三维射线剂量，将模体内的三维射线剂量和TPS剂量进行比较，以实现放疗剂量验证。
[0016]作为本专利技术的一种优选方式，所述的第一步中，建立EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型的具体方法为：
[0017]采集固体水模体在不同射野大小、不同模体厚度下的EPID图像，采集到的EPID图像上灰度响应值G
ijEPID
(fs,t)包括散射线灰度响应值G
ijS
(fs,t)和原射线灰度响应值G
ijP
(t)，关系如式(1)所示：
[0018]G
ijEPID
(fs,t)＝G
ijS
(fs,t)+G
ijP
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]其中，i、j为EPID图像上的坐标索引，fs表示射野尺寸，t表示模体厚度，G
ijEPID
(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的灰度响应值；G
ijS
(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的散射线灰度响应值；G
ijP
(t)表示模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的原射线灰度响应值。EPID上的原射线灰度响应值G
ijP
(t)和射野尺寸无关，而散射线灰度响应值G
ijS
(fs,t)受射野尺寸影响，所以可以认为射野尺寸接近0时没有散射线灰度响应值，即：
[0020][0021]其中，表示射野尺寸为0、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的灰度响应值。所以，EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值的比值用SPR
ij
(fs,t)表示，SPR
ij
(fs,t)模型为：
[0022][0023]其中，SPR
ij
(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值的比值。
[0024]作为本专利技术的一种优选方式，所述的第二步中，建立EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型的方法为：
[0025]将电离室夹在三维水箱上，电离室外装平衡帽，电离室中心与EPID设备上表面对齐，射野大小根据三维水箱大小预先设定，利用电离室扫描EPID对角线方向得到的剂量剖线即为无模体时不同离轴位置的EPID上的原射线通量
[0026]之后，在射野大小不变的条件下使用X射线照射EPID设备，得到EPID图像，用公式
(3)计算出EPID图像上与电离室中心对应位置无模体时的原射线灰度响应值则EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型CH
ij
为：
[0027][0028]其中，CH
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放疗剂量验证的方法，其特征在于该方法的步骤包括：第一步，建立EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型；第二步，建立EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型；第三步，建立EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型；第四步，建立模体内的散射核模型；第五步，建立模体内的剂量转换因子模型；第六步，通过EPID设备采集放疗时每个射野的图像，利用第一步建立的EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值模型以及第二步建立的EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型得到各个射野下EPID上的原射线通量；第七步，利用第三步建立的EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型和第六步得到的各个射野下EPID上的原射线通量确定模体内的三维原射线通量；第八步，对第七步得到的模体内的三维原射线通量和第四步建立的模体内的散射核模型做逐层二维卷积得到模体内的三维散射线通量；第九步，将第七步得到的模体内的三维原射线通量和第八步得到的模体内的三维散射线通量相加得到模体内的三维射线通量；第十步，利用第五步建立的模体内的剂量转换因子模型将第九步得到的模体内的三维射线通量转换为模体内的三维射线剂量，将模体内的三维射线剂量和TPS剂量进行比较，以实现放疗剂量验证。2.根据权利要求1所述的一种放疗剂量验证的方法，其特征在于：所述的第一步中，建立EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型的方法为：模体采用固体水模体，采集固体水模体在不同射野大小、不同模体厚度下的EPID图像，采集到的EPID图像上灰度响应值G
ijEPID
(fs,t)包括散射线灰度响应值G
ijS
(fs,t)和原射线灰度响应值G
ijP
(t)，关系如式(1)所示：G
ijEPID
(fs,t)＝G
ijS
(fs,t)+G
ijP
(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，i、j为EPID图像上的坐标索引，fs表示射野尺寸，t表示模体厚度，G
ijEPID
(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的灰度响应值；G
ijS
(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的散射线灰度响应值；G
ijP
(t)表示模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的原射线灰度响应值；EPID上的原射线灰度响应值G
ijP
(t)和射野尺寸无关，散射线灰度响应值G
ijS
(fs,t)受射野尺寸影响，射野尺寸接近0时没有散射线灰度响应值，即：其中，表示射野尺寸为0、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的灰度响应值，EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值的比值用SPR
ij
(fs,t)表示，SPR
ij
(fs,t)模型为：
其中，SPR
ij
(fs,t)表示射野尺寸为fs、模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值的比值。3.根据权利要求2所述的一种放疗剂量验证的方法，其特征在于：所述的第二步中，建立EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型的方法为：首先，利用电离室扫描EPID对角线方向得到剂量剖线，该剖线即为无模体时不同离轴位置的EPID上的原射线通量之后，在射野大小不变的条件下使用X射线照射EPID设备，得到EPID图像，用第一步所建立的EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型SPR
ij
(fs,t)计算出EPID图像上与电离室中心对应位置无模体时的原射线灰度响应值则EPID上的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线模型CH
ij
为：其中，CH
ij
表示EPID图像上(i,j)点处的原射线灰度响应值
‑
原射线通量转换曲线；表示模体厚度为0时EPID图像上的原射线通量的离轴分布曲线；表示模体厚度为0时EPID图像上与电离室中心对应位置的原射线灰度响应值。4.根据权利要求2或3所述的一种放疗剂量验证的方法，其特征在于：所述的第三步中，建立EPID上的原射线衰减系数及原射线硬化系数模型的具体方法为：采集固体水模体在设定射野大小、不同模体厚度下的EPID图像，并利用第一步所建立的EPID上的散射线灰度响应值与原射线灰度响应值比值的模型SPR
ij
(fs,t)计算出EPID图像上模体厚度为t时的原射线灰度响应值G
ijP
(t)和EPID图像上无模体时的原射线灰度响应值利用公式(5)计算出采集到的EPID图像上各点的原射线透射率：其中，表示模体厚度为t时EPID图像上(i,j)点处的原射线透射率；同时，EPID图像上各点的原射线透射率符合射线硬化修正后的朗伯
‑
比尔定律，如公式(6)所示：其中，a
ij
表示EPID图像上(i,j)点处的原射线衰减系数；b
ij
表示EPID图像上(i,j)点处的原射线硬化系数；所以，改变公式(5)中t和(i,j)的值，得到一组原射线透射率的值，再通过拟合的方法得到公式(6)中EPID图像上的原射线衰减系数a
ij
和原射线硬化系数b
ij
的值。5.根据权利要求4所述的一种放疗剂量验证的方法，其特征在于：所述的第四步中，建立模体内的散射核模型为：
其中，r表示用于拟合康普顿散射所使用的高斯函数的自变量，Ker(fs,t)表示射野尺寸为fs，模体厚度为t时的模体内的散射核，k1(fs,t)表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：温俊海，张军，李杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：