核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及放射治疗剂量计算和剂量验证技术领域，解决了现有技术中缺少一种精确的第三方剂量验证方法的技术问题，尤其涉及一种核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法及系统，该验证方法包括以下步骤：S1、从DICOM文件中获取关键信息，DICOM文件包括CT文件、RTSTRUCT文件、RTPLAN文件和RTDOSE文件，关键信息包括图像HU矩阵、放疗计划的实施参数、剂量网格和感兴趣器官信息；S2、根据已知参数搭建虚拟核磁加速器模型。本发明专利技术能在较短时间实现磁场下的基于蒙卡的高精度剂量计算，进而实现独立于计划系统的二次剂量验证，具有较高的临床价值。临床价值。临床价值。

【技术实现步骤摘要】
核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法及系统


[0001]本专利技术涉及放射治疗剂量计算和剂量验证
，尤其涉及核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法及系统。

技术介绍

[0002]自适应放疗（ART）通过图像引导来获得患者摆位精度、解剖生理变化，进行治疗计划的修改或重新设计，可以最大限度地减少放疗误差，减少靶区外扩，更精准地保护正常组织。自适应放疗常用CBCT引导，与CBCT相比，MRI有成像速度快、软组织对比度高、生物信息更丰富、无附加剂量等优点，更加适合自适应放疗。
[0003]将MRI与放疗加速器相结合，形成一种新的放疗技术—基于核磁引导的放疗方法。相比于常规加速器，核磁引导加速器由于其特有的磁场洛伦兹力和复杂的核磁成像设备，需要一种不同于常规加速器的剂量验证方法。美国医学物理学家协会（AAPM）的TG219报告充分表述了第三方剂量验证软件的重要性，国外商用TPS已有用于临床核磁引导放疗的剂量计算方法，但还没有一种精确的第三方剂量验证方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法及系统，解决了现有技术中缺少一种精确的第三方剂量验证方法的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法，该方法包括以下步骤：S1、从DICOM文件中获取关键信息，DICOM文件包括CT文件、RTSTRUCT文件、RTPLAN文件和RTDOSE文件，关键信息包括图像HU矩阵、放疗计划的实施参数、剂量网格和感兴趣器官信息；S2、根据已知参数搭建虚拟核磁加速器模型；S3、将关键信息输入虚拟核磁加速器模型中进行蒙特卡罗剂量计算得到蒙卡剂量；S4、通过3D伽马测试对比三维蒙卡剂量与从RTDOSE文件中获取的待验证剂量之间的差异大小，并生成剂量验证报告和DVH图；若三维蒙卡剂量与待验证剂量差异小，则验证通过并进入步骤S6；若三维蒙卡剂量与待验证剂量差异大，则验证不通过，并进入步骤S5；S5、引入实测剂量作为金标准，将待验证剂量和实测剂量作进一步对比；若实测剂量与待验证剂量差异小，则验证通过并进入步骤S6；若实测剂量与待验证剂量差异大，则验证不通过并结束；S6、治疗计划验证通过，并执行照射。
[0006]进一步地，在步骤S1中，从DICOM文件中获取关键信息包括以下过程：读取CT文件，从CT文件中获取患者的三维CT图像，以及三维CT图像的起始点
origin、间隔space、维度size；读取RTSTRUCT文件，从RTSTRUCT文件中获取患者外轮廓范围、各感兴趣区域位置和辅助结构的位置、密度信息，以及文件内包含的Support结构信息；读取RTPLAN文件，从RTPLAN文件中获取放疗计划的实施参数，包括源轴距SAD、射束个数、射束角度、照射时间，以及每个控制点Control Point的准直结构位置、准直结构开口大小信息；读取RTDOSE文件，从RTDOSE文件中获取剂量网格的信息与放疗计划系统TPS计算的剂量作为待验证剂量，剂量网格的信息包括剂量网格的起始点origin、间隔space、维度size。
[0007]进一步地，在步骤S2中，根据已知参数搭建虚拟核磁加速器模型包括以下步骤：S21、搭建虚拟核磁加速器模型的基础模型，基础模型包括靶、初级准直器、电离室、反射镜与患者无关的结构，包含MLC模型和钨门Jaw的准直结构，以及包含恒温冷却器、线圈、治疗床的MR
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Linac特殊结构；S22、模拟基础模型中第一相空间平面处的粒子生成，第一相空间平面包括靶、初级准直器、电离室、反射镜；S23、模拟粒子在钨门Jaw准直结构中的反应；S24、模拟粒子在多叶准直器MLC模型中的反应；S25、模拟粒子在恒温冷却器中的粒子散射。
[0008]进一步地，在步骤S23中，模拟粒子在钨门Jaw准直结构中的反应，具体包括以下步骤：S231、通过钨门Jaw的上表面、下表面、倾斜面的各个端点来确定钨门Jaw的纵向位置，根据RTPLAN文件确定钨门Jaw的横向开口大小；S232、通过点到平面的距离方程，判断粒子在钨门Jaw内穿行的长度；若粒子与钨门Jaw不相交，穿行长度为0，粒子进入MLC模型中；若粒子与钨门Jaw相交，若粒子是电子，将粒子直接杀死；若粒子是光子，将粒子沿当前运动方向移动至钨门Jaw的某一表面，并进入下一步；S233、找到粒子穿出钨门Jaw所需要的路程，求得粒子在钨门Jaw内发生康普顿散射的射程，比较粒子射程与路程的大小；若射程大于路程，则粒子直接穿出钨门Jaw；若射程小于路程，则发生康普顿散射反应，改变粒子的速度、能量后重复步骤S233，直到粒子沉积或穿出钨门Jaw。
[0009]进一步地，在步骤S24中，模拟粒子在多叶准直器MLC模型中的反应，具体包括以下步骤：S241、通过已知参数确定MLC模型中各叶片位置，已知参数包括MLC模型的叶片长度、叶片半径、叶片间距、叶片旋转角参数；S242、根据粒子沿前进方向与叶片上表面、下表面、侧面、圆形端面的交点，计算粒子在叶片内穿行的长度；若粒子与叶片不相交，即穿行长度为0，粒子存活，进入恒温冷却器中；若粒子与叶片相交，若粒子是电子，将粒子直接杀死；若粒子是光子，将粒子沿当
前运动方向移动至MLC模型的某一表面，并进入下一步；S243、找到粒子穿出MLC模型所需要的路程，求得粒子在MLC模型内发生康普顿散射的射程，比较粒子射程与路程的大小；若射程大于路程，则粒子直接穿出MLC模型；若射程小于路程，则发生康普顿散射反应，改变粒子的速度、能量后重复步骤S243，直到粒子沉积或穿出MLC模型。
[0010]进一步地，在步骤S25中，模拟粒子在恒温冷却器中的粒子散射，具体包括以下步骤：S251、将恒温冷却器的外圆外、圆环内、内圆内分别定义为区域1、区域2和区域3；S252、求粒子在恒温冷却器中的运动距离Length；S253、根据粒子的运动距离Length判断粒子的所在位置；当粒子在区域1且将与区域2相交时，粒子沿原方向运动Length长度到达圆环上；当粒子在区域1但不会与区域2相交时，直接杀死粒子；当粒子在区域2时，根据材料和粒子能量求出粒子平均自由程，判断自由程和Length的大小，若自由程大于Length，则粒子直接跑出圆环，进入区域3；若自由程小于运动长度，则粒子在自由程末端发生反应；当粒子在区域3时，判断粒子是否与CT图像的HU矩阵相交，如果相交则退出循环，进行模体内的剂量计算；如果不相交，则粒子移动Length长度，重新进入区域2内；S254、更新粒子位置，重复上述过程，直到粒子计算被终止或退出循环。
[0011]进一步地，在步骤S3中，计算三维蒙卡剂量包括以下步骤：S31、根据关键信息改变准直结构开口大小，模拟粒子在加速器机头的反应，得到打出加速器机头的粒子信息，粒子信息包括粒子位置坐标、粒子速度方向、粒子能量、粒子类型、粒子权重；S32、通过坐标转换将加速器机头打出的粒子转换到DICOM图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核磁引导下的三维蒙特卡罗剂量独立验证方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、从DICOM文件中获取关键信息，DICOM文件包括CT文件、RTSTRUCT文件、RTPLAN文件和RTDOSE文件，关键信息包括图像HU矩阵、放疗计划的实施参数、剂量网格和感兴趣器官信息；S2、根据已知参数搭建虚拟核磁加速器模型；S3、将关键信息输入虚拟核磁加速器模型中进行蒙特卡罗剂量计算得到蒙卡剂量；S4、通过3D伽马测试对比三维蒙卡剂量与从RTDOSE文件中获取的待验证剂量之间的差异大小，并生成剂量验证报告和DVH图；若三维蒙卡剂量与待验证剂量差异小，则验证通过并进入步骤S6；若三维蒙卡剂量与待验证剂量差异大，则验证不通过并进入步骤S5；S5、引入实测剂量作为金标准，将待验证剂量和实测剂量作进一步对比；若实测剂量与待验证剂量差异小，则验证通过并进入步骤S6；若实测剂量与待验证剂量差异大，则验证不通过并结束；S6、治疗计划验证通过，并执行照射。2.根据权利要求1所述的剂量独立验证方法，其特征在于：在步骤S1中，从DICOM文件中获取关键信息包括以下过程：读取CT文件，从CT文件中获取患者的三维CT图像，以及三维CT图像的起始点origin、间隔space、维度size；读取RTSTRUCT文件，从RTSTRUCT文件中获取患者外轮廓范围、各感兴趣区域位置和辅助结构的位置、密度信息，以及文件内包含的Support结构信息；读取RTPLAN文件，从RTPLAN文件中获取放疗计划的实施参数，包括源轴距SAD、射束个数、射束角度、照射时间，以及每个控制点Control Point的准直结构位置、准直结构开口大小信息；读取RTDOSE文件，从RTDOSE文件中获取剂量网格的信息与放疗计划系统TPS计算的剂量作为待验证剂量，剂量网格的信息包括剂量网格的起始点origin、间隔space、维度size。3.根据权利要求1所述的剂量独立验证方法，其特征在于：在步骤S2中，根据已知参数搭建虚拟核磁加速器模型包括以下步骤：S21、搭建虚拟核磁加速器模型的基础模型，基础模型包括靶、初级准直器、电离室、反射镜与患者无关的结构，包含MLC模型和钨门Jaw的准直结构，以及包含恒温冷却器、线圈、治疗床的MR
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Linac特殊结构；S22、模拟基础模型中第一相空间平面处的粒子生成，第一相空间平面包括靶、初级准直器、电离室、反射镜；S23、模拟粒子在钨门Jaw准直结构中的反应；S24、模拟粒子在多叶准直器MLC模型中的反应；S25、模拟粒子在恒温冷却器中的粒子散射。4.根据权利要求3所述的剂量独立验证方法，其特征在于：在步骤S23中，模拟粒子在钨门Jaw准直结构中的反应，具体包括以下步骤：S231、通过钨门Jaw的上表面、下表面、倾斜面的各个端点来确定钨门Jaw的纵向位置，根据RTPLAN文件确定钨门Jaw的横向开口大小；
S232、通过点到平面的距离方程，判断粒子在钨门Jaw内穿行的长度；若粒子与钨门Jaw不相交，穿行长度为0，粒子进入MLC模型中；若粒子与钨门Jaw相交，若粒子是电子，将粒子直接杀死；若粒子是光子，将粒子沿当前运动方向移动至钨门Jaw的某一表面，并进入下一步；S233、找到粒子穿出钨门Jaw所需要的路程，求得粒子在钨门Jaw内发生康普顿散射的射程，比较粒子射程与路程的大小；若射程大于路程，则粒子直接穿出钨门Jaw；若射程小于路程，则发生康普顿散射反应，改变粒子的速度、能量后重复步骤S233，直到粒子沉积或穿出钨门Jaw。5.根据权利要求3所述的剂量独立验证方法，其特征在于：在步骤S24中，模拟粒子在多叶准直器MLC模型中的反应，具体包括以下步骤：S241、通过已知参数确定MLC模型中各叶片位置，已知参数包括MLC模型的叶片长度、叶片半径、叶片间距、叶片旋转角参数；S242、根据粒子沿前进方向与叶片上表面、下表面、侧面、圆形端面的交点，计算粒子在叶片内穿行的长度；若粒子与叶片不相交，即穿行长度为0，粒子存活，进入恒温冷却器中；若粒子与叶片相交，若粒子是电子，将粒子直接杀死；若粒子是光子，将粒子沿当前运动方向移动至MLC模型的某一表面，并进入下一步；S243、找到粒子穿出MLC模型所需要的路程，求得粒子在MLC模型内发生康普顿散射的射程，比较粒子射程与路程的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程博，徐榭，裴曦，李仕军，
申请(专利权)人：安徽慧软科技有限公司，
类型：发明
国别省市：