粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质制造方法及图纸

本公开提供了一种粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质，其中，该方法包括：监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的剂量，粒子包括多种能量的粒子；基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的剂量；基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，进行叠加后重建出三维剂量模型；将三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。得到靶区的三维粒子剂量分布模型。得到靶区的三维粒子剂量分布模型。

【技术实现步骤摘要】
粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质


[0001]本公开涉及粒子治疗领域，尤其涉及一种粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备及介质。

技术介绍

[0002]射线是由各种放射性核素或者原子、电子、中子等粒子在能量交换过程中发射出的具有特定能量的粒子或光子束流。常见的射线包括由x射线、α、β、γ射线和中子射线等。目前，射线已广泛应用于放射治疗领域。
[0003]常规光子放疗技术在应用中可以通过统计光子穿透靶区后剩余的光子通量来反推靶区内剂量分布的情况，由此达到剂量重建的目的。在放射治疗应用领域中，质子、重离子的粒子束流相比于光子束流更有优势。非晶硅电子射野影像技术(简称EPID)可以很好的应用在光子的探测分布中，而进行质子、重离子放射治疗时几乎无法穿透靶区，探测器也就探测不到治疗时的剂量，从而EPID技术在质子、重离子技术中失去了实际意义。如何有效的实现质子、重离子治疗时的靶区剂量重建，对于实际应用具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本公开提供了粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、设备及介质。
[0005]根据本公开的第一个方面，提供了一种粒子照射靶区剂量分布重建方法，包括：监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出三维剂量模型；将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。
[0006]可选地，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的剂量之前，所述方法还包括：计算各种所述能量粒子的初始粒子剂量和预设的标定因子的乘积，得到各种所述能量粒子的绝对粒子剂量，以基于所述绝对粒子剂量计算各种所述能量粒子在靶区不同深度平面的剂量。
[0007]可选地，所述基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量包括：基于所述能量粒子的百分深度剂量曲线计算该能量粒子到达靶区不同深度平面和监测平面的粒子剂量比；分别计算所述能量粒子的初始粒子剂量和所述能量粒子到达靶区不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比的乘积，得到所述能量粒子到达靶区不同深度平面的总粒子剂量。
[0008]可选地，所述基于各所述能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各所述能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，计算公式包括：
[0009][0010]其中，E
m
表示第m种能量粒子，d
n
表示靶区内深度为d
n
的第n个深度平面，Dose(x，y，d
n
)表示深度为d
n
的深度平面上的位置为(x,y)的粒子剂量，Dose(d
n
，E
m
)表示第m种能量粒子在深度为d
n
的深度平面的总粒子剂量，(x
i
，y
i
)表示所述监测平面上所述粒子的束斑中心的位置，σ(d
n
，E
m
)表示能量为E
m
的能量粒子的束流在深度为d
n
的深度平面上高斯分布的标准差。
[0011]可选地，所述三维剂量模型为：
[0012][0013]其中，E
m
表示第m种能量粒子，d
n
表示深度为d
n
的第n个深度平面，Dose(x，y，d
n
)表示深度为d
n
的深度平面上的位置为(x,y)的粒子剂量，Dose(d
n
，E
m
)表示第m种能量粒子在深度为d
n
的深度平面的总粒子剂量，(x
i
,y
i
)表示所述监测平面上粒子的束斑中心的位置，σ(d
n
，E
m
)表示能量为E
m
的能量粒子的束流在深度为d
n
的深度平面上高斯分布的标准差，N
spot
表示深度为d
n
的深度平面上的位置点的总数，N
pdd
表示所述能量粒子的种类数。
[0014]可选地，在所述三维剂量模型中，所述能量粒子经过各所述深度平面的位置与所述能量粒子经过所述监测平面的位置具有映射关系，所述映射关系的公式表示包括：
[0015][0016]其中，x
j
表示所述能量粒子经过所述深度平面的位置，x0表示所述能量粒子经过所述监测平面的位置，h0表示所述能量粒子的源到所述监测平面的距离，d表示所述深度平面与所述靶区等中心的距离，r表示所述能量粒子的虚拟原轴距。
[0017]本公开的第二个方面提供了一种粒子照射靶区剂量分布重建装置，包括：剂量及位置监测模块，用于监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；粒子剂量计算模块，用于基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；粒子剂量分布计算模块，用于基于各能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各能量粒子在靶区不同深度平面各个位置的粒子剂量；粒子剂量模型构建模块，用于基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出三维剂量模型；粒子三维分布模型构建模块，用于将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。
[0018]本公开的第三个方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据第一方面中任一项所述的方法。
[0019]本公开的第四个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，
该指令被处理器执行时使处理器执行根据第二方面中任一项所述的方法。
[0020]根据本公开提供的粒子照射靶区剂量分布重建方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质，以入射端剂量监测，射线路径上分层进行剂量反推计算，构建三维剂量模型，将三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。该方法构建的三维粒子剂量分布模型可以保留靶区粒子剂量数据，作为射线粒子剂量追溯的一种手段，可以独立测量质子、重离子的γ通过率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粒子照射靶区剂量分布重建方法，其特征在于，包括：监测粒子在入射路径上监测平面的照射信息，所述照射信息包括束斑位置、束斑大小及每个位置对应的初始粒子剂量，所述粒子包括多种能量粒子；基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量；基于各所述能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各所述能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量；基于各能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，分别构建靶区不同深度平面的平面剂量模型，将靶区不同深度平面的平面剂量模型进行叠加后重建出三维剂量模型；将所述三维剂量模型与靶区的三维图像融合，得到靶区的三维粒子剂量分布模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的剂量之前，所述方法还包括：计算各种所述能量粒子的初始粒子剂量和预设的标定因子的乘积，得到各种所述能量粒子的绝对粒子剂量，以基于所述绝对粒子剂量计算各种所述能量粒子在靶区不同深度平面的剂量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于不同能量粒子在靶区内不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比，计算不同能量粒子在靶区不同深度平面的总粒子剂量包括：基于所述能量粒子的百分深度剂量曲线计算该能量粒子到达靶区不同深度平面和监测平面的粒子剂量比；分别计算所述能量粒子的初始粒子剂量和所述能量粒子到达靶区不同深度平面与所述监测平面上的粒子剂量比的乘积，得到所述能量粒子到达靶区不同深度平面的总粒子剂量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述能量粒子在监测平面的粒子分布规律，计算各所述能量粒子在靶区不同深度平面的各个位置的粒子剂量，计算公式包括：其中，E
m
表示第m种能量粒子，d
n
表示靶区内深度为d
n
的第n个深度平面，Dose(x，y，d
n
)表示深度为d
n
的深度平面上的位置为(x，y)的粒子剂量，Dose(d
n
，E
m
)表示第m种能量粒子在深度为d
n
的深度平面的总粒子剂量，(x
i
，y
i
)表示所述监测平面上所述粒子的束斑中心的位置，σ(d
n
，E
m
)表示能量为E
m
的能量粒子的束流在深度为d
n
的深度平面上高斯分布的标准差。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维剂量模型为：其中，E
m
表示第m种能量粒子，d

【专利技术属性】
技术研发人员：周利荣，石健，王凯，张元旭，刘志强，孟轩，王建力，郑立夫，
申请(专利权)人：兰州科近泰基新技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：