空间分割放疗靶区布置方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种空间分割放疗靶区布置方法及系统，属于放射肿瘤学技术领域，所述空间分割放疗靶区由多个子靶区组成，子靶区的布置包括：获取患者放射治疗数据，所述放射治疗数据包括患者正常组织和肿瘤区数据，以获得可布置空间分割放疗靶区的范围；采用最密堆积法确定空间分割放疗所有子靶区初始位置；根据肿瘤区大小确定子靶区大小；优化调整所有子靶区初始位置，在肿瘤内整体移动，获得所有子靶区最终位置。本发明专利技术利用了患者正常组织和肿瘤靶区数据，根据最密堆积法在可布置放疗靶区区域内，最密地布置更多的放疗靶区；使用最优化方法，优化放疗靶区布置，进一步增加放疗靶区数量，实现峰谷比最大化。实现峰谷比最大化。实现峰谷比最大化。

【技术实现步骤摘要】
空间分割放疗靶区布置方法和系统


[0001]本专利技术涉及放射肿瘤学
，具体涉及一种空间分割放疗靶区布置方法和系统。

技术介绍

[0002]空间分割放疗(spatially fractionatedradiation therapy，SFRT)，通过一次放疗，给与靶区大剂量(10～25Gy)照射，可形成类似于近距离放疗的不均匀剂量分布。已有研究表明，SFRT可以克服常规放疗中正常组织耐受性的限制，大幅提高肿瘤内部的剂量。对于常规放疗效果不佳的大体积/放射抵抗/复发肿瘤的治疗取得良好的临床效果，减少放疗毒性反应。对中晚期大肿瘤的姑息治疗总体反应率高达80
‑
90％，与外照射相结合总缓解率可进一步提高。SFRT可以作为常规放疗之前提高剂量、增敏和引发免疫应答的诱导治疗方式。SFRT被放射肿瘤学专家认为是放射肿瘤治疗领域革命性的创新。
[0003]SFRT的关键参数是峰谷比，即肿瘤内部高剂量(峰剂量)与低剂量(谷剂量)之比，该值越高SFRT优势越显著。准直器是SFRT的主要实现方式，包括二维格栅准直器和多叶准直器(MLC)。但是，现有加速器无法实现、需要使用精加工技术加工额外的格栅准直器、无法任意改变格栅孔的大小和间隔、只能实现二维SFRT、难以降低皮肤剂量及危及器官的剂量；MLC的优势是与计划系统接口有利于计划系统的评估与比较、使用加速器配备的MLC可以在各放疗中心广泛使用、任意改变小野的大小和野与野之间的距离、可以实现三维SFRT，其治疗时间延长、加速器铅门的移动限制增加治疗时间和难度、与格栅准直器相比峰谷比更低。
[0004]设计SFRT计划时需要在肿瘤内布置SFRT特有的靶区。该靶区位于肿瘤区域内，由一组离散的子靶区构成。通过逆向优化设计，可以实现三维峰剂量和谷剂量，其中，布置子靶区的肿瘤范围产生峰剂量，没有布置子靶区的肿瘤范围产生谷剂量。目前，没有放疗计划系统考虑SFRT计划设计的特殊要求，专业人员只能使用常规放疗计划系统，手动完成SFRT子靶区的布置，即通过使用计划系统提供的距离测量、棋盘格显示、三维立体显示等简单几何工具，手工放置球体作为子靶区。在肿瘤体积较小时，这种方法尚可接受。但是，当肿瘤体积巨大时，工作量难以承受，且无法保证放置球体的位置是最佳的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种既能保证所有子靶区的体积占到肿瘤体积一定比例，还能保证球体间最大的距离，提高了峰谷比的分割放疗靶区布置方法和系统，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供一种空间分割放疗靶区布置方法，所述空间分割放疗靶区由多个子靶区组成，所述子靶区的布置包括：
[0008]获取患者放射治疗数据，所述放射治疗数据包括患者正常组织和肿瘤区数据，以获得可布置空间分割放疗靶区的范围；
[0009]确定第一个最密堆积单元中心位置、初始大小；
[0010]根据肿瘤区大小确定子靶区大小；
[0011]采用最密堆积法确定空间分割放疗所有子靶区初始位置；
[0012]优化调整所有子靶区初始位置，在肿瘤内整体移动，获得所有子靶区最终位置。
[0013]优选的，所述最密堆积法，包括：
[0014]确定第一个最密堆积单元，所述第一个最密堆积单元可以布置在所述可布置放疗靶区区域中心或内部其它任意位置；
[0015]确定其它最密堆积单元，所述其它最密堆积单元与第一个最密堆积单元大小相同，在第一个最密堆积单元周围；
[0016]获得最密堆积单元中心初始位置，即空间分割放疗子靶区中心初始位置，在可布置靶区区域内的所述位置布置子靶区，即放疗靶区。
[0017]优选的，所述优化调整所有子靶区初始位置，包括：靶区体积保持不变，通过最优化方法优化所有子靶区位置，增加子靶区数量减少子靶区大小，增加峰谷比。
[0018]优选的，所述优化调整所有子靶区初始位置，包括：靶区体积保持不变，通过最优化方法优化所有子靶区位置，增加子靶区间距离，增加峰谷比。
[0019]优选的，所述最优化方法，包括：
[0020]步骤1：获得子靶区的位置、体积、子靶区之间的间距以及直径，分别记为(x
i
,y
i
,z
i
)、V0、d和d'；
[0021]步骤2：n＝1；
[0022]步骤3：计算球体间距d
n
＝d+0.1或计算球体直径d'
n
＝d'
‑
0.1
[0023]步骤4：在定义域Δy∈(
‑
d，d)，Δα∈(
‑
π，π)，Δβ∈(
‑
π，π)，Δγ∈(
‑
π，π)内，使用自适应模拟退火方法调整参数温度以控制随机数的概率分布，随机生成(x
i
,y
i
,z
i
)的移动量(Δx,Δy,Δz,Δα,Δβ,Δγ)；
[0024]步骤5：读取可布置靶区区域数据；
[0025]步骤6：计算优化目标放疗靶区体积V
n
；
[0026]步骤7：判断V
n
是否大于等于V0，若满足，转第8步，增加最密堆积球体直径，即靶区球体间距；若不满足，转第4步；
[0027]步骤8：判断V
n
是否大于V0，若满足，n＝n+1，转第3步；若不满足，输出放疗球体位置(x
i
,y
i
,z
i
)，结束判断。
[0028]优选的，所述可布置放疗靶区区域通过肿瘤内收一定距离获得，并避开正常组织；所述最密堆积单元，可以是任意形状，最密堆积单元大小小于可布置放疗靶区；所述子靶区，与最密堆积单元形状相同，子靶区大小小于最密堆积单元。
[0029]第二方面，本专利技术还提供一种空间分割放疗靶区布置系统，所述空间分割放疗靶区由多个子靶区组成，包括：
[0030]数据获取模块，用于获取患者放射治疗数据，所述放射治疗数据包括患者正常组织和常规大野放疗靶区数据，以获得可布置空间分割放疗靶区的范围；
[0031]放疗靶区布置模块，用于采用最密堆积法确定空间分割放疗所有子靶区初始位置；
[0032]放疗靶区大小确定模块，用于根据肿瘤区大小确定子靶区大小；
[0033]放疗靶区优化模块，用于优化调整所有子靶区初始位置，在肿瘤内整体移动，获得所有子靶区最终位置。
[0034]第三方面，本专利技术提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的空间分割放疗靶区布置方法。
[0035]第四方面，本专利技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如上所述的空间分割放疗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间分割放疗靶区布置方法，所述空间分割放疗靶区由多个子靶区组成，其特征在于，所述子靶区的布置包括：获取患者放射治疗数据，所述放射治疗数据包括患者正常组织和肿瘤区数据，以获得可布置空间分割放疗靶区的范围；确定第一个最密堆积单元中心位置、初始大小；根据肿瘤区大小确定子靶区大小；采用最密堆积法确定空间分割放疗所有子靶区初始位置；优化调整所有子靶区初始位置，在肿瘤内整体移动，获得所有子靶区最终位置。2.根据权利要求1所述的空间分割放疗靶区布置方法，其特征在于，使用最密堆积方法将多个最密堆积单元进行布置，包括：确定第一个最密堆积单元，所述第一个最密堆积单元可以布置在所述可布置放疗靶区区域中心或内部其它任意位置；确定其它最密堆积单元，所述其它最密堆积单元与第一个最密堆积单元大小相同，在第一个最密堆积单元周围；获得最密堆积单元中心初始位置，即空间分割放疗子靶区中心初始位置，在可布置靶区区域内的所述位置布置子靶区，即放疗靶区。3.根据权利要求1所述的空间分割放疗靶区布置方法，其特征在于，所述优化调整所有子靶区初始位置，包括：靶区体积保持不变，通过最优化方法优化所有子靶区位置，增加子靶区数量减少子靶区大小，增加峰谷比。4.根据权利要求1所述的空间分割放疗靶区布置方法，其特征在于，所述优化调整所有子靶区初始位置，包括：靶区体积保持不变，通过最优化方法优化所有子靶区位置，增加子靶区间距离，增加峰谷比。5.根据权利要求3或4所述的空间分割放疗靶区布置方法，其特征在于，所述最优化方法，包括：步骤1：获得可布置靶区区域数据，第一个最密堆积单元中心位置、大小d，子靶区大小d'；步骤2：n＝1；步骤3：计算最密堆积单元大小d
n
＝d+0.1
×
(n
‑
1)或计算子靶区大小d'
n
＝d'
‑
0.1
×
(n
‑
1)；步骤4：使用最密堆积法生成子靶区初始位置、计算子靶区初始体积V0；步骤5：在定义域Δy∈(
‑
d，d)，d，d)，Δα∈(
‑
π，π)，Δβ∈(
‑
π，π)，Δγ∈(
‑
π，π)内，使用自适应模拟退火方法调整参数温度以控制随...

【专利技术属性】
技术研发人员：马攀，戴建荣，
申请(专利权)人：中国医学科学院肿瘤医院，
类型：发明
国别省市：