【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法和系统，属于放射治疗领域中的离子束放疗。
技术介绍
1、放射治疗是恶性肿瘤的主要治疗手段之一。当前离子束放射治疗技术，如质子放疗、碳离子放疗等，受到了广泛的关注，其原因在于离子束具有倒转的深度剂量分布，即布拉格(bragg)峰，可以将大部分剂量递送到肿瘤靶体内，避免对正常组织产生严重的毒副作用。高能离子束携带正电荷，在垂直运动方向的磁场下受洛伦兹力作用会发生偏转。利用这一特性，离子束放疗通常采用点扫描照射技术，即将靶体分割成若干个等能量层，每个等能量层再分割成若干个点，即扫描点。束流配送系统利用x、y两个方向的正交磁铁引导加速器提供的笔形束，逐点照射完一个能量层上的所有扫描点后，再切换到下一能量层照射，直至所有的能量层和扫描点完成照射。该照射方法不需要患者特异的辅助器件，实施灵活，肿瘤靶区剂量适形度高，是当前离子束放疗的首选束流配送技术。
2、磁共振图像(mri)引导放射治疗技术不会对患者产生额外的电离辐射，可以在治疗照射过程中实时成像，跟踪肿瘤运动，提高靶区定位精度，同样受到业界关注。利用实时mri可以实现基于运动幅度的门控照射，提高照射精度和可靠性。此外，磁共振图像对软组织具有更好的对比度，更加适合胸腹部易受运动影响的肿瘤治疗。高能离子束在磁场中会发生偏转，所以磁共振(mr)引导离子束放射治疗会改变离子束在患者体内的预期路径，从而导致剂量分布产生畸变。因此，在制定放疗计划时必需考虑mr磁场对离子束的偏转影响，获得满足临床需求的mri引导离子束放疗计划。为了达到
3、上述方法在制定离子束治疗计划时，以参考计划为标准，追求最大化接近参考计划。这种方法存在一些缺点。首先，建立的束斑位置偏移查找表建立在均匀模体内，不能反应患者真实情况，所以需要在特定患者场景下多次使用蒙卡模拟，对束斑位置进行迭代修正，流程复杂且耗时。其次，当确定笔形束修正参数后，仍需要蒙卡模拟每个笔形束的剂量分布，获得剂量贡献矩阵。最后，该方法基于单个笔形束参数的修正，可能会将原计划的射野、能量层、扫描点的层级结构打乱，影响束流的配送效率，因为不同笔形束可能需要不同的机架角度来提供入射角度修正。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供了一种磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法和系统，其解决了当前mr磁场条件下离子束治疗计划中存在流程复杂、耗时、低效等问题，其提高mr磁场条件下高效、便捷性。
2、为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，包括以下步骤：输入患者的影像数据及勾画数据，根据所述影像数据及勾画数据获得治疗计划射野参数；以所述治疗计划射野参数为基础进行扩增，获得射野参数集合；获得各个所述计划射野参数对应的能量层和扫描点分布范围，对所述能量层和扫描点分别范围进行扩增，以获得各个所述射野的入射笔形束的参数；根据所述入射笔形束的参数获得所述入射笔形束的剂量分布矩阵，将所述剂量分布矩阵输入无磁场-有磁场矩阵转换模型中获得在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵；根据在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵对所述射野参数集合进行评估，根据评估结果，对所述射野参数集合进行修正，直至获得最佳的射野参数集合；根据所述最佳的射野参数集合，通过精确算法获得准确的在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵，并将其作为经过优化的剂量分布参数输入放疗系统。
3、进一步，所述无磁场-有磁场矩阵转换模型的训练方法为：准备患者影像数据，根据所述患者影像数据确定笔形束参数；根据所述笔形束参数，计算每个笔形束的剂量分布矩阵，并根据所述精确算法获得准确的在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵，将所述笔形束的剂量分布矩阵作为训练集数据，将在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵作为验证集数据；通过所述训练集数据对人工智能网络模型进行训练；通过所述验证集数据对经过训练的人工智能网络进行验证，直至所述人工智能网络满足预设条件，生成无磁场-有磁场矩阵转换模型。
4、进一步，根据精确算法获得准确的在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵为：根据选定的蒙特卡罗模拟软件的要求，对mr设备的磁场强度分布进行建模；通过蒙特卡罗模拟软件准确模型离子笔形束流在人体内的剂量分布，生成在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵。
5、进一步，所述笔形束参数包括能量、机架角度、床角、束斑磁场参数、束流x方向入射位置和束流y方向入射位置。
6、进一步，所述治疗计划射野参数根据mr设备磁场的大小、离子束种类确定参数的扩增范围，根据参数修正方式选择扩增的计划参数，在参考计划的射野基础上获得多个射野参数，所述射野参数覆盖了笔形束修正参数范围，在所述笔形束修正参数范围内，按照预设间隔采样，形成若干个射野参数集合。
7、进一步，所述获得各个射野的入射笔形束的参数的方法为：通过射野参数集合每个参数制定参考计划，根据所述参考计划获得各个所述计划射野参数对应的能量层和扫描点分布范围，对能量层和扫描点分布范围进行扩展，使所述能量层和扫描点分布范围覆盖靶区的范围超过mr磁场对束流的偏移量，以获得各射野入射笔形束的参数。
8、进一步，根据在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵对所述射野参数集合进行评估方法为：根据磁场下单个入射笔形束的剂量分布矩阵，判断所述入射笔形束的bragg峰束斑是否落在靶区内，若所述入射笔形束的bragg峰束斑不在靶区内，也不在靶区边缘，则舍弃；据此确定各个射野中的有效能量层和扫描点范围，并根据评价指标评价各射野的优劣。
9、进一步，评价指标包括射野有效能量层的能量大小、笔形束束斑在靶区内的分布情况、笔形束与oar(周围危及器官)的重叠情况、笔形束路劲长度和笔形束经过的组织不均匀性情况。...
【技术保护点】
1.一种磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述无磁场-有磁场矩阵转换模型的训练方法为：
3.如权利要求2所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，根据精确算法获得准确的在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵为：
4.如权利要求2所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述笔形束参数包括能量、机架角度、床角、束斑磁场参数、束流X方向入射位置和束流Y方向入射位置。
5.如权利要求1所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述治疗计划射野参数根据MR设备磁场的大小、离子束种类确定参数的扩增范围，根据参数修正方式选择扩增的计划参数，在参考计划的射野基础上获得多个射野参数，所述射野参数覆盖了笔形束修正参数范围，在所述笔形束修正参数范围内，按照预设间隔采样，形成若干个射野参数集合。
6.如权利要求1所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述获得各个射野的入射笔形束的参数
7.如权利要求1所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，根据在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵对所述射野参数集合进行评估方法为：
8.如权利要求7所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，评价指标包括射野有效能量层的能量大小、笔形束束斑在靶区内的分布情况、笔形束与OAR的重叠情况、笔形束路劲长度和笔形束经过的组织不均匀性情况。
9.一种磁共振图像引导离子束放疗参数设置系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-8任一项所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法。
...【技术特征摘要】
1.一种磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述无磁场-有磁场矩阵转换模型的训练方法为：
3.如权利要求2所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，根据精确算法获得准确的在磁场下所述入射笔形束的剂量分布矩阵为：
4.如权利要求2所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述笔形束参数包括能量、机架角度、床角、束斑磁场参数、束流x方向入射位置和束流y方向入射位置。
5.如权利要求1所述的磁共振图像引导离子束放疗参数设置方法，其特征在于，所述治疗计划射野参数根据mr设备磁场的大小、离子束种类确定参数的扩增范围，根据参数修正方式选择扩增的计划参数，在参考计划的射野基础上获得多个射野参数，所述射野参数覆盖了笔形束修正参数范围，在所述笔形束修正参数范围内，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新国，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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