【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于放射治疗，具体涉及一种基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化方法及设备。
技术介绍
1、vmat属于调强放疗的一种，可以在360°的单弧或多弧范围内对肿瘤进行旋转照射，通过mlc根据肿瘤的厚度和体积的不同部位调整放射线强度，可以提供较高的剂量适形度和较准确的剂量分布。此外，vmat在治疗过程中出束不中断，因此相比imrt治疗时间更短。
2、螺旋断层治疗(tomotherapy，tomo)在治疗过程中，通过二元气动mlc和加速器围绕患者进行旋转，同时通过二元气动mlc对射线进行调制，配合机架旋转以及治疗床的运动来实现调强。这使得tomo的照射范围很大，可以治疗长靶区以及形状复杂的肿瘤，例如：全脊髓及全身放疗、多靶点脑部肿瘤、头颈、肺多靶区等。
3、但是，其也存在着以下一系列的问题：
4、第一，vmat计划随着靶区大小以及复杂性进一步增加，针对长靶区肿瘤以及复杂形状肿瘤，vmat治疗规划复杂，需要多个弧配合进行治疗，多个弧之间的交界处可能会存在剂量不均匀的问题，需要大量的时间进行调整。
5、第二，目前调强技术主要使用单层光栅或者平行双层光栅，tomo中的二元气动mlc也属于单层光栅；这些光栅在子野分割时存在两个问题：叶片厚度方向的适形度不够；一个复杂需要多个子野才能形成，照射效率低。
6、第三，tomo的二元气动mlc只支持开关两种状态，相比于电动多叶光栅可在多个位置连续调控，该计划执行需要更多的时间。
7、专利技术目的：本专利技术的目的是解决正交
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化方法及设备。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术公开一种基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化方法，包括：
4、步骤s1：获取计算所需数据；
5、步骤s2：基于靶区大小、危及器官分布、所需剂量分布、设备限制、机架旋转与治疗床协同运动的约束条件，设置若干控制点，每个控制点对应一个子野形状；
6、步骤s3：基于若干控制点，建立调强子野优化模型，并使用列生成方法求解该模型，包括：主问题和子问题；
7、步骤s4：初始化所有控制点对应的子野为全闭合状态，且设置初始照射权重；
8、步骤s5：求解主问题，得到相应控制点的照射权重；
9、步骤s6：求解子问题，生成相应的子野，并将其插入相应的控制点中；
10、步骤s7：根据子野淘汰规则淘汰不符合要求的子野；
11、步骤s8：重复步骤s5-s7，直至所有控制点的子野全部生成，并且调强子野优化模型的目标函数收敛；
12、步骤s9：将各个控制点的照射权重按照治疗时间最短分解为剂量率、机架旋转速度和治疗床移动速度。
13、在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：
14、作为优选的方案，若机架旋转速度在限制范围内，则控制点之间应满足以下限制：
15、
16、
17、
18、
19、
20、
21、
22、其中：
23、k＝{(α1,x1),…,(α|k|,x|k|)}表示控制点集合，(αk,xk)为控制点的坐标；
24、αk表示在第k个控制点时机架相对于初始位置旋转的角度；
25、xk表示治疗床第k个控制点相对于初始位置移动的距离；
26、δk表示第k个控制点机架旋转的角度；
27、δxk表示第k个控制点治疗床移动的距离；
28、表示机架的最小旋转速度；
29、表示机架的最大旋转速度；
30、表示治疗床lng方向的最小移动速度；
31、表示治疗床lng方向的最大移动速度。
32、作为优选的方案，调强子野优化模型的目标函数和相关约束如下：
33、min f(z)
34、
35、
36、0≤rk≤ru
37、
38、
39、
40、其中：
41、zj表示第j个器官的剂量；
42、j表示器官集合；
43、k＝{(α1,x1),…,(α|k|,x|k|)}表示控制点集合；
44、dkj表示体素点j对应子野k的沉积矩阵；
45、a表示子野形状；
46、yk表示第k个控制点机架旋转单位角度时的剂量；
47、rk表示第k个控制点的剂量率；
48、ru表示剂量率上限；
49、ωk表示第k个控制点时机架旋转速度；
50、vk表示第k个控制点的治疗床的移动速度；
51、表示mlc的最大移动速度；
52、diff表示相邻控制点间子野形状间mlc的位置距离；
53、f(z)表示计划质量的评价函数，由器官剂量约束和处方剂量要求得到，可表示为：
54、
55、其中：
56、lj表示第j个器官的子目标函数集合；
57、wjl表示第j个器官的第l个子目标函数的权重；
58、fjl表示第j个器官的第l个子目标函数。
59、作为优选的方案，采用共轭梯度法求解主问题，并采用混合整数规划方法求解子问题。
60、作为优选的方案，所述步骤s7中，以子野的规整度作为标准，淘汰不符合要求的子野。
61、第二方面，本专利技术公开一种基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化设备，包括：
62、数据获取模块，用于获取计算所需数据；
63、控制点设置模块，用于基于靶区大小、危及器官分布、所需剂量分布、设备限制、机架旋转与治疗床协同运动的约束条件，设置若干控制点，每个控制点对应一个子野形状；
64、模型建立模块，用于基于若干控制点，建立调强子野优化模型，并使用列生成方法求解该模型，包括：主问题和子问题；
65、初始化模块，用于初始化所有控制点对应的子野为全闭合状态，且设置初始照射权重；
66、主问题求解模块，用于求解主问题，得到相应控制点的照射权重；
67、子问题求解模块，用于求解子问题，生成相应的子野，并将其插入相应的控制点中；
68、淘汰模块，用于根据子野淘汰规则淘汰不符合要求的子野；
69、重复执行模块，用于重复主问题求解模块、子问题求解模块、淘汰模块中的方法，直至所有控制点的子野全部生成，并且调强子野优化模型的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，若机架旋转速度在限制范围内，则控制点之间应满足以下限制：
3.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，所述调强子野优化模型的目标函数和相关约束如下：
4.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，采用共轭梯度法求解主问题，并采用混合整数规划方法求解子问题。
5.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，所述步骤S7中，以子野的规整度作为标准，淘汰不符合要求的子野。
6.基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化设备，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的螺旋旋转调强子野优化设备，其特征在于，若机架旋转速度在限制范围内，则控制点之间应满足以下限制：
8.根据权利要求6所述的螺旋旋转调强子野优化设备，其特征在于，所述调强子野优化模型的目标函数和相关约束如下：
9.根据权利要求6所述的螺旋旋转调强子野优化设备，其
10.根据权利要求6所述的螺旋旋转调强子野优化设备，其特征在于，所述淘汰模块以子野的规整度作为标准，淘汰不符合要求的子野。
...【技术特征摘要】
1.基于正交双层光栅的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，若机架旋转速度在限制范围内，则控制点之间应满足以下限制：
3.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，所述调强子野优化模型的目标函数和相关约束如下：
4.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，采用共轭梯度法求解主问题，并采用混合整数规划方法求解子问题。
5.根据权利要求1所述的螺旋旋转调强子野优化方法，其特征在于，所述步骤s7中，以子野的规整度作为标准，淘汰不符合要求的子野。
【专利技术属性】
技术研发人员：程昊，鞠垚，衡阳，姚毅，
申请(专利权)人：苏州雷泰医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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