CN106659906B - 治疗计划制定方法、装置及放疗*** - Google Patents

治疗计划制定方法、装置及放疗*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种治疗计划制定方法，包括步骤：根据用户命令输入预设剂量分布方案；根据预设的算法至少匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变；将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案；以及根据所述最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案制定治疗计划。本发明还提供一种治疗计划制定装置以及放疗***。

Description

治疗计划制定方法、装置及放疗***
技术领域
本发明涉及放疗领域，特别是涉及一种治疗计划制定方法、装置及放疗***。
背景技术
在肿瘤、血管畸形及脑内的类似畸形的神经外科治疗中经常使用定向放射外科(SRS)技术，包含，例如，钴-60源的伽玛辐射。在定向放射外科技术中，最好是将多个这种源分布在患者头部的周围，借助准直器可将射线束聚焦于脑内的一个很小的球状区。球体的直径可选，辐射的持续时间也可选(权重)，并且通过在脑内将从数个这种辐照点发出的剂量叠加就可以生成这样一个辐射剂量场，其中肿瘤所接受的剂量最大，而同时周围的组织所接受的剂量最小。
为了达到放射治疗辐射剂量在待放射靶区的高度集中，在靶区外的剂量下降，避免伤害到正常组织，适形和调强是放射治疗设备采用的两项主要技术。为了达到此目的，通常采取改换准直器孔径和变化多叶光栅窗口形状的办法。以伽玛刀为例，采取几种不同孔径的准直器而达到调整剂量的目的，但是，无法做到连续可调，降低了治疗精确度。而以医用直线加速器为例，其通常采用变化多叶光栅窗口形状的办法来调整剂量，但是，多叶光栅结构复杂，导致故障率很高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种治疗计划制定方法、装置及放疗***，以解决上述问题。
本发明一实施例提供一种治疗计划制定方法，包括步骤：根据用户命令输入预设剂量分布方案；根据预设的算法至少匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变；将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案；以及根据所述最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案制定治疗计划。
本发明另一实施例提供一种治疗计划制定装置，至少包括：输入模块，用于根据用户命令输入预设剂量分布方案；计算模块，用于根据预设的算法至少匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变；比较模块，用于将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案；以及制定模块，用于根据所述最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案制定治疗计划。
本发明又一实施例提供一种放疗***，至少包括：至少一个治疗头，用于产生辐射射线；治疗床，用于限定一目标靶区的位置；支架，用于支撑所述至少一个治疗头，并带动所述治疗头相对于所述治疗床沿多个维度连续运动；以及处理器，其至少包括上述的治疗计划制定装置。
本发明的治疗计划制定装置和方法以及放疗***，通过利用治疗头的连续移动(包括旋转和摆动等)获得连续可变的辐射角度，辅以准直器尺寸的调整以及其他参数的调整，而计算得到多个剂量分布方案，通过将计算得到的多个剂量分布方案与理想的预设剂量分布方案进行比较，得到最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案，进而制定出治疗计划。由此，在保持硬件结构无需变更的情况下，提高了治疗计划精确度。
附图说明
图1是本发明提供的一种治疗计划制定方法的流程图；
图2是本发明提供的一种治疗计划制定装置的一实施例的功能模块图；
图3是本发明提供的一种放疗***的一实施例的示意图；
图4是本发明提供的一种放疗***的另一实施例的示意图；
图5是本发明提供的一种放疗***的又一实施例的示意图；
图6是本发明提供的一种放疗***的再一实施例的示意图；
图7是本发明提供的一种放疗***的另一实施例的示意图；
图8是本发明提供的一种放疗***的再一实施例的示意图；
图9是本发明提供的一种放疗***的又一实施例的示意图；
图10是本发明提供的一种放疗***的又一实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本发明保护的范围。
本发明的原理是：充分利用放射剂量在空间和时间四个维度的叠加效果，来实现合理的剂量分布。以手电筒的一束光线为例，在光束路径上放置一张白纸用以观测在特定截面的光照强度及光度分布，则会观测到纸面上形成圆形或近似于椭圆形的光斑，而当改变光束的入射角度时，光斑的形状会产生变化，光照强度(单位面积的辐射能量)也会变化。同样，利用这个原理，控制放射源的辐射束从不同角度进行预定时间的辐射，同时辅以准直器尺寸的调整，从而形成在一个特定的空间区域辐射剂量在该空间区域的连续变化，并呈现出特定的空间分布。
请参阅图1，本发明提供一种治疗计划制定方法，包括以下步骤：
步骤S101，根据用户命令输入预设剂量分布方案。本实施例中，医生根据待放射靶区的位置，通过半经验模型或玻尔兹曼(Boltzmann)输运方程计算得到所述预设剂量分布方案。当需要通过计算机进行治疗计划制定时，通过手动或自动输入设备，将所述预设剂量分布方案存储到计算机***中。
步骤S102，根据预设的算法，至少匹配一放疗***100的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变。本实施例中，所述放疗***100的至少一个治疗头可相对于所述待放射靶区在至少一个维度上连续移动，使得所述辐射角度连续可变。所述放疗***100可以是任何立体定向放射外科(SRS)设备或立体定向放射治疗(SRT)设备，例如三维适形放疗(3-dimentional conformal radio-therapy，3D-CRT)设备和调强适形放疗(intensitymodulatedradiotherapy，IMRT)设备等。所述治疗头至少包括放射源以及多个准直器，所述放射源的射线能量通常为确定的值，所述准直器可以是孔径准直器，也可以是多叶准直器。更具体的，所述预设的算法包括函数：f(Φ,θ,B,D,t,d)，其中，变量Φ表示一个治疗头在第一维度上相对于目标靶区旋转的旋转角度，变量θ表示所述治疗头在第二维度上相对于目标靶区的摆动角度，所述第二维度不同于所述第一维度，B为射线能量参数，变量D表示治疗头的放射源点到目标靶区位置的距离，变量t为辐射时间，变量d为治疗头的准直器的出射口尺寸。基于所述函数f，可计算得到多个剂量分布值。
步骤S103，将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案。本实施例中，通过将计算得到的多个剂量分布值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
步骤S104，根据最接近所述预设剂量分布方案的所述待用辐射剂量分布方案，制定治疗计划。
本发明的治疗计划制定方法，通过利用治疗头102的连续移动(包括旋转和摆动等)获得连续可变的辐射角度，辅以准直器尺寸的调整以及其他参数的调整，而计算得到多个剂量分布方案，通过将计算得到的多个剂量分布方案与理想的预设剂量分布方案进行比较，得到最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案，进而制定出治疗计划。由此，提高了治疗计划精确度。
请参阅图2，本发明还提供一种治疗计划制定装置10，其用于实现上述治疗计划制定方法。所述治疗计划制定装置10至少包括输入模块11、计算模块12、比较模块13以及制定模块14。
所述输入模块11用于根据用户命令输入预设剂量分布方案。本实施例中，医生根据待放射靶区的位置，通过半经验模型或玻尔兹曼(Boltzmann)输运方程计算得到所述预设剂量分布方案。当需要通过计算机进行治疗计划制定时，通过手动或自动输入设备，将所述预设剂量分布方案存储到计算机***中。
所述计算模块12用于根据预设的算法，至少匹配一放疗***100的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变。具体的，所述预设的算法包括所述函数：f(Φ,θ,B,D,t,d)。其中，变量Φ表示一个治疗头在第一维度上相对于目标靶区旋转的旋转角度，变量θ表示所述治疗头在第二维度上相对于目标靶区的摆动角度，所述第二维度不同于所述第一维度，B为射线能量参数，变量D表示治疗头的放射源点到目标靶区位置的距离，变量t为辐射时间，变量d为治疗头的准直器的出射口尺寸。基于所述函数f，可计算得到多个剂量分布值。
所述比较模块13用于将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案。本实施例中，通过将计算得到的多个剂量分布值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
所述制定模块14用于根据所述最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案，制定治疗计划。
请参阅图3，本发明还提供一种包括上述治疗计划制定装置10的放疗***100。所述放疗***100包括至少一个治疗头101、治疗床102、可旋转支架103以及处理器104。所述治疗头101用于产生辐射射线，所述治疗床102用于限定一目标靶区(患者病灶处)的位置，所述可旋转支架103用于支撑所述至少一个治疗头101，并带动所述治疗头101相对于所述治疗床102沿多个维度连续运动。所述处理器104至少包括上述的治疗计划制定装置。所述至少一个治疗头101可相对于所述目标靶区在至少一个维度上连续移动，使得所述辐射角度连续可变。此外，所述治疗头101至少包括放射源以及多个准直器(图未示)，所述放射源的射线能量通常为确定的值，所述准直器可以是孔径准直器，也可以是多叶准直器。
在本实施例中，所述放疗***100包括可旋转支架103，至少一个所述治疗头101设置在所述可旋转支架103上，所述治疗头101跟随所述可旋转支架103环绕所述目标靶区连续旋转，并形成环绕第一维度(x轴)的中心轴旋转运动。此时，所述治疗头101可以是适形治疗头101，也可以是聚焦治疗头101。
请参阅图4，在另一个实施例中，所述放疗***100a还包括可旋转支架103以及设置在支架侧壁上的弧形导轨104，所述弧形导轨104沿所述支架103的中心轴方向延伸，至少一个所述治疗头101设置在所述弧形导轨104上，所述治疗头101跟随所述支架103连续旋转的同时，还沿所述弧形导轨104绕垂直第一维度(X轴)的第二维度(Y轴)旋转。
请参阅图5，在又一个实施例中，所述放疗***100b还可通过多关节机械手臂控制的方式，实现多自由度的辐射角度与辐射距离选择。
可以理解的是，在其他实施例中，所述放疗***100的治疗头101可以根据实际需要，通过各种方式设置在多个维度上进行移动。此外，为了能够提高治疗效率以及剂量调整灵活度，所述治疗头101的数量也可以根据实际需要，增设为三个或三个以上，此时，预设的算法函数也相应调整。
下面将列举多个实施例，对上述放疗***100的治疗计划制定过程进行阐述。
请参阅图6，在再一实施例中，所述放疗***100包括单个放射源的适形治疗头101，所述适形治疗头101可沿所述可旋转支架103和/或所述弧形导轨104连续运动。此时，所述预设的算法包括函数：
Figure BDA0001224303040000061
其中，S为叠加剂量分布，n表示放射源的位置变化数量。
在所述步骤S102中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个S值，并将计算得到的多个S值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
请参阅图7，在另一实施例中，所述放疗***100包含两个以上的适形治疗头101，且所述适形治疗头101均设置在同一个可旋转支架103和/或对应的弧形导轨104上连续运动。此时，将所述预设的算法调整为包括函数：
Figure BDA0001224303040000062
其中，§1为叠加剂量分布，p表示适形治疗头101数量。
在所述步骤S102中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§1值，并将计算得到的多个§1值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
请参阅图8，在再一实施例中，所述治疗头101是包括多个放射源的单个聚焦治疗头101，所述聚焦治疗头101可沿所述可旋转支架103和/或所述弧形导轨104连续运动。此时，所述预设的算法调整为包括函数：
Figure BDA0001224303040000063
其中，§2为叠加剂量分布，o表示聚焦治疗头101的位置变化数量，m表示放射源的数量。
在所述步骤S102中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§2值，并将计算得到的多个§2值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
请参阅图9，在又一实施例中，所述放疗***100中的所述聚焦治疗头101的数量为两个以上，且均设置在同一个可旋转支架103和/或弧形导轨104上连续运动。此时，所述预设的算法调整为包括函数：
Figure BDA0001224303040000071
其中，§3为叠加剂量分布，q表示聚焦治疗头101的数量。
在所述步骤S102中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§3值，并将计算得到的多个§3值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
请参阅图10，在又一实施例中，所述放疗***100包括至少一个聚焦治疗头101和至少一个适形治疗头101，且所述聚焦治疗头101和适形治疗头101均设置在同一个可旋转支架103上，或者同时设置在对应的弧形导轨104上，并能够连续运动。此时，所述预设的算法调整为包括函数：
Figure BDA0001224303040000072
其中，§1为适形治疗头101的叠加剂量分布，§3为聚焦治疗头101的叠加剂量分布，p表示适形治疗头101数量，n表示适形治疗头放射源的位置变化数量，q表示聚焦治疗头101的数量，o表示聚焦治疗头101的位置变化数量，m表示聚焦治疗头放射源的数量。
在所述步骤S102中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§值，并将计算得到的多个§值与所述预设辐射剂量方案进行比较，从而确定最接近所述预设辐射剂量的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。采取本方式，除了可以实现多角度辐射方式外，还由于两个治疗头101可以进行协作配合，可以更灵活地实现预定的剂量分布，同时可以提高治疗效率一倍以上。
本发明的治疗计划制定装置，通过利用治疗头的连续移动(包括旋转和摆动等)获得连续可变的辐射角度，辅以准直器尺寸的调整以及其他参数的调整，而计算得到多个剂量分布方案，通过将计算得到的多个剂量分布方案与理想的预设剂量分布方案进行比较，得到最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案，进而制定出治疗计划。由此，在保持硬件结构无需变更的情况下，提高了治疗计划精确度。
以上所披露的仅为本发明实施方式中的较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本发明的权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种治疗计划制定方法，包括步骤：
根据用户命令输入预设剂量分布方案；
根据预设的算法至少匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变；
将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案；以及
根据所述最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案制定治疗计划；
其中，所述预设的算法基于函数：f(Φ,θ,B,D,t,d)计算得到所述待用辐射剂量分布方案，其中，变量Φ表示一个治疗头在第一维度上相对于目标靶区旋转的旋转角度，变量θ表示所述治疗头在第二维度上相对于目标靶区的摆动角度，所述第二维度不同于所述第一维度，B为射线能量参数，变量D表示治疗头的放射源点到目标靶区位置的距离，变量t为辐射时间，变量d为治疗头的准直器的出射口尺寸。
2.根据权利要求1所述的治疗计划制定方法，其特征在于，所述治疗头是包括单个放射源的适形治疗头，所述预设的算法包括函数：
Figure FDA0002296360090000011
其中，S为叠加剂量分布，n表示放射源的位置变化数量；
在所述匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数以制定治疗计划的步骤中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个S值，并将计算得到的多个S值与所述预设剂量分布方案进行比较，从而确定最接近所述预设剂量分布方案的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
3.根据权利要求2所述的治疗计划制定方法，其特征在于，所述适形治疗头的数量为两个以上，且均设置在同一个可旋转支架上连续运动，所述预设的算法包括函数：
Figure FDA0002296360090000012
其中，§1为叠加剂量分布，p表示适形治疗头数量；
在所述匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数以制定治疗计划的步骤中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§1值，并将计算得到的多个§1值与所述预设剂量分布方案进行比较，从而确定最接近所述预设剂量分布方案的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
4.根据权利要求1所述的治疗计划制定方法，其特征在于，所述治疗头是包括多个放射源的聚焦治疗头，所述聚焦治疗头可连续运动，所述预设的算法包括函数：
Figure FDA0002296360090000021
其中，§2为叠加剂量分布，o表示聚焦治疗头的位置变化数量，m表示放射源的数量；
在所述匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数以制定治疗计划的步骤中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§2值，并将计算得到的多个§2值与所述预设剂量分布方案进行比较，从而确定最接近所述预设剂量分布方案的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
5.根据权利要求4所述的治疗计划制定方法，其特征在于，所述聚焦治疗头的数量为两个以上，且均设置在同一个可旋转支架上连续运动，所述预设的算法包括函数：
Figure FDA0002296360090000022
其中，§3为叠加剂量分布，q表示聚焦治疗头的数量；
在所述匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数以制定治疗计划的步骤中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§3值，并将计算得到的多个§3值与所述预设剂量分布方案进行比较，从而确定最接近所述预设剂量分布方案的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
6.根据权利要求1所述的治疗计划制定方法，其特征在于，所述治疗头包括至少一个聚焦治疗头和至少一个适形治疗头，且均设置在同一个可旋转支架上连续运动，所述预设的算法包括函数：
Figure FDA0002296360090000031
其中，§1为适形治疗头的叠加剂量分布，§3为聚焦治疗头的叠加剂量分布，p表示适形治疗头数量，n表示适形治疗头放射源的位置变化数量，q表示聚焦治疗头的数量，o表示聚焦治疗头的位置变化数量，m表示聚焦治疗头放射源的数量；
在所述匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数以制定治疗计划的步骤中，分别代入不同的Φi、ti、Di、ti、di和固定的B的值，计算得到多个§值，并将计算得到的多个§值与所述预设剂量分布方案进行比较，从而确定最接近所述预设剂量分布方案的各个剂量分布参数，进而确定治疗计划。
7.根据权利要求1所述的治疗计划制定方法，其特征在于，通过半经验模型或玻尔兹曼(Boltzmann)输运方程计算得到所述预设剂量分布方案。
8.一种治疗计划制定装置，其特征在于，至少包括：
输入模块，用于根据用户命令输入预设剂量分布方案；
计算模块，用于根据预设的算法至少匹配一放疗***的射线能量以及各准直器的尺寸、辐射角度以及辐射时间参数，并计算出多个待用辐射剂量分布方案，其中，所述辐射角度连续可变；
比较模块，用于将所述多个待用辐射剂量分布方案分别与所述预设剂量分布方案进行比较，以确认最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案；以及
制定模块，用于根据所述最接近所述预设剂量分布方案的待用辐射剂量分布方案制定治疗计划；
其中，所述预设的算法基于函数：f(Φ,θ,B,D,t,d)计算得到所述待用辐射剂量分布方案，其中，变量Φ表示一个治疗头在第一维度上相对于目标靶区旋转的旋转角度，变量θ表示所述治疗头在第二维度上相对于目标靶区的摆动角度，所述第二维度不同于所述第一维度，B为射线能量参数，变量D表示治疗头的放射源点到目标靶区位置的距离，变量t为辐射时间，变量d为治疗头的准直器的出射口尺寸。
9.一种放疗***，至少包括：
至少一个治疗头，用于产生辐射射线；
治疗床，用于限定一目标靶区的位置；
支架，用于支撑所述至少一个治疗头，并带动所述治疗头相对于所述治疗床沿多个维度连续运动；以及
处理器，其至少包括权利要求第8项所述的治疗计划制定装置。
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