本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備，具體涉及一種用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、放射治療是用x射線、電子線等射線束殺死腫瘤的治療方式。射線束由放射治療系統(tǒng)產(chǎn)生，經(jīng)治療頭引出。通常一個(gè)治療系統(tǒng)只配置一個(gè)治療頭，只能產(chǎn)生單個(gè)方向的射線束治療腫瘤。對(duì)于淺表腫瘤，單個(gè)方向的射線束垂直照射即可。但絕大部分腫瘤位于患者體內(nèi)，需要多個(gè)方向的射線束聚焦照射，才能拉開腫瘤靶區(qū)和周邊正常組織的劑量差別。不同方向的射線束通過治療頭繞患者身體旋轉(zhuǎn)依次實(shí)現(xiàn)。

2、治療系統(tǒng)當(dāng)前的一個(gè)研發(fā)方向是把多個(gè)治療頭集成到一個(gè)治療系統(tǒng)，構(gòu)成多射束治療系統(tǒng)。這樣集成的優(yōu)勢是需要多射線束聚焦照射時(shí)，可以少旋轉(zhuǎn)治療頭，甚至完全不旋頭。這樣集成的優(yōu)勢對(duì)于閃束放療(flashtherapy)尤為重要。原因是閃束放療需要所有射線束在亞秒級(jí)內(nèi)完成照射。顯然治療頭旋轉(zhuǎn)不可能這么快，而多治療頭可以不旋轉(zhuǎn)，可以通過電子控制，實(shí)現(xiàn)多治療頭同時(shí)照射，或者依次快速照射。多射束放療系統(tǒng)的多個(gè)治療頭在空間中的分布可以采用不同設(shè)計(jì)，例如這些治療頭引出的射線束是否共面，是否等角度間隔分布，相對(duì)不同治療頭的夾角是否可以改變等。一種閃速放療機(jī)設(shè)計(jì)是在環(huán)形機(jī)架上布置若干個(gè)治療頭(以下用符號(hào)n表示治療頭個(gè)數(shù))。n個(gè)治療頭可以隨環(huán)形機(jī)架一起整體旋轉(zhuǎn)。每個(gè)治療頭發(fā)出一個(gè)射線束，從而治療機(jī)一次旋轉(zhuǎn)到位，可以實(shí)現(xiàn)n個(gè)角度同時(shí)或近似同時(shí)照射的射線束布置。n個(gè)射線束共面分布，相互之間的相對(duì)角度關(guān)系固定，但n個(gè)角度可以整體在共面范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說，當(dāng)n個(gè)角度旋轉(zhuǎn)改變位置后，只要知道其中任意一個(gè)角度，就可以根據(jù)相對(duì)角度關(guān)系確定其余(n-1)個(gè)角度。

3、放療需要從精心選擇的多個(gè)射線束角度進(jìn)行照射，射線束角度選擇是計(jì)劃設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟。選用的射線束角度需遵循一些原則，適合個(gè)體化治療需求，但一般來說同類型腫瘤一般會(huì)使用相同或相近的治療角度。為了使閃速放療機(jī)射線束角度能滿足不同患者不同部位腫瘤的放射治療需求，射線束方向之間的相對(duì)角度關(guān)系(即射線束角度分布)十分重要。最優(yōu)的相對(duì)角度關(guān)系應(yīng)使放療機(jī)在一次或一次以上的照射中盡可能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所有患者放療所需的照射角度分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布方法及裝置，以解決上述背景技術(shù)中存在的至少一項(xiàng)技術(shù)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供一種用于多射線束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布方法，包括：

4、建立機(jī)頭角度優(yōu)化模型，即用單個(gè)變量表示每個(gè)治療治療頭的角度，將治療頭角度分布的受限條件定義為變量的約束條件，將治療機(jī)提供的治療角度和治療所需的角度之間的一致性定義為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)成角度分布優(yōu)化模型；

5、獲取一批患者治療使用的有代表性的射線束角度分布數(shù)據(jù)；

6、將獲取的射線束角度分布數(shù)據(jù)和治療機(jī)架上擬布置的治療頭數(shù)目、以及治療頭角度分布的受限條件輸入角度分布優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到治療頭角度分布結(jié)果；

7、基于得到的治療頭角度分布結(jié)果，針對(duì)特定患者，對(duì)所有治療頭角度進(jìn)行整體調(diào)整，使所有治療頭盡可能接近治療所需的角度。

8、可選的，建立角度分布優(yōu)化模型，包括：

9、假設(shè)有n個(gè)治療頭，n個(gè)角度為a1～an(0≤ai≤2π,1≤i≤n)，隨著整體轉(zhuǎn)動(dòng)，a1～an具體數(shù)值會(huì)變換，但它們之間的相互關(guān)系滿足：

10、ai+1＝a1+αi?i＝1,2,…,n-1

11、α1～αn-1即為優(yōu)化變量，需要通過優(yōu)化確定其數(shù)值。

12、假設(shè)治療頭角度分布的約束為：

13、

14、為了確定最佳相對(duì)角度關(guān)系α1～αn-1，使用一批臨床使用的固定野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃的照射角度，作為放療患者群體的樣本。優(yōu)化目標(biāo)是使閃療機(jī)能實(shí)現(xiàn)的一組照射角度和患者實(shí)際使用的一組射線束角度一致，即目標(biāo)函數(shù)值是閃療機(jī)實(shí)現(xiàn)的照射角度和固定野調(diào)強(qiáng)治療所需的角度之間的差值。

15、可選的，設(shè)固定野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃使用的射線束數(shù)為m，射線束角度分別為b1～bm；當(dāng)m≤n時(shí)，直接從n個(gè)角度中選m個(gè)角度a1～am，確定機(jī)架整體旋轉(zhuǎn)角度β；其中β取值應(yīng)使下式最?。?/p>

16、

17、對(duì)于這個(gè)最小化問題，β取值應(yīng)為(bi-ai)(1≤i≤m)的中值。這樣，對(duì)于每種角度選取方案都可以計(jì)算出機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度β，從而計(jì)算出閃療機(jī)實(shí)現(xiàn)的照射角度和需要的照射角度之間的差值。比較各個(gè)角度選取方案對(duì)應(yīng)的差值，從中選擇差值最小的方案。

18、可選的，當(dāng)m≥n+1時(shí)，將m個(gè)射線束分成c組，每組射線束數(shù)不超過n，分別確定照射各組射線束時(shí)選擇的線束角度和整體旋轉(zhuǎn)角度β，計(jì)算實(shí)現(xiàn)的角度和治療所需角度之間的差值；比較各個(gè)射線束分組方案對(duì)應(yīng)的差值，從中選擇差值最小的方案。

19、可選的，對(duì)于給定的相對(duì)角度關(guān)系α1～αn-1，使用枚舉法計(jì)算治療頭能實(shí)現(xiàn)的照射角度和一組固定野調(diào)強(qiáng)計(jì)劃所需的照射角度之間的差值最小為多少，則優(yōu)化問題為：變量α1～αn-1取何值時(shí)，射線束角度差異最小：

20、

21、可選的，評(píng)價(jià)治療機(jī)提供的治療角度和治療所需的角度之間一致性δg：

22、其中，c表示分c次實(shí)現(xiàn)治療所需的角度，mi表示第i次治療包含的治療角度個(gè)數(shù)；aij表示第i次治療中使用的治療治療頭角度，βi表示第i次治療機(jī)架整體旋轉(zhuǎn)角度，bij表示第i次治療需要實(shí)現(xiàn)的照射角度。

23、第二方面，本發(fā)明提供一種用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布裝置，包括：

24、建模模塊，即用單個(gè)變量表示每個(gè)治療治療頭的角度，將治療頭角度分布的受限條件定義為變量的約束條件，將治療機(jī)提供的治療角度和治療所需的角度之間的一致性定義為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，建立角度分布優(yōu)化模型；

25、獲取模塊，用于獲取患者治療使用的射線束角度數(shù)據(jù)；

26、求解模塊，用于將獲取的射線束角度分布數(shù)據(jù)和輸入治療機(jī)架上擬布置的治療頭數(shù)目、以及治療頭角度分布的受限條件角度分布優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到治療頭角度分布結(jié)果；

27、調(diào)整模塊，用于基于得到的治療頭角度分布結(jié)果，對(duì)治療頭進(jìn)行調(diào)整，使治療頭處于治療所需的角度。

28、第三方面，本發(fā)明提供多射束放射治療系統(tǒng)，包括如上所述的用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布裝置，所述多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭之間的相對(duì)位置關(guān)系固定不變，相鄰治療頭之間的間距并不都相同，即采用非等間距治療頭角度分布；所述多射束治療系統(tǒng)的治療頭的治療所需的角度利用如上所述的方法進(jìn)行調(diào)整。

29、第四方面，本發(fā)明提供一種閃束放射治療機(jī)，包括如上所述的用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布裝置，所述閃束放射治療機(jī)的多個(gè)治療頭分布在環(huán)形機(jī)架上，所述多個(gè)治療頭可隨環(huán)形機(jī)架整體轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰治療頭之間的間距固定不變，并且這些間距并不都相同，即采用非等間距治療頭角度分布；所述閃束放射治療機(jī)的治療頭的治療所需的角度利用如上所述的方法進(jìn)行調(diào)整。

30、第五方面，本發(fā)明提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上所述的用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布方法。

31、第六方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序當(dāng)在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)如上所述的用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布方法。

32、第七方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲(chǔ)器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲(chǔ)器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如上所述的用于多射束放射治療系統(tǒng)的治療頭角度分布方法的指令。

33、本發(fā)明有益效果：確定了射線束方向之間的相對(duì)角度關(guān)系，使閃速放療機(jī)射線束角度能夠滿足不同患者不同部位腫瘤的放射治療需求，能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所有患者固定野調(diào)強(qiáng)放療所需的照射角度。

34、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)，將在下述的描述部分中更加明顯的給出，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。