一種基于云計算的腫瘤放射治療的劑量驗證系統(tǒng)和方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體的為一種基于云計算的腫瘤放射治療的劑量驗證系統(tǒng)和方法，涉及醫(yī)療
技術(shù)領(lǐng)域：
和云計算
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明將云計算應(yīng)用于處理放射治療計劃的劑量學(xué)驗證中的分析過程，通過云計算，讓更多的計算單元同時的并行執(zhí)行，縮短了運算時間，提高了劑量學(xué)驗證的速率，能有效地實現(xiàn)了對在線放療計劃的驗證?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]腫瘤放射治療的整個過程主要分治療計劃的設(shè)計階段和治療計劃的執(zhí)行階段。射野影像系統(tǒng)是治療計劃執(zhí)行階段的重要質(zhì)量保證工具，其主要功能是觀察、記錄和再現(xiàn)照射過程中的體位和射野與靶區(qū)間的關(guān)系的動態(tài)情況，驗證治療過程中病人的擺位是否正確。非晶娃平板型電子射野影像系統(tǒng)（amorphoussiliconelectronicportalimagingdevice，EPID)作為目前最先進的射野影像工具，具有優(yōu)良的圖像質(zhì)量，更大的成像面積以及優(yōu)越的抗輻射損傷能力逐漸成為放射治療用加速器的常規(guī)配置設(shè)備，在放射治療臨床上廣泛用于治療患者的擺位和靶區(qū)幾何位置的二維和三維成像驗證。[0003]調(diào)強放射治療GMRT)和快速調(diào)強（RapidArc)等新技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代臨床放射治療中，這些新技術(shù)實施起來比較復(fù)雜，易產(chǎn)生不同程度的偏差，為保證病人的治療安全，治療前的劑量學(xué)驗證是非常必要的。目前，放射治療照射野的常規(guī)劑量學(xué)質(zhì)量控制檢測主要是通過三維水箱掃描或其他二維的劑量測量系統(tǒng)來完成，檢測過程十分耗時，占用大量寶貴的機器工作時間和人力資源。而非晶硅平板型電子射野影像系統(tǒng)（EPID)可以在短時間內(nèi)獲取大量的照射野劑量學(xué)信息，其分辨率甚至高于電離室檢測，對這些信息進行合適的修正和校準后，可作為一種快速的二維劑量測量系統(tǒng)，用作放療速器照射野常規(guī)劑量學(xué)質(zhì)控檢驗的快速工具。[0004]EPID成像與劑量有良好的線性關(guān)系，但存在非常大的能量依存性，對于主射束與多葉準直器（MLC)的穿透輻射，EPID呈現(xiàn)不同反應(yīng)。為解決上述問題，一般采用對EPID每一個像素建立校正因子。校正因子需要將像素值轉(zhuǎn)換為在水中dmax深度處的劑量，并需要取得不同大小開放照野（openfield)及穿透照野（transmissionfield)的影像，並且結(jié)合游離腔測量的輸出因子表格（outputfactortable)，建立起EPID像素校正轉(zhuǎn)換因子，可以將EPID的所有像素轉(zhuǎn)換成水中dmax深度處的平面劑量分布圖。所得的劑量圖可以和臨床治療計劃系統(tǒng)使用的劑量演算法(如AAA)所得的劑量分布直接比較。因此，EPID是一種獨立的劑量驗證方法，可作為治療計劃運算所得的劑量驗證，以及治療設(shè)備照射品質(zhì)的驗證。[0005]目前在EPID成像基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)采集，劑量驗證分析及其EPID-系列的校正到實現(xiàn)將影像轉(zhuǎn)化為劑量分布都在本地單機運行，在計算完成后還需要將分析數(shù)據(jù)和報告上傳供醫(yī)生調(diào)閱，批準和存檔保存。整個過程都存在數(shù)據(jù)量大、計算密度高等特點，由于單機單線程運行的局限性，整個系統(tǒng)的完成的實時性較差，對CPU工作量要求較高?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明旨在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種基于云計算平臺的腫瘤放射治療計劃的劑量驗證系統(tǒng)及方法。本發(fā)明利用云計算高密集度數(shù)據(jù)運算的特性，對放射治療計劃的劑量學(xué)驗證中的分析和劑量圖重構(gòu)處理進行加速。它與常規(guī)方法不同之處在于：將EPID數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)的處理分析、EPID校正、EPID影像轉(zhuǎn)化為劑量分布、劑量驗證剝離開來。由云計算來處理數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)的處理分析、EPID校正、EPID影像轉(zhuǎn)化為劑量分布，這樣使得運算時間大大減少。[0007]另外，針對光子與EPID和水物理反應(yīng)能力的差別，由云計算實現(xiàn)蒙特卡羅方法對加速器、EPID和水模體的模擬、光子筆形束劑量沉積核的計算，將EPID光子通量轉(zhuǎn)化為水中的通量，然后用模擬泛野的離軸比矩陣進行劑量分布校正與灰度-劑量校準后建立響應(yīng)函數(shù)。在蒙特卡羅方法模擬過程中射野的相關(guān)特性，如光子和電子的能譜分布、離軸能量、離軸注量、輻射角等難以實際測量的物理項能夠得到快速的計算分析。[0008]基于云計算平臺的腫瘤放射治療計劃驗證的驗證系統(tǒng)，與常規(guī)方法不同之處在于：醫(yī)用直線加速器上的非晶娃平板電子射野影像系統(tǒng)（amorphoussiliconelectronicportalimagingdevice,EPID)作為一個二維劑量測量系統(tǒng)采集器，其采集到的信號通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云端服務(wù)器；由云端服務(wù)器對采集信號進行整體計算機控制和劑量圖（dosemap)重構(gòu)處理；同時控制與顯示終端也通過網(wǎng)絡(luò)連接云端服務(wù)器，向云端服務(wù)器發(fā)送操作指令和顯示重構(gòu)重構(gòu)處理結(jié)果。[0009]目前還沒有基于云計算平臺的腫瘤放射治療計劃的劑量驗證系統(tǒng)和方法，基本上目前常用方法是EPID圖像的采集和劑量分析處理都在本地PC完成，而本系統(tǒng)將EPID影像信息的采集和處理分開，把需要計算分析的部分轉(zhuǎn)移到基于云計算的服務(wù)器上；位于用戶端的設(shè)備僅進行影像采集、預(yù)處理、傳遞、接收和顯示分析結(jié)果；位于云計算服務(wù)器的軟件加速劑量沉積核與卷積模型建立，將上傳的EPID影像轉(zhuǎn)換成參考劑量分布；并通過云端的Hadoop的MapReduce編程模型加速待比較劑量分布和參考劑量分布之間的Gamma分析。分析結(jié)果保存于云計算服務(wù)器上，并可以讓用戶通過各種聯(lián)網(wǎng)的平臺獲取到分析結(jié)果。[0010]在劑量沉積核與卷積模型建立和將上傳的EPID影像轉(zhuǎn)換成參考劑量分布過程中，蒙特卡洛計算可以最精確的實現(xiàn)EPID的校正，從而能實現(xiàn)劑量的準確分析。然而蒙特卡洛計算無法在本地單機運行，云計算填補了這一缺陷。[0011]并且，云計算的服務(wù)器端提供的開放性的接口，主節(jié)點可以根據(jù)用戶終端制定的任務(wù)分配策略、具體算法處理函數(shù)、map函數(shù)和reduce函數(shù)上載到云計算平臺。這樣使得操作上的靈活性和新算法的維護的容易性上大大提高，新開發(fā)的劑量驗證處理算法和各直線加速器的不同計算參數(shù)可以直接上載到云端平臺進行處理。[0012]現(xiàn)有技術(shù)中的各直線加速器裝置并不是開放式的平臺，軟件系統(tǒng)和接口只能按照各廠家儀器使用標準進行操作，不能進行更新，而且基本上不具備腫瘤放射治療計劃的劑量驗證復(fù)合分析評估功能。現(xiàn)有技術(shù)中的腫瘤放射治療計劃的驗證系統(tǒng)缺乏一套具有開放性的獨立復(fù)合分析評價的平臺，從而腫瘤放射治療計劃的驗證效率不高，準確性有待提高，腫瘤治療的質(zhì)量無法進一步提升。本發(fā)明的測量系統(tǒng)的有益效果是：通過建立一個具有高速處理能力的腫瘤放射治療計劃的驗證系統(tǒng)云端系統(tǒng)，不僅可以為醫(yī)護人員提供一個加快劑量學(xué)驗證的速率平臺，還可以實現(xiàn)劑量學(xué)驗證設(shè)備的便攜化和遠程控制，并降低造價和使用成本。[0013]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。本發(fā)明多處僅僅對做出改進的部分進行描述，而其他未說明部分可以借助本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，亦即未說明部分通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，在此不進行詳細說明。【附圖說明】[0014]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為本發(fā)明的劑量驗證系統(tǒng)和方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。附圖1中，編號與步驟或部件的對應(yīng)為：1、保存待比較劑量分布和EPID圖像信號，2、啟動EPID圖像信號轉(zhuǎn)化成參考劑量分布，3、提取欲處理的EPID圖像信息，4、啟動Map將配準任務(wù)分給不同slave處理，5、返回結(jié)果，6、11返回處理后的結(jié)果，7、啟動Gamma分析，8、提取待比較和參考劑量分布，9、啟動Map將評估任務(wù)分給不同slave處理，10、返回結(jié)果，12、腫瘤患者治療的調(diào)強計劃設(shè)計，13、生成水模體的調(diào)強驗證計劃，14、生成待比較劑量分布當(dāng)前第1頁1 2 3