一种逆向调强放疗的子野处理方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种逆向调强放疗的子野处理方法及装置，所述方法包括：从预先分割出的所有矩阵中提取机器跳数相同的子野矩阵；从所述提取的子野矩阵中选取一个或多个大于设定阈值的第一子野矩阵和小于设定阈值的第二子野矩阵，并减少所述第一子野矩阵对应的子野面积并增大所述第二子野矩阵对应的子野面积，以使所述减小的第一子野矩阵与所述增大的第二子野矩阵的子野面积均大于或等于设定阈值；其中，所述第一子野矩阵对应的子野面积大于所述第二子野矩阵对应的子野面积，所述减少的子野面积与所述增大的子野面积的大小相等且位置相同。
【专利说明】一种逆向调强放疗的子野处理方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗【技术领域】，尤其涉及一种逆向调强放疗的子野处理方法及装置。【背景技术】
[0002]肿瘤的生命力通常比正常器官要强，如果高能射线能对肿瘤造成伤害，那么对正常器官造成的伤害就会更大，所以制定放疗计划的原则就是让肿瘤接受到尽可能多的剂量而同时让周围的器官接受到尽可能少的剂量。目前，实现该功能的技术是逆向调强放疗(IMRT,Intensity-modulated radiation t h e ra P y)，它利用计算机控制的加速器去向恶性肿瘤或肿瘤内的特定区域发射精确的辐射剂量。I MRT就是由医生根据病人的状况输入自己认为适宜病人的剂量分布并由计算机进行计算，最后得出能够实现医生目标的优化算法，这要求优化得出的剂量分布和加速器形成剂量分布要与医生希望的剂量分布尽可能一致。具体实现如下:
[0003]首先，将加速器照射野按照相同的尺寸划分为一个个“方块”，每个“方块”代表一个射线笔形束的权重，每个笔形束都会对所有的器官产生剂量贡献，每个点(代表划分出的一个“方块”)的剂量为:
【权利要求】
1.一种逆向调强放疗的子野面积均衡方法，其特征在于，包括: 从预先分割出的所有矩阵中提取机器跳数相同的子野矩阵； 从所述提取的子野矩阵中选取一个或多个大于设定阈值的第一子野矩阵和小于设定阈值的第二子野矩阵，并减少所述第一子野矩阵对应的子野面积并增大所述第二子野矩阵对应的子野面积，以使所述减小的第一子野矩阵与所述增大的第二子野矩阵的子野面积均大于或等于设定阈值； 其中，所述第一子野矩阵对应的子野面积大于所述第二子野矩阵对应的子野面积，所述减少的子野面积与所述增大的子野面积的大小相等且位置相同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述提取的子野矩阵中选取一个或多个大于设定阈值的第一子野矩阵和小于设定阈值的第二子野矩阵，并减少所述第一子野矩阵对应的子野面积并增大所述第二子野矩阵对应的子野面积包括: 确定所述提取的子野矩阵中每个子野矩阵对应的子野面积； 将所述子野面积大于设定阈值的子野矩阵作为第一类型的子野矩阵，将所述子野面积小于或等于设定阈值的子野矩阵作为第二类型的子野矩阵； 从所述第一类型的子野矩阵中选取子野面积最大的子野矩阵作为第一子野矩阵，并从所述第二类型的子野矩阵中选取子野面积最小的子野矩阵作为第二子野矩阵； 逐行互换所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的子野面积，并根据互换前后第一子野矩阵和第二子野矩阵间的面积方差大小来保留互换前的矩阵状态或保留互换后的矩阵状态； 判断逐行互换后的第二子野矩阵对应的子野面积是否小于所述设定阈值，如果是，则判断所述第一类型的子野矩阵中是否存在未被选取过的子野矩阵； 如果存在所述未被选取过的子野矩阵，则从所述未被选取过的子野矩阵中选取子野面积最大的子野矩阵作为第一子野矩阵，继续执行逐行互换所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的子野面积的步骤，直到第二子野矩阵对应的子野面积不小于所述设定阈值为止。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 如果不存在所述未被选取过的子野矩阵且第二子野矩阵对应的子野面积仍小于所述设定阈值，则将第一类型的所有子野矩阵与第二子野矩阵均恢复到被分割后时的状态。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述逐行互换所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的子野面积，并根据互换前后第一子野矩阵和第二子野矩阵间的面积方差大小来保留互换前的矩阵状态或保留互换后的矩阵状态，包括: 将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换，以互换所述当前同行数值对应的子野面积； 计算互换前的第一子野矩阵对应的子野面积与第二子野矩阵对应的子野面积间的第一面积方差，并计算互换后的第一子野矩阵对应的子野面积与第二子野矩阵对应的子野面积间的第二面积方差； 如果所述第二面积方差小于所述第一面积方差，且存在所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的下一同行数值，则将所述下一同行数值作为当前同行数值，继续执行所述将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换的步骤； 如果所述第二面积方差大于或等于所述第一面积方差，则将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵恢复到互换前的状态，恢复成功后，当存在所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的下一同行数值时，将所述下一同行数值作为当前同行数值，继续执行所述将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换后，还包括: 在所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵中的任意一个矩阵中，判断当前行数值对应的加速器左叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器右叶片位置交叠，和/或，判断当前行数值对应的加速器右叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器左叶片位置交叠； 如果是，则执行所述将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵恢复到互换前的状态的步骤，如果否，则继续执行所述计算互换前的第一子野矩阵对应的子野面积与第二子野矩阵对应的子野面积间的第一面积方差的步骤； 在不存在所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的下一同行数值时，判断是否存在被保留的互换后的面积，如果是，则将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的第一行数值作为当前同行数值，继续执行将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换的步骤。
6.一种逆向调强放疗 的子野面积形状修补方法，其特征在于，包括: 对预先分割出的所有矩阵中的机器跳数相同的子野矩阵进行面积均衡，其中，采用权利要求1-5任一项所述的方法对所述子野矩阵进行面积均衡； 在面积均衡后的子野矩阵中，依次选取每个子野矩阵，并对选取子野矩阵进行形状修补操作； 所述形状修补操作具体包括: 互换选取子野矩阵与第三子野矩阵对应位置的部分子野面积，以减少选取子野矩阵与第三子野矩阵的形状复杂程度，所述第三子野矩阵是未与所述选取子野矩阵参与互换的子野矩阵； 从所述未参与互换的子野矩阵中选取一个子野矩阵作为第三子野矩阵，继续执行所述互换选取子野矩阵与第三子野矩阵对应位置的部分子野面积的步骤，直到所述选取子野矩阵与其它各个子野矩阵均进行互换操作为止。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述互换选取子野矩阵与第三子野矩阵对应位置的部分子野面积包括: 在选取子野矩阵与第三子野矩阵中选取相互对应的至少一行数值，并逐行互换选取的每行数值对应的全部或部分子野面积； 在每次互换结束后，分别计算互换前的选取子野矩阵的第一形状复杂度与第三子野矩阵的第二形状复杂度，并分别计算互换后的选取子野矩阵的第三形状复杂度与第三子野矩阵的第四形状复杂度； 判断第三形状复杂度与第四形状复杂度之和是否小于第一形状复杂度与第二形状复杂度之和，如果是，则保留互换后两个子野矩阵的状态，如果否，则将参与互换的两个子野矩阵恢复成互换前的状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述形状复杂度的计算公式为:
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述逐行互换选取的每行数值对应的全部或部分子野面积包括: 逐行互换选取子野矩阵与第三子野矩阵的当前行数值以互换当前行数值对应的子野面积； 或，逐行互换选取子野矩阵与第三子野矩阵的当前行数值对应的第一选取面积与第二选取面积，其中，第一选取面积与第二选取面积的大小相等且位置相同，当所述第一选取面积为选取子野矩阵的叶片开口面积时，所述第二选取面积为第三子野矩阵的叶片闭口面积，当所述第一选取面积为选取子野矩阵的叶片闭口面积时，所述第二选取面积为第三子野矩阵的叶片开口面积。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述每次互换结束后，还包括: 在选取子野矩阵与第三子野矩阵中的任意一个矩阵中，判断当前行数值对应的加速器左叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器右叶片位置交叠，和/或，判断当前行数值对应的加速器右叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器左叶片位置交叠； 如果是，则执行所述将参与互换的两个子野矩阵恢复成互换前的状态的步骤，如果否，则继续执行所述分别计算互换前的选取子野矩阵的第一形状复杂度与第三子野矩阵的第二形状复杂度的步骤。
11.一种逆向调强放疗的子野面积均衡装置，其特征在于，包括: 矩阵选取模块，用于从预先分割出的所有矩阵中提取机器跳数相同的子野矩阵； 面积均衡模块，用于从所述提取的子野矩阵中选取一个或多个大于设定阈值的第一子野矩阵和小于设定阈值的第二子野矩阵，并减少所述第一子野矩阵对应的子野面积并增大所述第二子野矩阵对应的子野面积，以使所述减小的第一子野矩阵与所述增大的第二子野矩阵的子野面积均大于或等于设定阈值；其中，所述第一子野矩阵对应的子野面积大于所述第二子野矩阵对应的子野面积，所述减少的子野面积与所述增大的子野面积的大小相等且位置相同。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述面积均衡模块包括: 面积确定单元，用于确定所述提取的子野矩阵中每个子野矩阵对应的子野面积； 类型确定单元，用于将所述子野面积大于设定阈值的子野矩阵作为第一类型的子野矩阵，将所述子野面积小于或等于设定阈值的子野矩阵作为第二类型的子野矩阵；矩阵选取单元，用于从所述第一类型的子野矩阵中选取子野面积最大的子野矩阵作为第一子野矩阵，并从所述第二类型的子野矩阵中选取子野面积最小的子野矩阵作为第二子野矩阵； 逐行互换单元，用于逐行互换所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的子野面积，并根据互换前后第一子野矩阵和第二子野矩阵间的面积方差大小来保留互换前的矩阵状态或保留互换后的矩阵状态； 第一判断单元，用于判断逐行互换后的第二子野矩阵对应的子野面积是否小于所述设定阈值； 第二判断单元，用于在所述第一判断单元判断得到的逐行互换后的第二子野矩阵对应的子野面积小于所述设定阈值时，判断所述第一类型的子野矩阵中是否存在未被选取过的子野矩阵； 继续选取单元，用于在所述第二判断单元判断得到的存在所述未被选取过的子野矩阵时，从所述未被选取过的子野矩阵中选取子野面积最大的子野矩阵作为第一子野矩阵，继续利用所述逐行互换单元实现逐行互换所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的子野面积的功能，直到第二子野矩阵对应的子野面积不小于所述设定阈值为止。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述面积均衡模块还包括: 状态恢复单元，用于在所述第二判断单元判断得到的不存在所述未被选取过的子野矩阵时，如果第二子野矩阵对应的子野面积仍小于所述设定阈值，则将第一类型的所有子野矩阵与第二子野矩阵均恢复到被分割后时的状态。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述逐行互换单元，包括: 同行互换子单元，将所`述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换，以互换所述当前同行数值对应的子野面积； 方差计算子单元，用于计算互换前的第一子野矩阵对应的子野面积与第二子野矩阵对应的子野面积间的第一面积方差，并计算互换后的第一子野矩阵对应的子野面积与第二子野矩阵对应的子野面积间的第二面积方差； 方差判断子单元，用于判断所述第二面积方差是否小于所述第一面积方差； 第一选取子单元，用于在所述方差判断子单元判断得到的所述第二面积方差小于所述第一面积方差时，如果存在所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的下一同行数值，则将所述下一同行数值作为当前同行数值，继续利用所述第一同行互换子单元实现所述将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换的功能； 状态恢复子单元，用于在所述方差判断子单元判断得到的所述第二面积方差大于或等于所述第一面积方差时，将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵恢复到互换前的状态； 第二选取子单元，用于在所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵恢复到互换前的状态后，如果存在所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的下一同行数值，则将所述下一同行数值作为当前同行数值，继续利用所述同行互换子单元实现所述将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换的功能。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述逐行互换单元还包括: 第一交叠判断子单元，用于在所述同行互换子单元将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的当前同行数值进行互换后，在所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵中的任意一个矩阵中，判断当前行数值对应的加速器左叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器右叶片位置交叠，和/或，当前行数值对应的加速器右叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器左叶片位置交叠； 所述状态恢复子单元，还用于在所述第一交叠判断子单元判断得到的结果为是时，将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵恢复到互换前的状态的步骤，继续调用所述第二选取子单元； 第一继续执行子单元，用于所述第一交叠判断子单元判断得到的结果为否时，继续利用所述方差计算子单元实现所述计算互换前的第一子野矩阵对应的子野面积与第二子野矩阵对应的子野面积间的第一面积方差的功能； 再次验证子单元，用于在不存在所述第一子野矩阵和所述第二子野矩阵的下一同行数值时，判断是否存在被保留的互换后的面积，如果是，则将所述第一子野矩阵与所述第二子野矩阵的第一行数值作为当前同行数值，继续调用所述同行互换子单元。
16.一种逆向调强放疗的子野面积形状修补装置，其特征在于，包括: 如权利要求11至15任一项所述的逆向调强放疗的子野面积均衡装置，用于对预先分割出的所有矩阵中的机器跳数相同的子野矩阵进行面积均衡； 形状修补模块，用于在面积均衡后的子野矩阵中，依次选取每个子野矩阵，并对选取子野矩阵进行形状修补操作； 所述形状修补模块，具体用于互换选取子野矩阵与第三子野矩阵对应位置的部分子野面积，以减少选取子野矩阵与第三子野矩阵的形状复杂程度，所述第三子野矩阵是未与所述选取子野矩阵参与互换的子野矩阵；从所述未参与互换的子野矩阵中选取一个子野矩阵作为第三子野矩阵，继续执行所述互换选取子野矩阵与第三子野矩阵对应位置的部分子野面积的步骤，直到所述选取子野矩阵与其它各个子野矩阵均进行互换操作为止。
17.根据权利要求16所述的`装置，其特征在于，所述形状修补模块包括面积互换单元，所述面积互换单元用于互换选取子野矩阵与第三子野矩阵对应位置的部分子野面积； 所述面积互换单元包括: 逐行互换子单元，用于在选取子野矩阵与第三子野矩阵中选取相互对应的至少一行数值，并逐行互换选取的每行数值对应的全部或部分子野面积； 复杂度计算子单元，用于在每次互换结束后，分别计算互换前的选取子野矩阵的第一形状复杂度与第三子野矩阵的第二形状复杂度，并分别计算互换后的选取子野矩阵的第三形状复杂度与第三子野矩阵的第四形状复杂度； 复杂度判断子单元，用于判断第三形状复杂度与第四形状复杂度之和是否小于第一形状复杂度与第二形状复杂度之和； 状态保留子单元，用于在所述复杂度判断子单元判断得到的第三形状复杂度与第四形状复杂度之和小于第一形状复杂度与第二形状复杂度之和时，保留互换后两个子野矩阵的状态； 状态返回子单元，用于在所述复杂度判断子单元判断得到的第三形状复杂度与第四形状复杂度之和不小于第一形状复杂度与第二形状复杂度之和时，将参与互换的两个子野矩阵恢复成互换前的状态。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述形状复杂度的计算公式为:
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于， 所述逐行互换子单元，具体用于逐行互换选取子野矩阵与第三子野矩阵的当前行数值以互换当前行数值对应的子野面积；或，逐行互换选取子野矩阵与第三子野矩阵的当前行数值对应的第一选取面积与第二选取面积，其中，第一选取面积与第二选取面积的大小相等且位置相同，当所述第一选取面积为选取子野矩阵的叶片开口面积时，所述第二选取面积为第三子野矩阵的叶片闭口面积，当所述第一选取面积为选取子野矩阵的叶片闭口面积时，所述第二选取面积为第三子野矩阵的叶片开口面积。
20.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述面积互换单元还包括: 第二交叠判断子单元，用于在所述每次互换结束后，在选取子野矩阵与第三子野矩阵中的任意一个矩阵中，判断当前行数值对应的加速器左叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器右叶片位置交叠，和/或，当前行数值对应的加速器右叶片位置是否与上一行数值或下一行数值对应的加速器左叶片位置交叠； 所述状态返回子单元，还用于在所述第二交叠判断子单元判断得到的结果为是时，将参与互换的两个子野矩阵恢复成互换前的状态； 第二继续执行子单元，用于所述第二交叠判断子单元判断得到的结果为否时，继续利用所述复杂度计算子单元实现所述分别计算互换前的选取子野矩阵的第一形状复杂度与第三子野矩阵的第二形状复杂度的功能。
【文档编号】A61N5/10GK103520843SQ201310409693
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】姚鹏, 鞠光亮 申请人:沈阳东软医疗系统有限公司