一种医用直线加速器参数的验证方法与流程

本发明属于医疗器械领域，涉及一种医用直线加速器控制日志文件采集器的信息采集、分析、仿真计算以及对比方法，尤其涉及一种医用直线加速器参数的验证方法。

技术背景

放射治疗中，治疗计划验证的策略随着放疗技术的复杂化程度变化而发展。目前，治疗计划验证的策略是使用二维或三维电离室矩阵代替患者本人，对治疗计划进行验证。这样操作仍存在多个缺陷，包括：1、使用二维或三维电离室矩阵是一种离线计划进行验证方法，无法获取治疗时刻的医用直线加速器运行状态，不能捕捉到患者在多次治疗过程中加速器运行状态的差别。例如某些随温度、湿度、气压、电子元器件等变化引起的加速器治疗误差或错误，就很难通过一次离线治疗计划验证往往捕捉到；2、目前的验证方法无法在治疗时刻对错误的治疗计划或医用直线加速器运行情况报警。如上所述，使用二维或三维电离室矩阵是一种离线计划进行验证方法，无法估计在治疗过程中可能发生的加速器参数错误。此外操作过程中，因为操作不当造成的意外也无法通过离线验证排除；3、无法对电离室矩阵验证通过率较低的计划做机器参数性能分析。影响电离室矩阵验证通过率的因素较多，其中一部分来自于直线加速器参数误差或错误，另一部分来自于所执行的治疗计划带来的误差，而来自于直线加速器参数误差或错误是主要因素，并且会随着直线加速器的使用率和故障率提高而提高；4、二维或三维电离室矩阵受生产工艺影响，电离室有一定尺寸限制，导致电离室矩阵空间分辨率只能达到亚厘米级别，此外还存在测量噪声问题。对于调强放疗所要求的治疗误差不能超过2mm，而对于立体定向放疗，所要求的治疗误差不能超过1mm。目前的电离室矩阵较难发现毫米级别的参数误差；

上述问题容易导致放射治疗安全事故的发生，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种医用直线加速器参数的验证方法，为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：

1.信息采集：从加速器数据处理控制主机1上，使用直线加速器日志数据获取子模块2，通过网络方式采集医用直线加速器主机的日志数据。

1)在数据主机3上，使用udp(userdatagramprotocol，用户数据包协议)协议的数据传输方式，创建一个udp服务进程，接收通过udp传输方式发送的日志数据，创建数据；

2)获取方式包括直线加速器运行时刻实时获取(在线方式)和从直线加速器病人数据库获取(离线方式)；

3)获取的数据包括直线加速器治疗过程中的机架角度，准直器角度，床角度，钨门位置，多叶准直器叶片位置，多叶准直器叶片运动速度等参数；

4)将上述数据读出并更新到数据分析处理主机数据库文件中。

2.数据分析和对比：获取加速器的运行日志文件，对运行日志文件进行解析。计划数据文件按控制点序列获取，加速器的运行日志文件按时间序列获取，获取后转化成控制点序列，并于计划数据比较。

1)日志文件解析的参数，包括直线加速器治疗过程中，按照时间序列获取的机架角度，准直器角度，床角度，钨门位置，多叶准直器叶片位置，多叶准直器叶片运动速度等进行标识，得到参数化自定义文件，并保存至文件管理库模块，按照时间序列形成格式化的机器数据。使用分析处理逻辑把来自计划系统的参数和来自医用直线加速器的运行参数映射到共同的参考坐标空间(rcs)。使用直线加速器日志数据解析子模块4，转化成控制点序列有序地写入解析参数文件，同时减轻磁盘的读写负荷，减少数据冗余。

2)提取治疗计划系统5数据，使用治疗计划数据获取子模块6，提取dicomrt(医学数字成像和通信放射治疗)文件格式的机器参数。用于将所述直线加速器的参数信息，包括机架角度，准直器角度，床角度，钨门位置，多叶准直器叶片位置，多叶准直器叶片运动速度等参数，测试需求以及与匹配的诊断测试序列配置文件存储至诊断测试序列数据库中。按控制点序列读出并更新到数据分析处理主机数据库文件中。

3)获得加速器异常运行的触发消息，根据控制点序列对计划参数和加速器日志参数比较，所选对比参数超过预设容差值时，获取应用程序描述信息并记录该时刻机器参数状态；根据应用程序描述信息向远程的测试端发送异常日志记录。以便于测试端调用对应病例进行模拟仿真验证；进一步获取测试端反馈的仿真验证结果。

4)使用直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7，根据步骤2)将所需对比的参数进行标识，得到格式化的治疗机数据。用于根据所述待分析比较的参数信息以及测试需求，查询预设的诊断测试序列库，获取与所述待诊断参数信息以及测试容差值需求匹配的诊断测试序列配置文件。比较来自治疗计划系统的参数与来自医用直线加速器的参数来验证这些参数是否被正确执行，其中，如果两者的偏差小于容差值，则这次治疗通过验证。

5)使用计划与治疗数据分析处理子模块8，对执行的计划出束情况与治疗计划系统的情况进行对比，快速分析查看mu和实际照射的误差，机架角度，准直器角度，床角度，钨门位置，多叶准直器叶片位置，多叶准直器叶片运动速度等实际到位精度的误差。获取与待诊断参数信息以及测试需求匹配的控制点序列配置文件，根据不同容差值设定列出、显示、比较。

3.通量仿真计算：使用日志文件多叶准直器数据通量仿真子模块9，对日志文件产生的一系列参数，编写不同环境的参数化程序，构建直线加速器等中心平面通量几何模型，分析处理也可以实施来自基于图像的仿真通量图对比。可以将仿真通量图像结果和来自治疗计划系统主机5的通量图像覆盖或并列显示在直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7。对比显示可以包括使用不同颜色，示出叶片顶部可见边缘的线条、检测标记。根据预先设定的容差值，显示叶片警告边界、代表叶片前缘位置的线条等。分析处理也可以实施来自基于图像的仿真剂量图对比。

通量仿真计算实现步骤为：

(1)在虚拟的治疗等中心平面上，根据多叶准直器叶片几何参数，如叶片对数、叶片宽度、叶片步进距离，建立适用于该加速器的计算通量的网格。

(2)根据从日志文件读取的多叶准直器叶片日志参数，逐子野形成网格化通量几何形状。

(3)根据从日志文件读取的子野机器跳数mu值，逐子野确定网格化通量大小。

(4)逐子野对步骤(2)-(3)结果进行叠加，得到仿真通量φ(s)，s表示通量图中任意一点。

4剂量仿真计算：使用日志文件多叶准直器数据剂量仿真子模块10，对日志文件产生的一系列参数，编写不同环境的参数化程序，构建直线加速器等效水模体剂量分布仿真计算，获取等效水模体中实际照射剂量和计划剂量分布对比，并将仿真结果在直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7中显示。比较的剂量分布是绝对剂量分布，或相对剂量分布，通过预先设定的容差值对比较结果进行判定是否通过验证。

剂量仿真计算实现步骤为：

(1)在直线加速器坐标系下，建立虚拟源和等效水模体的几何关系。

(2)对包括虚拟源、等效水模体以及空气组成的系统，按照固定大小划分网格，每个网格赋予一定的密度值，如该网格在空气中，则密度为0；如该网格在等效水模体中，则密度为1。

(3)从等效水模体中的每一个网格出发，寻找该网格到达虚拟源的路径，记录该路径上的介质密度修正系数，记为为模体中任意一点。

(4)根据模块22中的通量，确定等效水模体中的每一个网格获得的通量，再根据步骤(3)中的介质信息，计算该网格受通量衰减后，实际获得的剂量为笔形束核。

(5)对等效水模体逐网格计算，得到仿真剂量

本发明是一种医用直线加速器控制日志文件采集器的信息采集、分析、仿真计算以及对比方法，以解决放射治疗过程中，可能导致的放射治疗安全事故的问题。日志数据是直线加速器系统中存在的重要数据资源，但由于日志数据量巨大，一般的加速器生产厂商只开放有限的数据采集、浏览的基本服务。本发明提出的是一种基于日志数据的医用直线加速器参数的验证方法，可根据用户实际需求，对直线加速器系统进行监控，对直线加速器操作者的操作进行审查，对日志数据进行分析。本发明提出的验证方法通过读取高精度的日志参数，模拟仿真治疗计划结果，实现了放疗计划在线验证，结果更加精确地反映了患者的实际受照剂量。比现有通过二维或三维探测器阵列，用离线方式验证的方法更具有临床实际意义。

附图说明

图1为本发明提供的医用直线加速器控制文件日志采集方法的流程图。

图2为本发明提供的日志文件多叶准直器数据通量仿真方法流程图。

图3为本发明提供的日志文件多叶准直器数据剂量仿真方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1，数据主机3使用直线加速器日志数据获取子模块2，采集来自加速器数据处理控制主机1的参数数据。将获取的日志数据使用直线加速器日志数据解析子模块4，按加速器出束控制点序列，写入到日志文件中，例如，每个子野间隔期间产生一个日志文件并将该日志数据有序地写入创建的日志文件中，按控制点写入日志数据到日志文件中，可以减轻磁盘的读写负荷，减少数据冗余，有序地写入日志数据可以保证日志数据的条理性，便于逐个叶片与计划多叶准直器文件比较。根据从治疗计划系统5中，应用治疗计划数据获取子模块6，提取的dicomrt数据做对比，对于不同的参数应用多个容差值。基于两者的比较来针对每个叶子位置确定置信度值，参数的偏差在90％与95％之间，则系统可以发出警告，但治疗可以继续。如果参数的偏差具有小于90％的置信度值，则该系统可以生成错误，治疗可以停止。如果参数的偏差具有95％或更高的置信度值，则系统可以确定该计划是精确可靠的。

实施例2

参见图1，直线加速器日志数据和治疗计划数据查询，基于医用直线加速器验证系统提供连续的加速器参数数据流，以数字化形式连续地传输出实时直线加速器治疗状态。应用直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7可以在空间上和时间上登记多条信息，然后以统一的形式向用户呈现。

实施例3

参见图1，可以获取来自加速器数据处理控制主机1的每个参数的位移计或编码器的读数确定分析数据。直线加速器日志数据获取子模块2每间隔50ms访问一次参数对应文件。机架角度，准直器角度，床角度，多叶准直器中，都具有独立的位移计或编码器，以控制记录对应参数的位置。计划与治疗数据分析处理子模块8调用日志首先会进行检测，包含线程检测和方法检测，线程检测主要过滤类似于定时任务这种一直在不断的产生日志的线程，方法检测会在一定时间内检测方法调用的频率，过滤掉频繁重复调用的参数值，最后提取的参数值到达固定数量之后批量处理存入数据库。对检测到的异常状态，动态执行一段代码并将结果上报，根据两个重要的时机记录异常：立即执行，方法后执行。立即执行：接受到信令之后就会立马去执行并上报结果；方法后执行：在治疗完成后动态获取返回值、入参变化、对象字段变化等信息。

实施例4

参见图1、2，利用直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7提供的参数输出接口，采用高级编程语言编写的日志文件多叶准直器数据通量仿真子模块9，模拟多叶准直器停留位置、时间、剂量率和对应的子野机器跳数的仿真通量分布文件，并将参数加以标识。静态多叶准直器停留位置参数用于建立子野几何形状，时间、剂量率参数用于和对应的子野机器跳数验证比对。叶片到位准确度分析用实际治疗叶片位置值减去治疗计划叶片位置值，假设每个主野方向有n个子野，每个子野有80个叶片位置，共80*n个位置偏差值。则单对叶片偏差为σ＝xp-xl,其中，xp为该叶片的治疗计划位置，xl为该叶片从日志文件获取的位置。在另一种实施例中，动态多叶准直器，对n个控制点，叶片的总偏差为根据σ数值小于，等于，大于0，判断治疗期间叶片间距的变化。

实施例5

参见图1、3，运用日志文件多叶准直器数据剂量仿真子模块10，利用直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7提供的参数输出接口，结合日志文件多叶准直器数据通量仿真子模块9得到的通量结果，仿真计算等效水模体中实际照射剂量和计划剂量分布对比，并可以将仿真结果在直线加速器日志数据和治疗计划数据查询子模块7中显示。采用多种剂量比对方法，例如：剂量分布差值分析、一致距离分析dta，伽马分析等方法比较来自治疗计划系统主机5的分布和来自医用直线加速器仿真的分布；比较的剂量分布可以是绝对剂量分布，也可以是相对剂量分布。通过预先设定的容差值对比较结果进行判定是否通过验证。例如，比较的标准是伽马分析中，3mm以内的剂量参考点的剂量偏差在3％以内并且伽马通过率在95％以上。当比较结果符合这一标准时，治疗方案适用于继续治疗；若不能满足标准要求，则重新制定计划。

实施例6

dicomrt类型的治疗计划文件，可以采用dicomrt规则化的解析规则进行解析。dicomrt对放射治疗中的许多方面进行了规范，包括放疗图像、放疗剂量、放疗计划等5个基本对象。在上述步骤中，根据目标主机的日志类型确定目标主机上日志文件的解析规则确定对目标主机上日志文件的解析规则。在一种实施例中，根据dicomrt对准直器的叶片边界和叶片位置数据的定义，并参考结合了iec61217标准的“放射治疗仪器一坐标，运动和比例尺”所规定的坐标系。将它多叶准直器叶片坐标数据按照2种方式存放：(1)沿x方向，叶片边界存放顺序为y1、y2……yn+l，叶片位置为x11、x12……x1n；x21、x22……x2n；(2)沿y方向，此时要将x与y坐标取反。根据dicomrt的定义，使用子野控制点的概念。目的是用模型描述各种类型外照射(静态、动态、弧形)的机器参数在照射过程中的设置。如：机架、准直器、床等，并可对照射过程中的机器跳数等参数进行跟踪。每个照射过程由1个控制点序列来描述。一般地，控制点0(cp0)包括除床位置以外的所有初始参数，之后的每1个控制点对各项机器参数变化做记录。此外，控制点内容中还引入了累加机器跳数权重的概念。用于计算控制点的机器跳数值。按同样的方法，即控制点序列结构，写入日志数据到日志文件中，保证日志数据的条理性，方便对比。