一种源压缩和解压缩的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及放疗剂量计算领域，尤其涉及在使用蒙特卡罗方法计算剂量分布中对源进行压缩和处理。
【背景技术】
[0002]目前蒙特卡罗方法在医学剂量计算及验证方面得到广泛应用。使用蒙特卡罗方法的剂量计算，其计算精度接近于真实的测量值，通常被认为是剂量计算中的“金标准”。由于蒙特卡罗方法所需的计算时间过长，阻碍了其在临床放射治疗中的应用。随着计算机硬件技术的发展，特别是图形处理器(GPU)的出现，大大缩短了蒙特卡罗方法所需的计算时间。
[0003]图1中给出了一种光子射线源的物理结构的示例。从图1中可以看出，从粒子加速器出来的电子束，垂直入射到靶101上，产生光子。产生的光子经过初级准直器102、均整器103、电离室104、镜子105等器件，到达了次级准直器107。只有通过次级准直器107的粒子才能对病人进行放射治疗。完整的蒙特卡罗模拟是从电子束与靶发生碰撞产生光子开始模拟，直到穿过次级准直器107的粒子在病人体内完全沉积。完整的蒙特卡罗模拟是非常耗时的。如图1中所示，源平面106之前的物理器件是固定不变的。因此，可以先模拟源平面106之前的粒子输运过程，并将模拟结果进行存储，在模拟源平面106之后的粒子输运过程时，只需要读取该存储的模拟结果，而不必对源平面106之前的粒子输运过程再次模拟，从而缩短了蒙特卡罗模拟所需的时间。
[0004]在模拟源平面之前的粒子输运过程时，对于到达源平面位置的粒子，记录并存储这些粒子的位置、能量、前进方向、类型和权重等信息。源平面之后的模拟就是从记录的这些粒子信息开始。因此，可以将所记录并存储的粒子信息认为是一种源，即源包含了通过源平面的所有粒子的信息。
[0005]如上所述，由于在剂量计算时，直接读取源中的粒子信息，而不需要模拟源所在平面之前的粒子输运过程，因此这种方法缩短了蒙特卡罗方法的剂量计算时间。但是，由于图形处理器(GPU)的内存有限，一次不能读入太大的源。而临床使用的源都比较大，限制了使用图形处理器(GPU)对蒙特卡罗方法的加速，因此有必要对源进行压缩存储和处理。
[0006]源压缩的两个度量是压缩精度和压缩比。一般而言，压缩精度要求经压缩的源能反映源的特性，反映源的特性是指源在压缩后计算所得剂量分布与源直接计算所得剂量分布相同。如果压缩后的源不能反映原来源的特性，即分别用源及压缩后的源进行剂量计算所得剂量分布不相同，则压缩是不成功的。因此，不能保证精度的压缩方法，即使压缩比高也是没有意义的。如果经压缩的源能够反映原来源的特性，但是压缩比不高，即压缩后的源所占空间并没有大的减少，则源压缩算法也是不可取的。
[0007]由于大部分的源是呈圆对称分布的，现有的压缩方法利用该特征，取源的一个扇形区域来代替原来的源，该压缩方法有以下局限性:
[0008]1.扇形区域过大，如取原来源的1/4区域，可以提高压缩精度，但压缩比下降了，起不到压缩的作用。
[0009]2.如果扇形区域过小，保证了压缩比，但压缩精度不够。如果所选扇形区域过小，在计算过程中，这块区域要被循环使用多次。循环次数过多就不满足蒙特卡罗方法用大量粒子来模拟真实情况的原理。
[0010]3.使用扇形区域压缩，压缩后源的大小就是所选扇形区域内所有粒子信息的总和，与该区域内的粒子数呈正比。若要提高压缩精度，则需要增加粒子数，若要提高压缩比，则需要减少粒子数，导致压缩精度和压缩比不能同时提高。
[0011]因此，需要寻求一种压缩精度高、压缩比大，且能够同时提高压缩精度和压缩比的源压缩方法。
【发明内容】
[0012]本发明要解决的技术问题是如何缩小源的存储空间并进一步提高源的精度。
[0013]为解决上述技术问题，本发明提供了一种源压缩方法，包括:读取源中的粒子信息；对所述粒子信息进行分析，并判断是否提取每种类型的粒子分布参数；以及提取并存储至少一种类型的粒子在源平面上的粒子分布参数。
[0014]本发明还提供了一种源解压缩方法，包括:提供压缩源；以及根据压缩源中的粒子分布参数经过计算随机生成至少一种类型的粒子。
[0015]本发明进一步提供了一种源压缩装置，包括:用于读取源中的粒子信息的模块；用于对所述粒子信息进行分析，并判断是否提取每种类型的粒子分布参数的模块；以及用于提取并存储至少一种类型的粒子在源平面上的粒子分布参数的模块。
[0016]本发明还提供了一种源解压缩装置，包括:用于提供压缩源的模块；以及用于根据压缩源中的粒子分布参数经过计算随机生成至少一种类型的粒子的模块。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0018]—、利用源的特征分布进行压缩，提取特征分布的参数并存储，相对于直接存储粒子信息，本发明较好地提高了压缩比。
[0019]二、特征分布可以完全反映源中粒子的状态，能够保证压缩后源的精度；且特征分布与粒子的数量无关，在提高压缩精度的同时不会影响压缩比。
[0020]三、特征分布是按离圆心不同距离的圆环进行分析的。在做调整源(Commiss1n)时，可以直接通过调整压缩后源内对应位置的粒子分布参数来调整源，操作方便。且现有的其它压缩方式不具有这个功能。
【附图说明】
[0021]图1是射线源的示意图。
[0022]图2A-2C分别是粒子数分布、能谱分布和前进方向分布的示意图。
[0023]图3是源处理系统的框图。
[0024]图4是源处理方法的流程图。
[0025]图5是源压缩操作的流程图。
[0026]图6是源解压缩操作的流程图。
【具体实施方式】
[0027]为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0028]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0029]图3是根据本发明的源处理系统的框图。参照图3，该源处理系统包括源模块301、压缩模块302和解压缩模块303。
[0030]源是射线经过初级准直器和电离室等器件后在紧邻次级准直器且在平行于等中心面的平面上形成的一个粒子空间分布，其中，等中心面是指过病人体内的等中心点，并垂直于射束中心轴的平面。构成源的粒子的信息包含粒子的位置、能量、方向、类型和权重等。源模块301用于模拟前述源的粒子信息。
[0031]在本发明中源的产生方式不做限定，源可以是电子直线加速器产生的电子线撞击靶之后产生的射线形成的粒子空间分布，也可以是其它射线源，例如钴60，产生的射线形成的粒子空间分布。
[0032]在一些实施例中，源模块301模拟源的粒子信息，例如图1，源模块301利用蒙特卡罗程序模拟电子线撞击靶101产生光子，产生的光子再经过初级准直器102、均整器103、电离室104、镜子105等器件的过程，形成源平面106位置的粒子信息。
[0033]压缩模块302用于提取并存储至少一种类型的粒子在源平面106上的粒子分布参数。在提取至少一种类型的粒子在源平面106上的粒子分布参数之前，对源的粒子信息进行分析，并根据分析结果对粒子信息进行压缩存储。一般情况下，源中包含多种粒子，可以是不带电粒子，也可以是带电粒子，例如光子、中子、正电子、负电子、质子、重离子或其它粒子；举例而言，不带电粒子可包括光子、中子的至少一种，带电粒子可包括正电子、负电子、质子、重离子中的至少一种。不同的源包含的粒子类型也不同，压缩模块302统计源中包括的粒子类型，并判断是否提取各种类型的粒子分布参数。例如，可以分析每种类型的粒子在源平面中的分布情况及所占的比例，并根据上述分析结果对源中不同类型的粒子，采用不同的方法进行压缩存储。例如，对于适合提取参数的粒子类型提取并存储该类型粒子的粒子分布参数，而对于不适合提取参数的粒子类型直接存储该类型粒子的所有信息。在一些实施例中，压缩模块302包括如下几个组成部分:
[0034]源读取子模块304，从源模块301读取源的粒子信息；
[0035]源分析子模块305，对源读取子模块304所读取的源的粒子信息进行分析，包括统计源中的粒子类型以及每种类型的粒子所占的比例和/或各类型的粒子在源平面的分布。举例而言，可根据某种类型的粒子所占的比例决定是否统计该类型的粒子在源平面的分布。例如，对光子源进行分析，得到光子源中99.9%为光子，其余部分为正电子或负电子。可分析光子在源平面的粒子数分布、能谱分布以及粒子前进方向的分布；由于正电子或负电子所占比例很小，