一种获取射束能谱的方法、装置及剂量分布计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种射束能谱获取方法，包括设置射束的初始能谱分布；基于初始能谱分布，计算射束中心轴上的剂量分布；判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合；若吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布；若不吻合，则调节当前的能谱分布，并基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合为止。本发明计算能谱的方法简单、有效。
【专利说明】
一种获取射束能谱的方法、装置及剂量分布计算方法
技术领域
[0001]本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种可以获得医用电子直线加速器的射束能谱的方法。
【背景技术】
[0002]众所周知放射治疗是肿瘤治疗的最重要、最基本的手段之一。为了提高肿瘤的治愈率，要求将高剂量的射束准确投放到靶区(肿瘤)，尽量减少对周围正常组织的伤害，因此，在制定放射治疗计划时需要精确计算射束的剂量分布。
[0003]基于卷积/叠加模型的光子束剂量计算方法(也称为CollapsedCone剂量计算方法，简称CC算法)可以得到较高精度的剂量分布，但其需要根据医用电子直线加速器产生的射束能谱进行计算，只有射束的能谱信息足够精确，在此基础上计算得到的剂量分布才可能足够精确，因此获取医用电子直线加速器的射束能谱是col lapsed cone剂量计算方法的关键。
[0004]但是，加速器治疗头产生的射束能量高，其能谱很难直接测量。现有技术1:CN101071172A公开了一种测量医用加速器能谱的方法，通过松弛迭代求解线性方程组得到加速器射束的能谱。但是，其重建模型没有包含能谱的约束条件，该方法所获得的解往往不稳定，与实际能谱偏差往往较大。现有技术2:CN103336295A公开了一种医用电子直线加速器光子束能谱获取方法，通过一系列单能光子的模型利用蒙特卡罗的方法计算这些单能光子在中心深度上的剂量分布，并以此为初始条件使用优化方法进行拟合得到一个能谱分布。但这种通过蒙卡模拟得到的能谱在CC算法中并不能很好地吻合测量数据，例如当计算值曲线与测量曲线在下降区中的某个位置相交，这时，在不调节能谱的情况下，调节其它参数总是不能使交点的两端数据吻合度都变好，通常是一端变好而另一端变坏。因此，通过该方法获取的能谱也不够精确。
[0005]因此，需要寻求一种新的获取医用电子直线加速器能谱的方法。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新的获取射束能谱的方法，包括:
[0007]设置射束的初始能谱分布；
[0008]基于初始能谱分布，计算射束中心轴上的剂量分布；
[0009]判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合；
[0010]若吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布；
[0011 ]若不吻合，则调节当前的能谱分布，并基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合为止。
[0012]可选的，所述初始能谱分布为单峰分布。
[0013]可选的，设置射束的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，通过CC算法计算所述射束中心轴上的剂量分布。
[0014]可选的，所述射束中心轴上的剂量分布的测量值由三维水箱系统或胶片测量得到。
[0015]可选的，在判断计算得到的最大深度处的剂量值是否与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合之前，对计算得到的射束中心轴上的剂量分布和测量得到的射束中心轴上的剂量分布分别归一化。
[0016]可选的，调节能谱时，能谱始终符合所述单峰分布。
[0017]可选的，调节能谱时，同步调节多个相邻的能量成分。
[0018]可选的，所述调节当前的能谱分布，包括，
[0019]若计算得到的最大剂量处的深度值大于测量值中最大剂量处的深度值，则增加低能成分和/或减少高能成分，反之，则减少低能成分和/或增加高能成分；
[0020]若计算得到的最大深度处的剂量值大于测量值中最大深度处的剂量值，则增加低能成分和/或减少高能成分，反之，则减少低能成分和/或增加高能成分，其中，所述高能成分代表大于峰值能量的至少一个能量，所述低能成分代表小于峰值能量的至少一个能量。
[0021]可选的，还包括调节所述基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合。
[0022]相应的，本发明提供了一种获取射束能谱的装置，包括，
[0023]输入单元，用于设置射束的初始能谱分布，所述初始能谱分布为单峰分布；
[0024]计算单元，用于基于射束的能谱分布，通过CC算法计算射束中心轴上的剂量分布；
[0025]判断单元，用于判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合；
[0026]调节单元，用于调节当前的能谱分布；
[0027 ]若判断单元输出结果为吻合，贝Ij当前的能谱分布即为射束的能谱分布；
[0028]若判断单元输出结果为不吻合，则调节单元调节当前的能谱分布，并将调节后的能谱分布输入到计算单元，计算单元基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合为止。
[0029]可选的，所述调节单元还调节CC算法中的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合。
[0030]本发明还提供了另一种获取射束能谱的方法，包括:
[0031]设置射束的初始能谱分布，所述初始能谱分布为单峰分布；
[0032]基于所述初始能谱分布，通过CC算法计算射束中心轴上的剂量分布；
[0033]判断计算得到的最大剂量处的深度值是否与测量得到的最大剂量处的深度值吻合；
[0034]若吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布；
[0035]若不吻合，则调节当前的能谱分布，并基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和测量得到的最大剂量处的深度值吻合为止。
[0036]本发明还提供了一种剂量分布计算方法，包括，
[0037]利用前述获取射束能谱的方法获取射束的能谱分布；
[0038]调节射束的离轴比，通过CC算法更新所述射束的剂量分布，直至更新后的剂量分布与测量得到的剂量分布吻合，从而更新后的剂量分布即为计算得到的射束的剂量分布。
[0039]可选的，还包括调节输出因子，使得射束的剂量分布与测量值在绝对值上吻合。
[0040]可选的，所述测量得到的剂量分布由三维水箱系统或胶片测量得到。
[0041 ]本发明还提供一种剂量分布计算方法，包括:
[0042]利用前述获取射束能谱的方法获取射束的能谱分布；
[0043]调节射束的基础衰减系数及随深度变化的衰减系数，通过CC算法更新所述射束在中心轴上的剂量分布，直至更新后的剂量分布与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合；
[0044]调节射束的离轴比，通过CC算法更新所述射束在与射束中心轴垂直方向上的剂量分布，直至更新后的剂量分布与射束中心轴垂直方向上的剂量分布的测量值吻合；
[0045]三维方向均与测量值吻合的更新后的剂量分布即为计算得到的射束在三维方向的剂量分布。
[0046]相比于现有技术，本发明的获取射束能谱的方法基于初始能谱分布，通过CC算法计算得到剂量分布，通过将计算的剂量分布与测量得到的剂量分布进行比较，根据比较的结果来调节能谱分布，因此本发明将能谱的测量转换成参数的调节，方便进行自动化操作，计算效率较高;并且，通过减小参数的步长，可以提高能谱的精度。
[0047]进一步地，本发明首先调节能谱分布使得最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值相吻合，再调节其它参数使得其它深度点的剂量和其它方向上的剂量分布均与测量值相吻合，这种计算能谱的方法简单、容易实现。
【附图说明】
[0048]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0049]图1是本发明实施例的获取射束能谱的方法流程图；
[0050]图2是本发明实施例的初始能谱分布；
[0051]图3是本发明实施例的降低低能区能量权重的调节示意图；
[0052]图4是本发明实施例的降低低能区能量权重并增加高能区能量权重的调节示意图；
[0053]图5是本发明实施例的增加高能区能量权重的调节示意图；
[0054]图6是本发明另一实施例的获取射束能谱的方法流程图；
[0055]图7是6MV加速器射束的初始能谱分布；
[0056]图8是6MV加速器射束的调节后的能谱分布；
[0057]图9是6MV加速器射束的PDD曲线与测量曲线的对比图。
[0058]图10是本发明实施例的获取射束能谱的装置示意图。
【具体实施方式】
[0059]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060]对于医用电子直线加速器出射的射束，其是由一定能量的电子打在治疗头内的靶上产生的轫致辐射光子组成的，而轫致辐射光子的能谱很宽，从低能到高能都有，如果不知道光子的能谱分布，就不能精确确定射束在人体中的剂量分布。
[0061]本发明提供了一种获取射束能谱的方法，基于初始能谱分布计算得到剂量分布，通过将计算的剂量分布与测量得到的剂量分布进行比较，根据比较的结果来调节能谱分布，从而获得与实际能谱相符的能谱，在此基础上计算得到的剂量分布精度较高，符合实际的剂量分布。
[0062]图1是本发明实施例的获取射束能谱的方法流程图；图2是本发明实施例的初始能谱分布；图3是本发明实施例的降低低能区能量权重的调节示意图；图4是本发明实施例的降低低能区能量权重并增加高能区能量权重的调节示意图；图5是本发明实施例的增加高能区能量权重的调节示意图。
[0063]参考图1所述，本实施例的方法包括如下步骤:
[0064]在步骤101，设置射束的初始能谱分布。
[0065]电子在靶中发生轫致辐射产生的射束具有连续能谱，且为单峰分布，因此优选设置射束的初始能谱为单峰分布，例如高斯分布。
[0066]为了方便计算，将射束的能量进行细分，可以均分，也可以不均分，取每个区间的平均能量代表该区间的光子能量，各能量的单能射束在射束中所占的权重组成该射束的能谱。例如，将射束的能量分成η个区间，由低能到高能依次记为Eo，E1，……，En。参考图2所示，共有15个能量，图中沿横轴分布的竖直方向的直线表示各能量E^E1,……，Ew，纵轴表示各能量对应的权重，即，从左到右，第I条竖直方向的直线与高斯函数曲线的交点对应的y值为能量Eo的权重，第2条竖直方向的直线与高斯函数曲线的交点对应的y值为能量E1的权重，以此类推，第15条竖直方向的直线与高斯函数曲线的交点对应的y值为能量E14的权重。
[0067]可根据经验设置初始能谱分布，例如如果实际射束偏硬，则设置初始能谱的峰值能量位于能谱中的高能区，如果实际射束偏软，则设置初始能谱的峰值能量位于能谱中的低能区，从而可以加快收敛速度，较快得到精确能谱。在本实施例中，初始能谱的峰值能量位于能谱中偏右一点的高能区，即图2中的能量Eiq处。
[0068]在本实施例中，若将射束的能量分割得很细，即η较大时，可认为每个区间内光子能量近似相等，在这种情况下，设置的初始能谱分布包含的信息越多，可提高最终计算得到的能谱的精度，且与实际能谱越接近。
[0069]在步骤102，基于初始能谱分布，计算射束中心轴上的剂量分布。
[0070]在本实施例中，采用CC算法计算射束中心轴上的剂量分布。设置射束的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，基于初始能谱分布，通过CC算法计算所述射束中心轴上的剂量分布。
[0071]在CC算法中会使用两种卷积核进行剂量计算，两种卷积核分别对应最大射野与最小射野的情况。所述基础衰减系数用于确定当前射野下使用何种卷积核进行剂量计算，在其他参数不变的情况下，基础衰减系数越大，当前射野下使用的卷积核越接近最大射野的卷积核，则射线相对较软，基础衰减系数越小，当前射野下使用的卷积核越接近最小射野的卷积核，则射线相对较硬。所述随深度变化的衰减系数表示射线在模体中传输时，其能量的衰减与其在模体中所经过的单位路程的关系，较软的射线对应的随深度变化的衰减系数较大，表征该射线在模体中单位长度上衰减的能量较多，反之较硬的射线对应的随深度变化的衰减系数较小，表征该射线在模体中单位长度上衰减的能量较少。
[0072]在步骤103，判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合。
[0073]在本实施例中，可以利用三维水箱系统测量射束中心轴上的剂量分布，得到剂量分布的测量值，并将计算得到的射束中心轴上的剂量分布与之比较，从而判断当前的能谱分布是否符合实际的能谱分布。
[0074]具体地，首先通过设置在水箱中的剂量计，分别测量射束中心轴上不同深度处的剂量值，从而得到射束中心轴上的剂量分布的测量值；
[0075]然后，比较计算得到的最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值是否吻合，若两个深度值的误差在第一阈值范围内，则认为两者吻合，若两个深度值的误差超过第一阈值范围，则认为两者不吻合;同样，比较计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值是否吻合，若两个剂量值的误差在第二阈值范围内，则认为两者吻合，若两个剂量值的误差超过第二阈值范围，则两者不吻合。第一阈值和第二阈值可以根据精度要求进行设定，例如第一阈值设定为2_，即计算得到的最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值的绝对误差不超过2mm，则认为两者吻合，第二阈值设定为2%，即计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值之间的相对误差不超过2%，则认为两者吻合。
[0076]为了方便比较，在对最大深度处的剂量值进行比较之前，对计算得到的剂量分布和测量得到的剂量分布分别归一化，优选在对最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值进行比较之前，对计算得到的剂量分布和测量得到的剂量分布分别归一化。
[0077]若计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布，计算结束。
[0078]若最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值中的至少一个和测量值不吻合，则进入步骤104。
[0079]在步骤104，调节当前能谱分布，并基于调节后的能谱分布重新计算所述射束中心轴上的剂量分布。
[0080]若计算得到的最大剂量处的深度值大于测量值中最大剂量处的深度值，则增加低能成分和/或减少高能成分，反之，则减少低能成分和/或增加高能成分。在本实施例中，所述低能成分指能量低于峰值能量的至少一个能量，所述高能成分是指能量高于峰值能量的至少一个能量。在能谱调节的过程中，低能成分和高能成分跟随能谱改变。
[0081]参考图3所示，当计算得到的最大剂量处的深度值小于测量值中最大剂量处的深度值，需要降低低能区的能量权重时的调节示意图，保持峰值能量和比峰值能量高的能量的权重不变，通过将比峰值能量低的部分能量向左移动，将这部分能量的权重降低；
[0082]也可以将能谱整体向左移动，使得能谱的峰值朝高能区移动，不仅将低能区的权重降低，而且将高能区的权重升高，如图4所示，所有能谱均向左移动，可以看到能谱的峰值朝高能区移动了；
[0083]当然，还可以保持峰值能量和比峰值能量低的能量的权重不变，通过将比峰值能量高的部分能量向左移动，将这部分能量的权重升高，如图5所示，可以看出高能区的能量权重增加了 ；
[0084]当仅通过上述任一种方式来调节能谱权重不能使得两个深度值吻合时，可以通过上述方式的任意组合来调节能谱，例如，当仅仅降低低能区权重之后不能使得两个深度值吻合时，再将能谱整体向左移动，在降低低能区权重的同时，升高高能区的权重。
[0085]若计算得到的最大深度处的剂量值大于测量值中最大深度处的剂量值，则增加低能成分和/或减少高能成分，反之，则减少低能成分和/或增加高能成分。
[0086]调节步骤请参考如上调节最大剂量处的深度值的描述，通过以上任一种方式或其任意组合来调节能谱。
[0087]在上述能谱调节的过程中，射束的能谱始终符合步骤101中设置的单峰分布;每次调节时，需同步调节多个相邻的能量成分，即，每次将高于峰值能量的能量成分同时移动一个相同的步长，或者将低于峰值能量的能量成分同时移动一个相同的步长，再或者将所有能量成分同时移动一个相同的步长。
[0088]每次调节能谱分布之后，均基于调节后的能谱分布重新计算所述射束中心轴上的剂量分布，再返回到步骤103，判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合，若不吻合，则继续调节能谱，直至最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合。
[0089]当调节能谱分布时，能量成分每次移动一个步长，然后计算一次剂量分布，并与测量值进行比较，若不吻合，则将能量成分继续移动一个步长，再次计算剂量分布并进行比较，以此方式进行迭代循环，直至满足收敛条件。因此，通过控制步长的大小可以控制能谱的精度，例如减小步长，可以提高能谱的精度。
[0090]在其它实施例中，也可以不移动能量成分，直接减小或增加能量的权重值，例如，当需要减小低能部分的权重时，保持峰值能量及高能部分的权重不变，将低能部分的权重值减小，并基于变化后的能谱分布重新计算剂量分布，判断是否与测量值吻合，以此类推进行迭代循环；
[0091]类似的，调节能谱分布时，可以只调节低能或高能部分的能量权重，也可以同时调节低能和高能部分的能量权重，或利用这三种方式的任意组合进行调节。
[0092]需注意，在上述调节能谱的过程中，优先使得计算得到的最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值吻合，其次再使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合，除此之外，还需要使得射束中心轴上的其它位置的剂量值均大于或均小于对应位置的测量值。这样的目标条件在本实施例中很容易实现。
[0093]当计算得到的最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值吻合之后，仅通过调节能谱并不能使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合时，配合调节基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合。
[0094]在其它实施例中，也可以利用胶片或其它装置测量射束中心轴上的剂量分布，当然剂量分布的测量值也可以通过测量装置事先测量并存储于存储器内。
[0095]本实施例的获取射束能谱的方法基于初始能谱分布，通过CC算法计算得到剂量分布，通过将计算的剂量分布与测量得到的剂量分布进行比较，根据比较的结果来调节能谱分布，因此本发明将能谱的测量转换成参数的调节，方便进行自动化操作，计算效率较高；并且，通过减小参数的步长，可以提高能谱的精度。
[0096]在上述获取射束能谱的方法中，可以只比较计算得到的最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值，使得两者吻合，并使得射束中心轴上的其它位置的剂量值均大于或均小于对应位置的测量值，具体请参考图6。
[0097]图6是本发明另一实施例的获取射束能谱的方法流程图，包括如下步骤:
[0098]在步骤601，设置射束的初始能谱分布；
[0099]优选设置所述初始能谱分布为单峰分布。
[0100]在步骤602，基于初始能谱分布，计算射束中心轴上的剂量分布；
[0101 ]设置射束的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，基于初始能谱分布，通过CC算法计算所述射束中心轴上的剂量分布。
[0102]在步骤603，判断计算得到的最大剂量处的深度值是否与测量得到的最大剂量处的深度值吻合；
[0103]若吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布，计算结束，若不吻合，则进入步骤604;
[0104]在步骤604，调节当前能谱分布，并基于调节后的能谱分布重新计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和测量得到的最大剂量处的深度值吻合。
[0105]该实施例的具体技术细节请参考图1的实施例，在此不再赘述。
[0106]通过上述获取射束能谱的方法得到射束的能谱分布，利用该能谱分布可以计算得到射束的剂量分布。
[0107]调节射束的基础衰减系数、随深度变化的衰减系数与离轴比，基于图1或图6中的方法得到的能谱分布，通过CC算法计算所述射束在三维方向的剂量分布，直至计算得到的三维方向的剂量分布与测量得到的三维剂量分布吻合，则计算得到的三维方向的剂量分布即为最终的剂量分布。在本实施例中，可以利用阈值来判断计算得到的三维方向的剂量分布与测量得到的三维方向的剂量分布是否吻合，阈值的设置可以参考图1中的方法。
[0108]由图1中的方法可知，利用图1的方法得到的能谱计算得到的剂量分布，在射束中心轴上，最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合，此时可认为计算得到的射束中心轴上的剂量分布均与测量值吻合；由图6的方法可知，利用图6的方法得到的能谱计算得到的剂量分布，在射束中心轴上，最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值吻合，且其它位置的剂量值均大于或均小于测量值，通过调节射束的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，很容易使得射束中心轴上的剂量分布均与测量值吻合。
[0109]例如，在射束中心轴上，最大剂量处的深度值与测量值中最大剂量处的深度值吻合，且其它位置的剂量值均大于测量值，调节射束的基础衰减系数及随深度变化的衰减系数，通过CC算法更新所述射束在中心轴上的剂量分布，使得其他位置的剂量值逐渐减小直至更新后的剂量分布与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合。
[0110]离轴比代表在与射束中心轴垂直的方向上，随与中心轴距离的增加，剂量的衰减情况。调节射束的离轴比，通过CC算法更新所述射束在与射束中心轴垂直方向上的剂量分布，直至更新后的剂量分布与射束中心轴垂直方向上的剂量分布的测量值吻合。
[0111]由于射野大小不同，医用电子直线加速器的输出因子也不同，调节合适的输出因子，使得射束在三维方向的剂量分布与测量值在绝对值上吻合。
[0112]例如，调节输出因子，使得射束中心轴上计算得到的最大深度处的剂量值与测量得到的最大深度处的剂量值在绝对值上完全一致，也可以采用其它深度处的剂量值作为参考，即，使得射束中心轴上计算得到的其它某个位置处的剂量值与对应位置的剂量测量值在绝对值上完全一致。
[0113]本实施例的剂量分布计算方法，首先使得最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值相吻合，且保持射束中心轴上其它位置的剂量值均大于或均小于对应位置的剂量测量值，这样的目标条件容易实现;再调节其它参数使得其它方向上的剂量分布均与测量值相吻合，这种计算能谱的方法简单，且利用该能谱计算得到的剂量分布准确性较尚O
[0114]如下举一实例对本发明的能谱计算方法和剂量分布计算方法进行验证。图7是6MV加速器射束的初始能谱分布；图8是6MV加速器射束的调节后的能谱分布；图9是6MV加速器射束的PDD曲线与测量曲线的对比图。
[0115]以6MV的加速器为例，用能量成分分别为10kev，200kev，300kev，400kev，500kev，600kev，800kev，lOOOkev，1250kev，1500kev，2000kev，3000kev，4000kev，5000kev，6000kev的射线集合来模拟能谱。
[0116]设置初始的能谱分布如图7所示，图中沿横轴分布的竖直方向的直线表示各能量成分，纵轴表示各能量成分对应的权重，然后按照上述部分介绍的方法进行迭代循环，计算得到的最大剂量处的深度值与最大深度处的剂量值分别与测量数据中的最大剂量处的深度值与最大深度处的剂量值吻合，此时的能谱如图8所示，图中沿横轴分布的竖直方向的直线表示各能量成分，纵轴表示各能量成分对应的权重，从图8可以看出，低能区的能量权重增加，根据前述的能谱调节过程可知，图7到图8的能谱变动表现在相应的roD(percentagedepth dose，简称PDD，中文为百分深度剂量)曲线上即为相应的最大剂量处的深度变小了，最大深度处的剂量也变小了。使用新的能谱计算得到的PDD曲线与测量曲线的对比请参考图9，其中，虚线代表计算得到的曲线，实线代表测量曲线，图中横轴代表射束中心轴上的点到模体表面的距离，即深度，单位cm，纵轴代表对应深度处的剂量与射束中心轴上最大剂量的比值(％ )，中心轴上最大剂量处的比值为100%。
[0117]从图9中可以看出，利用计算得到的能谱对剂量分布进行计算，得到的TOD曲线与测量曲线基本重合，一致性很好，而且，没出现【背景技术】中所述的剂量计算值曲线与剂量测量曲线在下降区中的某个位置相交，在不调节能谱的情况下，调节其它参数总是不能使交点的两端数据吻合度都变好的情况，在本实施例的方法中，剂量计算值曲线在下降区位于剂量测量曲线的同一边，不需要调节能谱，通过调节其它参数可以很容易实现计算得到的剂量分布与测量得到的剂量分布相吻合，同时也通过水箱的测量数据验证了本方法计算能谱与剂量分布的准确性。
[0118]相应的，本发明还提供了一种获取射束能谱的装置1000，请考图10，该装置1000包括输入单元1001，用于设置射束的初始能谱分布，所述初始能谱分布为单峰分布;计算单元1002，用于基于射束的能谱分布，通过CC算法计算射束中心轴上的剂量分布；判断单元1003，用于判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合;调节单元1004，用于调节当前的能谱分布;若判断单元1003输出结果为吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布，可以通过输出单元1005输出；若判断单元1003输出结果为不吻合，则调节单元1004调节当前的能谱分布，并将调节后的能谱分布输入到计算单元1002，计算单元1002基于调节后的能谱分布再次计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合为止。
[0119]所述调节单元1004还调节CC算法中的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合。
[0120]其中，射束的初始能谱分布可以由用户直接通过输入单元1001输入，也可以从存储器中直接读取，或者由计算机根据函数直接生成。本装置的具体细节请参照前述介绍的方法实施例。
[0121]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种获取射束能谱的方法，包括: 设置射束的初始能谱分布； 基于初始能谱分布，计算射束中心轴上的剂量分布； 判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合； 若吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布； 若不吻合，则调节当前的能谱分布，并基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合为止。2.根据权利要求1所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，所述初始能谱分布为单峰分布O3.根据权利要求2所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，设置射束的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，通过Collapsed Cone剂量计算方法计算所述射束中心轴上的剂量分布。4.根据权利要求1所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，所述射束中心轴上的剂量分布的测量值由三维水箱系统或胶片测量得到。5.根据权利要求3所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，在判断计算得到的最大深度处的剂量值是否与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合之前，对计算得到的射束中心轴上的剂量分布和测量得到的射束中心轴上的剂量分布分别归一化。6.根据权利要求3所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，调节能谱时，能谱始终符合所述单峰分布。7.根据权利要求6所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，调节能谱时，同步调节多个相邻的能量成分。8.根据权利要求7所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，所述调节当前的能谱分布，包括， 若计算得到的最大剂量处的深度值大于测量值中最大剂量处的深度值，则增加低能成分和/或减少高能成分，反之，则减少低能成分和/或增加高能成分； 若计算得到的最大深度处的剂量值大于测量值中最大深度处的剂量值，则增加低能成分和/或减少高能成分，反之，则减少低能成分和/或增加高能成分，其中，所述高能成分代表大于峰值能量的至少一个能量，所述低能成分代表小于峰值能量的至少一个能量。9.根据权利要求8所述的获取射束能谱的方法，其特征在于，还包括调节所述基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合。10.—种获取射束能谱的装置，包括， 输入单元，用于设置射束的初始能谱分布，所述初始能谱分布为单峰分布； 计算单元，用于基于射束的能谱分布，通过Collapsed Cone剂量计算方法计算射束中心轴上的剂量分布； 判断单元，用于判断计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值是否均与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合； 调节单元，用于调节当前的能谱分布； 若判断单元输出结果为吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布； 若判断单元输出结果为不吻合，则调节单元调节当前的能谱分布，并将调节后的能谱分布输入到计算单元，计算单元基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和最大深度处的剂量值均与测量值吻合为止。11.根据权利要求10所述的获取射束能谱的装置，其特征在于，所述调节单元还调节Collapsed Cone剂量计算方法中的基础衰减系数和随深度变化的衰减系数，使得计算得到的最大深度处的剂量值与测量值中最大深度处的剂量值吻合。12.一种获取射束能谱的方法，包括: 设置射束的初始能谱分布，所述初始能谱分布为单峰分布； 基于所述初始能谱分布，通过Collapsed Cone剂量计算方法计算射束中心轴上的剂量分布; 判断计算得到的最大剂量处的深度值是否与测量得到的最大剂量处的深度值吻合； 若吻合，则当前的能谱分布即为射束的能谱分布； 若不吻合，则调节当前的能谱分布，并基于调节后的能谱分布计算所述射束中心轴上的剂量分布，直至计算得到的最大剂量处的深度值和测量得到的最大剂量处的深度值吻合为止。13.—种剂量分布计算方法，包括， 利用权利要求1-9任一项所述的方法获取射束的能谱分布； 调节射束的离轴比，通过Co I lapsed Cone剂量计算方法更新所述射束的剂量分布，直至更新后的剂量分布与测量得到的剂量分布吻合，从而更新后的剂量分布即为计算得到的射束的剂量分布。14.根据权利要求13所述的一种剂量分布计算方法，其特征在于，还包括调节输出因子，使得射束的剂量分布与测量值在绝对值上吻合。15.根据权利要求13所述的一种剂量分布计算方法，其特征在于，所述测量得到的剂量分布由三维水箱系统或胶片测量得到。16.—种剂量分布计算方法，包括: 利用权利要求12所述的方法获取射束的能谱分布； 调节射束的基础衰减系数及随深度变化的衰减系数，通过Collapsed Cone剂量计算方法更新所述射束在中心轴上的剂量分布，直至更新后的剂量分布与射束中心轴上的剂量分布的测量值吻合； 调节射束的离轴比，通过Collapsed Cone剂量计算方法更新所述射束在与射束中心轴垂直方向上的剂量分布，直至更新后的剂量分布与射束中心轴垂直方向上的剂量分布的测量值吻合； 三维方向均与测量值吻合的更新后的剂量分布即为计算得到的射束在三维方向的剂量分布。
【文档编号】G01T1/29GK105866821SQ201610176331
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】万天敏
【申请人】上海联影医疗科技有限公司