加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法与流程

本发明属于加速器放射治疗床的医疗设备领域，具体涉及一种加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法。
背景技术：
：放射治疗是恶性肿瘤的主要治疗手段之一，随着近年来许多精确放射治疗技术的使用，特别是imrt、srs及sbrt技术的广泛应用，照射位置的准确性成为治疗的关键。而照射位置误差的产生有多个方面，如患者身体变化、操作摆位误差、治疗床面在负重的情况下弹性变形等。而怎样通过机械装置去快速矫正偏差，特别是治疗床面的角度偏差，从而达到更精确的摆位是我们考虑的一个问题。现代精确放疗的发展趋势是不断提高放疗各个环节的精确性和准确性，影像引导放疗技术(epid、cbct、双平板影像系统)可以监测到内靶的摆位偏差，要求加速器床能够自动在线修正。正常情况下摆位偏差往往是六个自由度方向的，而常规治疗床只有x(前后方向)、y(左右方向)、z(上下方向)三个方向的直线运动和治疗床整体绕等中心的旋转运动。当病人躺在治疗床上时，如图1所示，由于病人有重量g和床面会向前运动到肿瘤的等中心位置l，这时床面由于重力原因会向下跌落h，h跌落大小与病人重量g和床面向前运动到肿瘤的等中心位置l相关，即h＝f(g，l)，h是g和l的二维非线性关系。现阶段解决这个问题有以下两种办法：1，在床面等中心位置安装一个角度传感器，在病人躺好后移到等中心位置，测量床面角度发生了多少偏移，这种方法理论上是可行的，但实际应用中不可行，因为角度传感器在等中心位置，会受到x射线的照射，影响角度传感器的正常运行和寿命，同时影响x射线图像，对图像有阴影和干扰，对于病人的治疗也不利，会阻挡射线，影响治疗效果；2，影像引导放疗技术(epid、cbct、双平板影像系统)可以监测到内靶的摆位偏差，从而计算出跌落量h，由于涉及到x射线的影像，会增加病人的受剂量程度，更多的是正常组织会有一定的影响。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提出了一种加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法，其可以得到精确的床面跌落量，从而使得治疗床的床面水平度进行精确校正，保证了真实的治疗位置与计划系统规定的治疗位置保持一致，达到实现最佳治疗的目的。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法，包括以下步骤：s1：在患者重量g的范围内，将g平均分解成n个重量，即g＝(g1，g2，...，gi，...，gn)，在床面向前运动到肿瘤的等中心位置l的范围内，将l平均分解成m个位置，即l＝(l1，l2，...，lj，…，lm)；s2：进行实验，在重量gi和长度lj一定的情况下，通过实验方式测得床面跌落量hij大小，形成矩阵hn×m，如下所示：s3：在重量gi一定的情况下，由h(gi，l1)，h(gi，l2)，...，h(gi，lj)，...，h(gi，lm)为计算节点，通过三次样条计算法计算出l的三次样条曲线s(gi，l)，将lj-1和lj之间再平均细分m1份，即lj-1，lj-1，1，…，lj-1，m1-1，lj，通过s(gi，l)三次多项式，计算出s(gi，lj-1)，s(gi，lj-1，1)，…，s(gi，lj-1，m1-1)，s(gi，lj)；s4：在长度lj-1，lj-1，1，…，lj-1，m1-1，lj一定的情况下，由h(g1，lj-1，k)，h(g2，lj-1，k)，...，h(gi，lj-1，k)，...，h(gn，lj-1，k)为计算节点，通过三次样条计算法计算出l的三次样条曲线s(g，lj-1，k)，将gi-1和gi之间再平均细分n1份，即gi-1，gi-1，1，…，gi-1，n1-1，gi，通过s(g，lj-1，k)三次多项式，计算出s(gi-1，lj-1，k)，s(gi-1，1，lj-1，k)，s(gi-1，2，lj-1，k)，…，s(gi-1，n-1，lj-1，k)，s(gi，lj-1，k)；s5：实验测量值矩阵hn×m，通过对行进行三次样条插值，然后再对列进行三次样条插值，最终得到hn×m的三次样条插值矩阵sn×n1，m×m1，其有n*n1行，m*m1列；s6：当患者平躺于治疗床上，得到患者实际重量g和床面向前运动到肿瘤的等中心位置实际l时，找到距离该值最近的像素点，利用这个像素点计算出相应的跌落量h。通过本发明一种加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法得到的跌落量h是误差平方和最小的最优估计值。在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：作为优选的方案，在步骤s2中，在重量gi和长度lj一定的情况下，通过光矩尺测得床面跌落量hij大小。采用上述优选的方案，采用光矩尺对床面的跌落量进行测量，操作更便捷。作为优选的方案，患者重量g的范围在5～150kg。作为优选的方案，床面向前运动到肿瘤的等中心位置l的范围在200mm～1200mm。作为优选的方案，三次样条计算法步骤如下：(1)根据所确定的条件计算各值，形成方程组；(2)解方程组，求得m0，m1，m2，…，mn；(3)将求得的mi值代回s(x)的表达式中，从而可求得函y＝f(x)在任一点的近似值s(x)。采用上述优选的方案，三次样条计算法的步骤(1)具体为：设给定区间[a，b]上n+1个点a＝x0＜x1＜x2＜…＜xn＝b，以及相应的函数值yi＝f(xi)，i＝0，1，...，n；如果函数s(x)满足：在每个子区间[xk，xk+1](k＝0，1，...，n-1)上，s(x)是不超过三次的多项式，s(xi)＝yi，i＝0，1，...，n；且s(x)、s′(x)、s″(x)在[a，b]上连续；则称s(x)是f(x)在节点x0，x1，x2，...，xn上的三次样条插值函数；给定n+1个样点(xi，yi)(i＝0，1，...，n)，确定一个三次样条插值函数需要4n个独立条件；s′(a)＝f′(a)，s′(b)＝f′(b)；记mi＝s″(xi)，在[xi，xi+1]上s(x)＝si(x)的二阶导数表示为如下式：其中，hi＝xi+1-xi。作为优选的方案，三次样条计算法的步骤(2)具体为：由连续性s′(xi-)＝s′(xi+)，(i＝1，2，...，n-1)得μimi-1+2mi+γimi+1＝di；其中，对于第1型插值问题：当g和l都是均匀划分的情况下：γ0＝1，d0＝6(y1-y0-y0′)γn＝1，dn＝-6(yn-yn-1-yn′)通过求解如下的方程组可以解出未知参数m0，m1，...，mn。作为优选的方案，三次样条计算法的步骤(3)具体为：将参数m0，m1，...，mn，然后代入s(x)表达式，求得样条函数：当h归一化为1时，则上式可以简化为：其中，x∈(xi，xi+1)。作为优选的方案，在治疗床上设有重力传感器。附图说明图1为本发明实施例提供的加速器治疗床的结构示意图。其中：1-重力传感器。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。为了达到本发明的目的，一种加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法的其中一些实施例中，加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法，包括以下步骤：s1：在患者重量g的范围内，将g平均分解成n个重量，即g＝(g1，g2，...，gi，...，gn)，在床面向前运动到肿瘤的等中心位置l的范围内，将l平均分解成m个位置，即l＝(l1，l2，...，lj，...，lm)；s2：进行实验，在重量gi和长度lj一定的情况下，通过实验方式测得床面跌落量hij大小(如表1所示)，形成矩阵hn×m，如下所示：s3：在重量gi一定的情况下，由h(gi，l1)，h(gi，l2)，...，h(gi，lj)，...，h(gi，lm)为计算节点，通过三次样条计算法计算出l的三次样条曲线s(gi，l)，将lj-1和lj之间再平均细分m1份，即lj-1，lj-1，1，…，lj-1，m1-1，lj，通过s(gi，l)三次多项式，计算出s(gi，lj-1)，s(gi，lj-1，1)，…，s(gi，lj-1，m1-1)，s(gi，lj)；s4：在长度lj-1，lj-1，1，…，lj-1，m1-1，lj一定的情况下，由h(g1，lj-1，k)，h(g2，lj-1，k)，...，h(gi，lj-1，k)，…，h(gn，lj-1，k)为计算节点，通过三次样条计算法计算出l的三次样条曲线s(g，lj-1，k)，将gi-1和gi之间再平均细分n1份，即gi-1，gi-1，1，…，gi-1，n1-1，gi，通过s(g，lj-1，k)三次多项式，计算出s(gi-1，lj-1，k)，s(gi-1，1，lj-1，k)，s(gi-1，2，lj-1，k)，…，s(gi-1，n-1，lj-1，k)，s(gi，lj-1，k)；s5：实验测量值矩阵hn×m，通过对行进行三次样条插值，然后再对列进行三次样条插值，最终得到hn×m的三次样条插值矩阵sn×n1，m×m1，其有n*n1行，m*m1列(相当于将重量g平均分了n*n1份，长度l平均分了m*m1份)；s6：当患者平躺于治疗床上，得到患者实际重量g和床面向前运动到肿瘤的等中心位置实际l时，找到距离该值最近的像素点，利用这个像素点计算出相应的跌落量h。表1：重量gi(单位：kg)、长度lj(单位：mm)以及床面跌落量hij(单位：mm)实验测量值重量(kg)/长度(mm)30040050060070080090010001100101.41.51.61.71.81.922.12.2201.822.12.22.32.42.52.62.73033.23.43.63.844.24.44.64044.24.44.64.855.25.45.65055.25.45.55.65.75.85.96.1605.25.55.65.866.16.36.56.6705.866.26.36.56.66.76.87806.36.56.76.86.977.27.47.5906.877.27.47.57.67.77.981007.27.47.67.77.87.988.18.31107.57.888.18.28.48.58.68.71207.888.28.48.58.68.78.88.913088.48.68.78.88.999.19.21408.38.68.88.999.19.29.39.4通过本发明一种加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法得到的跌落量h是误差平方和最小的最优估计值。本发明提出了一种加速器放射治疗床前后床面跌落补偿方法，其可以得到精确的床面跌落量，从而使得治疗床的床面水平度进行精确校正，保证了真实的治疗位置与计划系统规定的治疗位置保持一致，达到实现最佳治疗的目的。为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在步骤s2中，在重量gi和长度lj一定的情况下，通过光矩尺测得床面跌落量hij大小。采用上述优选的方案，采用光矩尺对床面的跌落量进行测量，操作更便捷。如：在原始状态(即：没有患者和床面没有向前运动时，g＝0，l＝0)时，激光射向床面底部，利用光矩尺设备采集记录此时床面的跌落量h＝0。当在床面上放置重量gi确定的实验用物品(或利用治疗床下方的重力传感器测得)和床面向前运动到肿瘤的等中心位置lj时，利用光矩尺设备采集记录此时床面的跌落量h。当然，以上只是实验的一种方法，本发明的核心思想并不在此，也可采用其他的方法来进行实验得到实验测得的床面跌落量h。为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，患者重量g的范围在5～150kg。为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，床面向前运动到肿瘤的等中心位置l的范围在200mm～1200mm。三次hermit插值有较好的光滑性，从20世纪60年代开始，首先由于航空、造船等工程设计的需要而发展起来所谓样条(spline)插值方法，既保留了分段低次插值多项式的各种优点，又提高了插值函数的光滑性，是一种误差平方和最小的插值算法。样条插值方法已成为数值逼近的一个极其重要的分支，在许多领域里得到越来越多广泛应用样条插值的思想：逐段选取适当的低次多项式，按一定的光滑性要求连接起来构成插值函数。为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，三次样条计算法步骤如下：(1)根据所确定的条件计算各值，形成方程组；(2)解方程组，求得m0，m1，m2，…，mn；(3)将求得的mi值代回s(x)的表达式中，从而可求得函y＝f(x)在任一点的近似值s(x)。采用上述优选的方案，三次样条计算法的步骤(1)具体为：定义：设给定区间[a，b]上n+1个点a＝x0＜x1＜x2＜…＜xn＝b，以及相应的函数值yi＝f(xi)，i＝0，1，...，n；如果函数s(x)满足：在每个子区间[xk，xk+1](k＝0，1，...，n-1)上，s(x)是不超过三次的多项式，s(xi)＝yi，i＝0，1，...，n；且s(x)、s′(x)、s″(x)在[a，b]上连续；则称s(x)是f(x)在节点x0，x1，x2，...，xn上的三次样条插值函数；给定n+1个样点(xi，yi)(i＝0，1，...，n)，确定一个三次样条插值函数需要4n个独立条件；在定义中，已指定了4n-2个条件，即所以，一般需补充指定2个边界条件(第1型)：已知f(x)在两端点的导数f′(a)和f′(b)，要求s′(a)＝f′(a)，s′(b)＝f′(b)；记mi＝s″(xi)，考虑其在任一区间[xi，xi+1]上的形式，根据三次样条的定义可知，s(x)的二阶导数s″(x)在每一个子区间[xi，xi+1](i＝0，1，2，…，n-1)上都是线性函数；于是，在[xi，xi+1]上s(x)＝si(x)的二阶导数表示为如下式：其中，hi＝xi+1-xi。作为优选的方案，三次样条计算法的步骤(2)具体为：由连续性s′(xi-)＝s′(xi+)，(i＝1，2，...，n-1)得μimi-1+2mi+γimi+1＝di；其中，第1型插值问题的解是存在且唯一的。对于第1型插值问题：当g和l都是均匀划分的情况下：γ0＝1，d0＝6(y1-y0-y0′)γn＝1，dn＝-6(yn-yn-1-yn′)通过求解如下的方程组可以解出未知参数m0，m1，...，mn。作为优选的方案，三次样条计算法的步骤(3)具体为：将参数m0，m1，...，mn，然后代入s(x)表达式，求得样条函数：当h归一化为1时，则上式可以简化为：其中，x∈(xi，xi+1)。如图1所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在治疗床上设有重力传感器1。采用上述实施方式，在治疗床上设置重力传感器1，患者躺在床面上，重力传感器直接测得患者的重量，发给处理器，处理器根据上述的函数，结合实时的l，得到精确的跌落量。然后，补偿设备可根据跌落量进行跌落补偿，从而保证了真实的治疗位置与计划系统规定的治疗位置保持一致，达到实现最佳治疗的目的。本发明提出一种放射治疗床前后床面跌落补偿方法。由于h＝f(g，l)，h是g和l的二维非线性关系，要建立它们的精确数学模型是非常困难的，如果采用小信号线性化处理的方法，需要将g和l进行间隔很小的划分，这样工作量非常大，也不准确。本发明把这种对应关系采用三次样条的函数去逼近，三次样条是一种误差平方和最小的逼近算法。在重量gi一定的情况下，要计算在位置l的跌落量h，可以采用三次样条插值法；在位置lj一定的情况下，要计算在重量g的跌落量h，同样采用三次样条插值法，这样可以得到一个更加细分更加精确的h插值矩阵。分段线性插值具有计算简单、稳定性好、收敛性有保证且易在计算机上实现等优点。对于本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。当前第1页12