一种用于放疗设备的逆向放射治疗计划自动生成方法、系统和装置与流程

本发明涉及放射治疗，尤其涉及一种用于放疗设备的逆向放射治疗计划自动生成方法、系统和装置。

背景技术：

1、立体定向放射外科(srs)或立体定向体部放射治疗(sbrt)是立体定向放射治疗中常见的两种放射治疗技术。目前实施立体定向放射治疗的设备主要有基于x射线的电子直线加速器的治疗系统和基于钴-60伽玛线的伽玛刀治疗系统，其中，伽玛刀一般是由多个钴-60放射源将高能放射线聚焦靶点进行照射形成靶点剂量场。

2、基于钴-60伽玛线的放射治疗系统要将放射治疗的剂量投放给所需靶区，需要进行精确的立体定向放射治疗计划的设计，其中包括由物理师或剂量师根据医生勾画的靶区、危及器官及治疗处方，根据靶区形状布置靶点、确定每个靶点的准直器大小、靶点的剂量权重，以及设置避让的区域等多项参数设置，在现有技术中，放射治疗计划的设计大多是通过人工的方式完成的，如果遇到把区内的靶点数量较多的情况，物理师或剂量师需要耗费很长的时间和精力才能完成放射治疗计划的制定，另一方面，制定放射治疗计划是一个技术要求较高的工作，物理师或剂量师的能力水平和经验决定放射治疗计划设计水平的高低，为了克服现有技术的不足，迫切需要一种智能化的能够自动生成放射治疗计划的技术，提高制定放射治疗计划的效率，确保放射治疗计划符合临床需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于放疗设备的逆向放射治疗计划自动生成方法，包括：

2、s1，获得目标轮廓数据、靶区三维轮廓数据和目标危及区域的轮廓数据；

3、s2，设置靶区射线总剂量、靶点设置条件和以孔径自大至小排序的n个准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i；其中，i小于n；

4、s3，根据靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和大孔径准直器优先算法依次布置适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点；

5、s4，根据治疗头的运动弧线生成包括适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的剂量场；

6、s5，在运动弧线中设置治疗头射线穿过目标正常区域超过预设值的第一弧段和治疗头射线与危及器区域廓相交的第二弧段约束，更新剂量场；

7、s6，根据靶区射线总剂量和权重分配每个适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的射线剂量。

8、进一步地，目标轮廓数据、靶区三维轮廓数据和目标危及区域的轮廓数据为通过影像设备获得的目标、靶区和目标危及区域的图像在立体坐标系中的投影获得的目标轮廓、靶区和目标危及区域的三维坐标；

9、进一步地，靶点设置条件包括：靶点与靶区的重叠率预设值、靶点之间的重叠率预设值；

10、进一步地，靶点与靶区的重叠率预设值包括适形靶点、补充靶点、边缘补增靶点与靶区的重叠率预设值；靶点之间的重叠率预设值包括适形靶点之间的重叠率预设值、适形靶点和补充靶点的重叠率预设值、适形靶点和边缘补增靶点的重叠率预设值，以及补充靶点和边缘补增靶点的重叠率预设值。

11、进一步地，根据靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和准直器大孔径优先算法布置适形靶点的方法包括：

12、s21，根据适形靶点与靶区的重叠率预设值和适形靶点之间的重叠率预设值在靶区内布置准直器rn的适形靶点；

13、s22，根据适形靶点与靶区的重叠率预设值和适形靶点之间的重叠率预设值在靶区的剩余区域布置准直器rn-1的适形靶点；

14、s23，重复s21至s22的方法，布置准直器rn-2、...rn-i的适形靶点，直至适形靶点布置完成。

15、进一步地，准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点之间的重叠率预设值≥0。

16、进一步地，根据靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和大孔径准直器优先算法布置补充靶点的方法包括：

17、s31，根据准直器rn、rn-1.....rn-i的适形靶点的中心点的三维坐标确定准直器rn、...rn-i的适形靶点之间的间隙的中心位置三维坐标；

18、s32，根据适形靶点和补充靶点的重叠率预设值、补充靶点与靶区的重叠率预设值在准直器rn、rn-1.....rn-i的适形靶点之间的间隙的中心位置布置准直器rn的补充靶点；

19、s33，根据适形靶点和补充靶点的重叠率预设值、补充靶点与靶区的重叠率预设值在剩余适形靶点之间的间隙的中心位置布置准直器rn-1的补充靶点；

20、s34，重复s32至s33的方法，布置准直器rn-2、.....rn-i的补充靶点，直至补充靶点布置完成。

21、进一步地，根据靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和大孔径准直器优先算法布置边缘补增靶点的方法包括：

22、s41，根据准直器rn、rn-1.....rn-i的适形靶点的中心点的三维坐标、准直器rn、rn-1.....rn-i的孔径和靶区三维轮廓数据确定靶区边缘空隙区域的轮廓数据；

23、s42，根据边缘补增靶点和适形靶点的重叠率预设值、边缘补增靶点和靶区的重叠率预设值在靶区边缘空隙区域的中心位置布置准直器rn的边缘补增靶点；

24、s43，根据边缘补增靶点和适形靶点的重叠率预设值、边缘补增靶点和靶区的重叠率预设值在剩余适形靶点之间的间隙的中心位置布置准直器rn-1的边缘补增靶点；

25、s44，重复s42至s43的方法，布置准直器rn-2、.....rn-i的边缘补增靶点，直至边缘补增靶点布置完成。

26、进一步地，所述方法还包括：

27、根据准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点中心点的三维坐标、孔径和靶区三维轮廓数据获得准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点与靶区的重叠率；

28、根据准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的边缘补增靶点中心点的三维坐标、孔径和靶区三维轮廓数据获得的准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的边缘补增靶点靶点与靶区的重叠率；

29、根据准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点中心点的三维坐标、孔径以及准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的补充靶点中心点的三维坐标、孔径获得的准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点与准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的补充靶点的重叠率。

30、本发明还公开了一种用于放疗设备的逆向放射治疗计划自动生成系统，包括：

31、图像获取模块，用于获得目标、靶区和目标危及区域的图像；

32、图像处理模块，用于获得目标轮廓数据、靶区三维轮廓数据和目标危及区域的轮廓数据；

33、靶点布置模块，用于配置靶点设置条件和以孔径自大至小排序的n个准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i，靶点设置条件包括靶点与靶区的重叠率预设值、靶点之间的重叠率预设值；根据靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和大孔径准直器优先算法布置适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点；

34、靶点剂量场生成模块，用于根据治疗头的运动弧线生成包括适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的剂量场；

35、计算模块，用于计算靶点与靶区的重叠率以及靶点之间的重叠率；获得在治疗头运动弧线中治疗头射线穿过目标正常区域超过预设值的第一弧段和治疗头射线与危及器区域廓相交的第二弧段；以及

36、剂量配置模块，用于根据靶区射线总剂量和权重配置每个适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的射线剂量。

37、进一步地，所述图像处理模块通过影像设备获得的目标、靶区和目标危及区域的图像在立体坐标系中的投影获得的目标轮廓、靶区和目标危及区域的三维坐标。

38、进一步地，所述靶点布置模块用于：

39、根据靶点设置条件在靶区内布置准直器rn的适形靶点；

40、根据靶点设置条件在靶区的剩余区域布置准直器rn-1的适形靶点；

41、依次类推，布置准直器rn-2、...rn-i的适形靶点，直至适形靶点布置完成。

42、进一步地，所述靶点布置模块还用于：

43、根据准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点中心点的三维坐标确定准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点之间的间隙的中心位置三维坐标；

44、根据靶点设置条件在准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点之间的间隙的中心位置布置准直器rn的补充靶点；

45、根据靶点设置条件在剩余适形靶点之间的间隙的中心位置布置准直器rn-1的补充靶点；

46、依次类推，布置准直器rn-2、.....rn-i的补充靶点，直至补充靶点布置完成。

47、进一步地，所述靶点布置模块还用于：

48、根据准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i的适形靶点中心点的三维坐标、孔径和靶区三维轮廓数据确定靶区边缘空隙区域的轮廓数据；

49、根据靶点设置条件在靶区边缘空隙区域的中心位置布置准直器rn的边缘补增靶点；

50、根据靶点设置条件在剩余适形靶点之间的间隙的中心位置布置准直器rn-1的边缘补增靶点；

51、以此类推，布置准直器rn-2、.....rn-i的补充靶点，直至边缘补增靶点布置完成。

52、进一步地，靶点设置条件包括：靶点与靶区的重叠率预设值、靶点之间的重叠率预设值；靶点与靶区的重叠率预设值包括适形靶点、补充靶点、边缘补增靶点与靶区的重叠率预设值；靶点之间的重叠率预设值包括适形靶点之间的重叠率预设值、适形靶点和补充靶点之间的重叠率预设值、适形靶点和边缘补增靶点之间的重叠率预设值，以及补充靶点和边缘补增靶点之间的重叠率预设值。

53、本发明还公开了一种用于放疗设备的逆向放射治疗计划自动生成装置，包括：

54、处理器和存储器，存储器用于存储由处理器执行的指令，处理器；

55、所述装置用于：

56、获得目标、靶区和目标危及区域的图像；

57、获得目标轮廓数据、靶区三维轮廓数据和目标危及区域的轮廓数据；

58、配置靶点设置条件和以孔径自大至小排序的n个准直器rn、rn-1、rn-2、...rn-i，靶点设置条件包括靶点与靶区的重叠率预设值、靶点之间的重叠率预设值；根据所述靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和大孔径准直器优先算法布置适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点；

59、根据治疗头的运动弧线生成包括适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的剂量场；

60、计算靶点与靶区的重叠率以及靶点之间的重叠率；获得在治疗头运动弧线中治疗头射线穿过目标正常区域超过预设值的第一弧段和治疗头射线与危及器区域廓相交的第二弧段；以及

61、根据靶区射线总剂量和权重配置每个适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的射线剂量。

62、本发明的有益效果在于：通过获得目标轮廓数据、靶区三维轮廓数据和目标危及区域的轮廓数据，设置靶区射线总剂量、靶点设置条件和以孔径自大至小排序的n个准直器，根据靶点设置条件和靶区三维轮廓数据和大孔径准直器优先算法依次布置适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点，根据治疗头的运动弧线生成包括适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的剂量场，同时对治疗头射线穿过目标正常区域超过预设值的第一弧段、治疗头射线与危及器区域廓相交的第二弧段，设置剂量约束，对射线约束可设置减少放射剂量或设置治疗头不出射线束，设置完成后更新剂量场，依据靶区射线总剂量和权重分配每个适形靶点、补充靶点和边缘补增靶点的射线剂量，自动生成放射治疗计划，提高制定放射治疗计划的效率，避免了不同物理师或剂量师因能力水平和经验差异对放射计划制定的影响，确保放射治疗计划符合实际的需求。