一种粒子束射程实时验证方法和系统

本发明涉及计算机图像识别，尤其涉及一种粒子束射程实时验证方法和系统。

背景技术：

1、大多数癌症可通过光子(电子)放射治疗、化学治疗、手术等传统治疗方式进行治疗。由于传统放射治疗中深度剂量分布呈现指数衰减形式，导致对肿瘤周围的正常组织受到较大的辐射损伤。精准癌症放射治疗技术，包括调强放疗(imrt)、容积调强放疗(vmat)和图像引导放疗(igrt)等技术，能够有效降低患者治疗过程中的不良反应，提高患者的生成质量。粒子束具有明显的剂量最大值(即布拉格(bragg)峰)，通过束流配送系统将主要剂量精准、适形地配送到肿瘤靶区，同时进一步降低了正常组织的毒副反应。因此，粒子治疗(包括质子、碳离子等)成为目前最先进的精准癌症治疗技术。

2、粒子束射程(bragg峰位)的精确性是衡量粒子治疗疗效的主要影响因素之一，其影响着肿瘤靶区剂量分布的均匀性以及肿瘤靶区剂量覆盖的完整性。然而，临床治疗中的粒子束射程存在着不确定性，导致粒子束精准治疗优势不能充分发挥。这种射程不确定性不仅来源于治疗计划制订的偏差(如：将计划电子计算机断层扫描(ct)值转换为相对于水的粒子束的阻止本领比)，还来源于治疗计划与治疗过程的差异(如：摆位精度、器官运动、束流漂变等)。目前，临床上仍然采用更大的计划靶区，以确保治疗区域能够覆盖整个肿瘤，这将额外增加正常组织所需的放射剂量，降低粒子治疗精准优势。

3、综上所述，粒子治疗对癌症的治疗优势主要受到粒子束射程不确定性的影响，如何实现实时、精确的粒子束射程验证，从而有效减少放射合并症，改善患者的生存质量，是业界亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种粒子束射程实时验证方法和系统，用以解决现有技术中粒子治疗对癌症的治疗优势主要受到粒子束射程不确定性的影响的缺陷，实现对粒子束进行实时、精确的射程判断。

2、本发明提供一种粒子束射程实时验证方法，包括：

3、获取次级粒子辐射场分布信息；

4、基于所述次级粒子辐射场分布信息，通过预设的射程验证工具，匹配得到所述次级粒子辐射场分布信息对应的粒子束射程信息；所述射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到。

5、根据本发明提供的一种粒子束射程实时验证方法，所述射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到，包括：

6、基于蒙特卡洛仿真过程中的不同粒子束射程与对应的所述次级粒子辐射场分布信息，构建对应的射程验证模型或者数据库；

7、或者，在任一种样本粒子束下，建立粒子束射程与次级辐射场强度分布之间的数学关系，构建射程验证模型。

8、根据本发明提供的一种粒子束射程实时验证方法，基于蒙特卡洛仿真过程中的不同粒子束射程与对应的所述次级粒子辐射场分布信息，构建对应的射程验证模型或者数据库，包括：

9、在蒙特卡洛仿真过程中，利用单个探测器获取次级粒子辐射场中的次级粒子总数，并与粒子束射程建立线性数学关系，构建射程验证模型或者数据库；

10、或者，在蒙特卡洛仿真过程中，利用多个探测器获取多个区域中次级粒子的数量，并将多个区域中次级粒子的数量与对应的粒子束射程建立线性数学关系，构建射程验证模型或者数据库；其中，所述多个探测器或者所述多个区域各自具备对应的权重值。

11、根据本发明提供的一种粒子束射程实时验证方法，在得到所述射程验证工具之后，还包括：

12、利用多种不同状态的粒子束所对应的次级粒子辐射场分布信息作为样本，对所述射程验证工具的输出值进行修正，得到修正后的所述射程验证工具。

13、根据本发明提供的一种粒子束射程实时验证方法，在得到修正后的所述射程验证工具之后，还包括：

14、获取治疗计划质量保证过程中粒子束的实际射程，所述粒子束的实际射程为测量装置测量的治疗计划质量保证过程中，实际的次级粒子辐射场下的粒子束射程；

15、基于所述实际的次级粒子辐射场的分布信息，通过所述射程验证工具匹配得到粒子束的理论射程；

16、将所述粒子束的实际射程与所述粒子束的理论射程进行对比，基于对比结果评估所述射程验证工具的反馈精度。

17、根据本发明提供的一种粒子束射程实时验证方法，获取次级粒子辐射场分布信息包括：

18、设定次级粒子辐射场强度积分时间，根据所述积分时间获取次级粒子辐射场分布信息。

19、本发明还提供一种粒子束射程实时验证装置，包括：

20、信息获取模块，用于获取次级粒子辐射场分布信息；

21、数据处理模块，用于基于所述次级粒子辐射场分布信息，通过预设的射程验证工具，匹配得到所述次级粒子辐射场分布信息对应的粒子束射程信息；所述射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到。

22、本发明还提供一种粒子束射程实时验证系统，包括：

23、束流监测模块，用于获取粒子束的束流参数信息；所述束流参数信息中包括粒子束射程；

24、次级粒子辐射场强度探测模块，用于获取次级粒子辐射场分布信息；

25、数据采集模块，用于同步获取所述束流参数信息和所述粒子辐射场分布信息；

26、上位机模块，用于获取所述束流参数信息和所述粒子辐射场分布信息，基于所述次级粒子辐射场分布信息，通过预设的射程验证工具，匹配得到所述次级粒子辐射场分布信息对应的粒子束射程信息；所述射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到。

27、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的粒子束射程实时验证方法。

28、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的粒子束射程实时验证方法。

29、本发明提供的粒子束射程实时验证方法和系统，在获取到次级粒子辐射场分布信息之后，利用次级粒子辐射场的分布规律，通过预设的射程验证工具，匹配得到次级粒子辐射场分布信息对应的粒子束射程信息。本发明所采用的射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到的。通过上述方法和系统的应用，能够通过获取患者治疗过程中的次级粒子辐射场分布信息，并基于射程验证工具实时、准确地监测粒子束在患者体内的射程，保证粒子治疗的精准优势，避免增加额外的放射剂量，从而有效减少放射合并症，改善患者的生存质量。

技术特征：

1.一种粒子束射程实时验证方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的粒子束射程实时验证方法，其特征在于，所述射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到，包括：

3.根据权利要求2所述的粒子束射程实时验证方法，其特征在于，基于蒙特卡洛仿真过程中的不同粒子束射程与对应的所述次级粒子辐射场分布信息，构建对应的射程验证模型或者数据库，包括：

4.根据权利要求1所述的粒子束射程实时验证方法，其特征在于，在得到所述射程验证工具之后，还包括：

5.根据权利要求4所述的粒子束射程实时验证方法，其特征在于，在得到修正后的所述射程验证工具之后，还包括：

6.根据权利要求1-5任一项所述的粒子束射程实时验证方法，其特征在于，获取次级粒子辐射场分布信息包括：

7.一种粒子束射程实时验证装置，其特征在于，包括：

8.一种粒子束射程实时验证系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的粒子束射程实时验证方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的粒子束射程实时验证方法。

技术总结
本发明提供一种粒子束射程实时验证方法和系统，在获取到次级粒子辐射场分布信息之后，利用次级粒子辐射场的分布规律，通过预设的射程验证工具，匹配得到次级粒子辐射场分布信息对应的粒子束射程信息。本发明所采用的射程验证工具由训练数据集中的次级粒子辐射场分布信息与粒子束射程建立数学关系得到的。通过上述方法和系统的应用，能够通过获取患者治疗过程中的次级粒子辐射场分布信息，并基于射程验证工具实时、准确地监测粒子束在患者体内的射程，保证粒子治疗的精准优势，避免增加额外的放射剂量，从而有效减少放射合并症，改善患者的生存质量。

技术研发人员：黄川,徐治国,胡正国,毛瑞士,陈玉聪,罗发明,赵祖龙,张秀玲,李娟,郎新乐,肖国青,詹文龙
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21