一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法与流程

本发明涉及imbt治疗计划，尤其涉及一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法。

背景技术：

1、当前主要的宫颈癌近距离放疗模式包括插值近距离放射治疗(isbt)、腔内近距离放射治疗(icbt)和腔内联合组织间插值近距离放射治疗(ic/is-bt)三种模式。icbt最为常见，适用于早期宫颈癌患者，但对局部晚期宫颈癌患者局限性较大。单纯isbt可根据靶区形态适形插针，但会导致宫颈中心区域欠量。ic/is-bt对局部晚期宫颈癌患者具有明确的剂量学优势和疗效，但插植技术操作较为复杂且有创，出血并发症发生率高。

2、因此在近距离放射治疗中，可以使用施源器旋转屏蔽或冷阴极x射线球管进行调强生成调强计划并应用于近距离放射治疗中，而目前近距离的计划设计仍然停留在非调强设计中，如现有技术申请号为cn112957620b，发明名称为近距离放射治疗计划设计系统和方法，该申请虽然公开了治疗计划设计方法但没有调强的设计；而对于调强近距离放射治疗，如申请号为cn101005875a，发明名称为自适应腔内近距放射治疗施源器，该申请虽然提供了实现imbt的设备方法，但所公开的技术方案专注于施源器的设计，只是使用了屏蔽调强的方法，无法用于调强计划的生成，因此目前在现有技术中，调强近距离放射治疗的计划优化方面仍是一片空白。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法，解决了在现有技术中缺少一种用于施源器旋转屏蔽或冷阴极x射线球管进行调强并生成最优调强计划的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法，调强计划用于对冷阴极微型调强x射线源或使用施源器旋转屏蔽的一般放射源进行调强，该生成方法包括：

3、确定冷阴极微型调强x射线球管或使用施源器旋转屏蔽的一般放射源的源表征，源表征分为全角度可调强源的源表征和有限角度可调强源的源表征；

4、根据源表征对冷阴极微型x射线源或使用施源器旋转屏蔽的一般放射源进行计划设计得到治疗计划；

5、计算目标函数，通过目标函数对治疗计划进行评价从而充分反映剂量分布情况；

6、使用优化引擎不断降低目标函数，使目标函数降低到接受标准，最终根据剂量目标要求找到满足目标的最优的调强计划。

7、进一步地，全角度可调强源的源表征的表征形式为：

8、

9、上式中，表示吸收剂量率，组成球坐标系，r表示距离有效源中心的直线距离，λ表示与源长轴的夹角，表示在断面上的角度分布，i表示注量/强度/对应立体角驻留时间占比的角分布；sk为源的空气比释动能率；λ为剂量率常数；参考位置r0定义为1cm，θ0定义为90°；g(r,θ)为几何因子；g(r)为径向剂量函数；

10、其中，

11、

12、上式中，分别表示三维空间分布球坐标，r表示距离有效效源中心的直线距离，与源长轴夹角为θ，在断面上的角度分布为表示冷阴极微型x射线源在极角和方位角上进行注量分布/强度分布/对应立体角驻留时间占比的分割，分为份；ii,j表示分割的第i,j个注量分布/强度分布/对应立体角驻留时间，每份对应的角标记为i和j；表示对应分区源的单位强度调制对3d剂量分布的贡献。

13、进一步地，有限角度可调强源的源表征分为(a)和(b)两种表征形式，分别为：

14、(a)、独立计算各调强可选情况的剂量学函数，并设计权重进行剂量计算，表征形式为：

15、

16、其中，

17、

18、上式中，ii反映可选的调强源在i方向的注量分布/强度分布/对应立体角驻留时间的占比，n表示ii的分割，分为n份；

19、(b)、源的空气比释动能率sk和剂量率常数λ均基于所有方向均等、x射线源最大功率进行计算，之后对于可选的n种调强角度，分别计算对应的各剂量学函数，得到以下表征形式：

20、

21、对应的，

22、

23、其中，同时考虑了原射线和散射线的剂量沉积。

24、进一步地，目标函数为目标函数f1或目标函数f2中的任意一种。

25、进一步地，目标函数f1的计算公式为：

26、

27、上式中，di为体素剂量；si为体素推荐剂量；h为阶跃函数；是每个治疗计划的优化标准的惩罚因子，表示当前剂量点的重要性。

28、进一步地，目标函数f2的计算公式为：

29、

30、上式中，fj为第j个约束所对应计算的部分目标函数；wj为其对应的权重因子；n为可选的调强角度的数量。

31、进一步地，接受标准设置为0.001或者迭代次数达到400。

32、进一步地，优化引擎为共轭梯度法、混合逆向治疗计划优化或模拟退火算法中的任一种。

33、借由上述技术方案，本发明提供了一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法，至少具备以下有益效果：

34、1、本发明所提出的调强计划生成方法能够满足体积较大、几何形状不规则的肿瘤的剂量覆盖，同时保护危及器官，这一方法无创、对医生的要求较低、在相对落后地区也能够推广。

35、2、本发明所提出的调强计划生成方法能够替代操作复杂且有创的现行方法，有较高概率发生出血并发症的插植操作实现剂量补充，并且实现靶区内更高的剂量覆盖，并且使用冷阴极微型x射线球管替代放射性核素器件，可以不再频繁的更换放射源、便于携带、无需辐射屏蔽。

技术特征：

1.一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法，其特征在于，调强计划用于对冷阴极微型调强x射线源或使用施源器旋转屏蔽的一般放射源进行调强，该生成方法包括：

2.根据权利要求1所述的调强计划生成方法，其特征在于，全角度可调强源的源表征的表征形式为：

3.根据权利要求1所述的调强计划生成方法，其特征在于，有限角度可调强源的源表征分为(a)和(b)两种表征形式，分别为：

4.根据权利要求1所述的调强计划生成方法，其特征在于，目标函数为目标函数f1或目标函数f2中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的调强计划生成方法，其特征在于，目标函数f1的计算公式为：

6.根据权利要求4所述的调强计划生成方法，其特征在于，目标函数f2的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的调强计划生成方法，其特征在于，接受标准设置为0.001或者迭代次数达到400。

8.根据权利要求1所述的调强计划生成方法，其特征在于，优化引擎为共轭梯度法、混合逆向治疗计划优化或模拟退火算法中的任一种。

技术总结
本发明涉及IMBT治疗计划技术领域，解决了在现有技术中缺少一种用于施源器旋转屏蔽或冷阴极X射线球管进行调强并生成最优调强计划的技术问题，尤其涉及一种用于近距离放射治疗的调强计划生成方法，调强计划用于对冷阴极微型调强X射线源或使用施源器旋转屏蔽的一般放射源进行调强，该生成方法包括：确定冷阴极微型调强X射线球管或使用施源器旋转屏蔽的一般放射源的源表征，源表征分为全角度可调强源的源表征和有限角度可调强源的源表征。本发明所提出的调强计划生成方法能够满足体积较大、几何形状不规则的肿瘤的剂量覆盖，同时保护危及器官，这一方法无创、对医生的要求较低、在相对落后地区也能够推广。

技术研发人员：徐榭,齐妙,吴翊凯,常艳奎,裴曦
受保护的技术使用者：合肥慧软医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12