一种分离放疗中剂量学效应的方法、系统和存储介质

本发明属于放疗，具体涉及一种分离放疗中剂量学效应的方法、系统和存储介质。

背景技术：

1、心血管疾病是全球最主要的死亡原因之一，心律失常作为心血管疾病的常见类型，其治疗方法多样但各有局限。目前，抗心律失常药物治疗的整体效果较低且长期复发率高；植入心脏自动复律除颤器（icd）治疗不适用于室上性心律失常，且多次icd电击可能导致患者产生严重焦虑和创伤后应激障碍；而导管射频消融治疗则通常需要在患者深度镇静或全身麻醉状态下进行，需考虑患者耐受性。

2、近年来，心脏立体定向放射治疗（cardiac stereotactic body radiotherapy，csbrt）作为一种新兴的难治性心律失常治疗选项，克服了上述治疗方式的限制，展现出无创、治疗时间短、能同时治疗多个靶点等优点。然而，csbrt在治疗过程中也面临着心脏搏动和呼吸运动共同引起的心肺运动问题。这一问题可能导致csbrt治疗计划剂量与实际治疗时肿瘤及周围危及器官的剂量之间出现显著偏差。由此引起的后果包括肿瘤受照剂量不足或周围危及器官过量照射，可能最终导致肿瘤局部控制率下降或严重的放疗毒副作用。据文献报道，因人体呼吸引起的肺部肿瘤运动和形变会带来计算剂量和实际治疗剂量之间的剂量偏差，这种剂量偏差主要受到剂量模糊效应和相互作用效应这两个方面的影响，从而导致靶区出现剂量冷点以及周围危及器官出现剂量热点。

3、剂量模糊效应主要会引起靶区边缘的剂量跌落区的梯度出现明显下降，导致靶区边缘剂量不足的同时，增加周围正常组织的剂量，同时还会引起靶区内的剂量出现一定程度的平均效应。而相互作用效应是指：在调强放射治疗技术中（例如容积旋转调强放射治疗（vmat）），胸腹部肿瘤的运动与动态变化的照射野相互作用，可能导致实际放射剂量分布与预定计划剂量分布存在偏差。相互作用效应引起的动态调强放射治疗的剂量变化可能会受到加速器的机械和剂量学参数以及患者体征的影响，例如射野面积、照射剂量率大小、肿瘤和危及器官的运动幅度，以及患者的呼吸频率和呼吸周期等。

4、心律失常csbrt治疗通常采用单分次25 gy大剂量照射、结合非均整过滤器（flattening filter-free，fff）高剂量率模式和vmat技术，加速器执行放疗计划的出束时间短，照射野在放疗过程中始终保持动态变化，相互作用效应将会产生更为明显的剂量学影响。根据文献报告，使用fff高剂量率模式下的vmat技术进行肝癌的单分次立体定向放射治疗，相比于常规剂量率模式，相互作用效应对剂量分布的影响更为显著，可能导致肿瘤靶区内的剂量偏差高达7%。

5、心律失常csbrt治疗的照射靶区邻近左心房、右心房、左心室、右心室、左心室壁、主动脉、肺动脉、食管、双肺、脊髓等多个危及器官，同时心脏搏动和呼吸引起的心肺运动更为复杂，然而目前还没有关于心肺运动对csbrt剂量学影响的相关研究报道，心肺运动导致的剂量模糊效应和相互作用效应对剂量学的影响也尚不清楚。

6、综上所述，尽管心脏立体定向放射治疗（csbrt）是治疗难治性心律失常的一种新兴且有潜力的方法，但心脏搏动和呼吸运动带来的心肺运动可能导致显著的剂量偏差，难以确保心律失常基底靶区剂量精度并保护周围危及器官的剂量安全。心肺运动对于csbrt的剂量学影响以及相应运动管理技术的对这种影响的控制效果尚不明确，这可能是导致不同医疗机构开展的心律失常csbrt临床试验中疗效和并发症差异的原因之一。因此，分离和理解csbrt中由心肺运动引起的剂量模糊效应和相互作用效应对于精确评估其剂量学影响至关重要，这不仅有助于理解心肺运动对治疗效果的影响，也对制定有效的心肺运动控制策略和剂量误差补偿策略提供了重要指导。然而，现有技术中还缺乏从放疗计划中分离和评估剂量模糊效应和相互作用效应的相关方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的问题，本发明提供一种分离放疗中剂量学效应的方法、系统和存储介质。

2、一种分离放疗中剂量学效应的方法，包括如下步骤：

3、步骤1，依据原始放疗计划生成仅含剂量模糊效应的各运动时相的放疗子计划和/或含总剂量效应的各运动时相的放疗子计划；

4、步骤2，对步骤1得到的放疗子计划，在关联运动时相的ct图像上进行剂量计算；

5、步骤3，对步骤2得到的放疗子计划的剂量，形变到相应的参考时相图像上，进行叠加，得到仅含剂量模糊效应的叠加剂量和/或含总剂量效应的叠加剂量；

6、步骤4，使用空间剂量差分的方式，分别得到剂量模糊效应和/或相互作用效应导致的空间剂量偏差，具体如下：

7、对仅含剂量模糊效应的叠加剂量与原始放疗计划的空间剂量进行差分，得到的剂量分布即为分离出的剂量模糊效应导致的空间剂量偏差；

8、对含总剂量效应的叠加剂量与仅含剂量模糊效应的叠加剂量进行差分，差分得到的剂量分布即为分离出来的相互作用效应导致的空间剂量偏差。

9、优选的，步骤1中，所述仅含剂量模糊效应的各运动时相的放疗子计划的生成方式是：将原始放疗计划直接关联至各运动时相ct图像上，计划参数设置保持不变。

10、优选的，步骤1中，所述含总剂量效应的各运动时相的放疗子计划的生成方式是：

11、执行原始放疗计划，生成日志文件；

12、从所述日志文件中提取和时间相关的放疗计划执行信息；

13、按时间顺序对原始放疗计划的dicom-rp计划文件进行重新排列，将依据原始放疗计划执行信息划分出来的归属于各运动时相的控制点进行分组、排序并归属至对应的运动时相中，创建每个运动时相对应的放疗子计划并关联至相应运动时相的ct图像上。

14、优选的，患者运动周期为t秒，运动时相划分为n个，每个运动时相持续时间为t/n秒，医用直线加速器首次出束时处于运动周期的0%时相。

15、优选的，步骤1中，所述原始放疗计划为基于eclipse治疗计划系统分别在心脏运动四维ct参考时相图像和呼吸运动四维ct平均密度投影图像上使用容积旋转调强放射治疗技术设计的心脏立体定向放射治疗计划。

16、优选的，步骤2中，所述剂量计算使用预设的计划参数在eclipse治疗计划系统中进行。

17、优选的，步骤3具体包括对仅含剂量模糊效应的各运动时相的放疗子计划和/或含总剂量效应的各运动时相的放疗子计划的剂量计算结果分别执行如下步骤：

18、步骤3.1，使用形变配准算法对各运动时相图像与参考时相图像之间进行配准生成各自的空间形变位移矢量场；

19、步骤3.2，使用空间形变位移矢量场将所有放疗子计划的剂量一一形变到相应的参考时相图像上；

20、步骤3.3，形变至参考时相图像上的各运动时相放疗子计划剂量按3d剂量矩阵相加的方式进行剂量叠加，得到仅含剂量模糊效应的叠加剂量和/或含总剂量效应的叠加剂量。

21、优选的，步骤3.1中，配准的过程采用参考时相图像作为配准的固定图像，除参考时相外的各运动时相图像作为配准的浮动图像。

22、本发明还提供一种分离放疗中剂量学效应的系统，包括：

23、输入模块，用于输入数据，输入的数据包括原始放疗计划和计划实施的日志文件；

24、计算模块，用于执行上述分离放疗中剂量学效应的方法；

25、输出模块，用于输出所述计算模块的结果。

26、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有：用于实现上述分离放疗中剂量学效应的方法，或用于实现上述分离放疗中剂量学效应的系统的计算机程序。

27、本发明通过重建各运动时相的放疗子计划的方式，很好地将治疗过程中不同时间点心肺运动影响下的实际放疗剂量对应至不同运动时相的放疗子计划中，并通过剂量差分进一步实现了剂量模糊效应和相互作用效应分别导致的剂量学影响的分离。验证表明，重建的子计划的平均剂量误差在0.14%以内，这保证了放疗子计划重建精度以及最终剂量学效应分离结果的准确性。本发明通过分离心肺运动导致的放疗剂量的模糊效应和相互作用效应，实现了如下有益的技术效果：本发明首次实现了分别揭示心肺运动影响下剂量模糊效应和相互作用效应单独导致的剂量偏差，可用于分离不同的放疗技术下的包括心肺运动在内的各种生理运动导致的不同剂量学效应，同时可以为临床上采取合适的运动管理技术来提高放射治疗的精准性提供可靠的依据。

28、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

29、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。