一种放射治疗4D剂量重建的方法、系统和存储介质

本发明属于放疗，具体涉及一种放射治疗4d剂量重建的方法、系统和存储介质。

背景技术：

1、在放射治疗中，患者体内解剖结构的动态变化对治疗精确性构成挑战。例如，头颈部肿瘤患者可能经历脑脊液流动、口部动作、吞咽反射以及眼球和舌头的活动；胸腹部肿瘤患者可能受心跳、呼吸、血管搏动、膈肌活动及胃肠道蠕动的影响；盆腔肿瘤患者的治疗则涉及到直肠和膀胱的充盈变化。此外，患者可能出现咳嗽或抽搐等非自主运动。这些运动可引起体内解剖结构的变化，进而影响放疗剂量分布，并最终导致目标靶区和周围组织的剂量覆盖出现偏差。

2、心脏立体定向放射治疗（cardiac stereotactic body radiotherapy，csbrt）作为一种治疗难治性心律失常的新兴技术，优势显著。它能够有效地克服传统药物治疗、植入式除颤器和导管射频消融等方法所面临的局限性，如高复发率、严重的副作用以及患者耐受性不足等问题。csbrt的无创性、治疗时间短和能同时治疗多个靶点的特性，使其成为一种极具潜力的治疗手段。然而，在csbrt治疗过程中，心肺运动带来的剂量学偏差是一个关键挑战。心肺运动是一种复杂的动态过程，不仅涉及心脏搏动，还包括呼吸运动，两者的复合运动使得心肺部位的放射治疗相比其他部位更容易受到影响，并导致更严重的剂量偏差。因此，在应用csbrt进行心脏疾病治疗时，必须特别注意心肺运动对剂量分布的影响，并采取相应的策略来最小化心肺运动导致的剂量偏差，以确保治疗的精确性和安全性。

3、现有技术中，放射治疗的计划设计、剂量计算和剂量评估通常依赖于静态的三维ct图像，因此得到的3d剂量分布不能准确反映患者体内器官的动态运动带来的剂量改变。尽管目前已经采用4dct技术去表征器官的运动，但实际操作中，治疗计划的制定、剂量计算和评估仍然基于4dct重建的某一固定时相图像或者密度投影图像。这导致计算出的剂量分布与患者特定组织或器官实际受照的剂量存在偏差，由此产生的不准确性同样影响了剂量学指标的评估，限制了对治疗计划的优化和治疗效果的预测。

4、4d剂量重建是放射治疗中一种先进的技术，它考虑了治疗过程中患者体内解剖结构变化对剂量分布的影响。通过时间维度的剂量累积，4d剂量能更真实地反映靶区和邻近正常组织在动态变化中的剂量受照情况。目前，大多数4d剂量重建方法通过将3d剂量数据映射到各个呼吸时相，并对其进行累积以形成最终的剂量分布。这种方法的假设是，每个呼吸时相都完整地执行了整个放疗计划，但这与实际情况存在差异。实际上，每个呼吸时相仅对应放疗计划执行过程中的部分控制点，因此，以这种方法重建的4d剂量可能会有较大偏差。为了更精准地重建在心肺运动影响下的4d剂量，应分析整个放疗过程，并将完整照射过程按控制点细分。然而，目前尚缺乏相关的分析和处理方法，无法实现按各呼吸时相中所包含的控制点进行剂量计算的4d剂量重建过程。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种放射治疗4d剂量重建的方法、系统和存储介质。

2、一种放射治疗4d剂量重建的方法，包括如下步骤：

3、步骤1，执行放疗计划并生成日志文件；

4、步骤2，从日志文件中提取控制点信息；

5、步骤3，根据所述控制点信息和设定条件，对dicom-rp计划文件按时间顺序进行控制点拆分，将归属于同一个运动时相的控制点按顺序整合进同一个rp文件，创建每个运动时相对应的放疗子计划；

6、步骤4，对步骤3得到的各运动时相的放疗子计划进行剂量计算；

7、步骤5，将各运动时相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，得到重建的4d剂量。

8、优选的，步骤1中，所述放疗计划是基于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设计的心脏立体定向放射治疗计划。

9、优选的，步骤2中，各控制点具有时间先后顺序、持续时间和间隔时间，所述控制点信息包括对应的mlc孔径信息以及mu值信息；所述mu值信息包含mu权重。

10、优选的，所述mlc孔径信息以mlc叶片坐标表示；所述mu权重以该控制点mu值占计划总mu值的权重表示。

11、优选的，步骤3中，所述的设定条件为：患者运动周期设定为固定值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，设定医用直线加速器首次出束时处于运动周期的0%时相；

12、所述dicom-rp计划文件是从eclipse治疗计划系统中导出的csbrt计划文件。

13、优选的，步骤4具体包括：

14、步骤4.1，将各运动时相的放疗子计划导入eclipse治疗计划系统并关联至对应的ct图像上；

15、步骤4.2，使用预设的计划参数在eclipse治疗计划系统中进行剂量计算。

16、优选的，步骤5具体包括：

17、步骤5.1，使用形变配准算法对各运动时相图像与参考时相图像进行配准生成各自的空间形变位移矢量场；

18、步骤5.2，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；

19、步骤5.3，进行叠加，得到重建的4d剂量。

20、优选的，步骤5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。

21、本发明还提供一种放射治疗4d剂量重建的系统，包括：

22、输入模块，用于输入数据，输入的数据包括执行放疗计划生成的日志文件以及原始csbrt计划dicom-rp文件；

23、4d剂量重建模块，用于执行上述放射治疗4d剂量重建的方法；

24、输出模块，用于输出重建的4d剂量。

25、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有：用于实现上述放射治疗4d剂量重建的方法，或上述放射治疗4d剂量重建的系统的计算机程序。

26、本发明方法整合了属于特定时相的控制点，并基于这些数据计算相应的剂量；通过对特定时相剂量的形变配准与剂量叠加，分别重建心脏运动和呼吸运动引起的4d剂量分布。由于采用了上述方法，本发明实现了如下有益的技术效果：可以精确地重建心肺运动影响下的放射治疗4d剂量，进而实现个体化准确评估患者在放射治疗过程中真实受照剂量，在确保肿瘤控制率的同时尽量降低潜在的放疗并发症发生概率。

27、此外，该方法还能用于评估包括心肺运动在内的各种生理运动对剂量分布的影响，以及不同运动管理技术在控制这些剂量学影响方面的有效性。这为患者选择合适的运动管理技术提供了重要的参考依据，最终有利于提高肿瘤患者的放疗疗效，提升患者的放疗获益。因此，本发明具有很好的应用前景。

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。