[发明专利]一种直接优化静态调强子野形状及其机器跳数的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及到精确放疗中，采用多叶光栅进行调强时，最小化多叶光栅对应的子野个数及总的机器跳数的系统和方法。

背景技术

静态调强放疗中得到可以实施的子野形状及其机器跳数的一般步骤是首先借助优化算法优化得到每个方向上满足期望剂量分布的最优强度，然后对优化后的强度进行子野分割，转换为MLC可以实施的子野，这种方式简称为“二步法”。由于在强度分布优化时，并没有考虑多叶光栅本身所包含的一些约束限制，这些限制只有在子野分割时考虑，因此导致子野分割会产生很多个子野形状和及其对应的权重。长期的临床应用表明，“二步法”存在的缺陷，可以总结为：(1)每个照射野的子野数目多，总的照射跳数(MU)往往是常规/适形照射野的数倍，这种情况不仅会增加照射的时间，还将增加产生漏射、机头散射和tongue-groove效应的概率；(2)可能会生成一些小的、形状很不规则的子野，这些子野在实施过程中产生的误差较大，射线利用率低，因此可能影响患者受照剂量的准确度；(3)在将理想的强度分布转换为可以实施的强度分布时，两个强度会有差别，这种差别往往使计划质量变差，本已满足的临床要求的计划可能不再满足。

发明内容

本发明技术解决问题：为了克服“二步法”的缺陷，提供一种根据期望的剂量分布，直接优化每个射野方向上各个子野的形状及其机器跳数的系统和方法，可以快速得到满足要求的每个射野方向的各个子野形状及其机器跳数，不仅可以有效的解决传统“二步法”存在的精度问题，而且操作简单，还提高了计划制定和计划实施的效率。

本发明的技术方案是：一种直接优化静态调强子野形状及其机器跳数的系统，如图1所示，包括：

（1）数据导入模块，用于导入从放疗计划系统中输出的人体影像CT数据、靶区及感兴趣区域定义信息、射野方向信息、多叶光栅信息及计划设计者对计划的要求信息；

（2）数据处理模块，根据数据导入模块导入的靶区信息，射野方向信息，计算靶区在射野方向上的投影，向外扩一定的大小得到对应射野方向的射野形状，然后根据多叶光栅类型，对每个射野形状进行网格化，在多叶光栅运动方向上网格大小为0.5cm，在多叶光栅运动垂直方向，网格大小为多叶光栅叶片在等中心平面厚度，最后采用基于蒙卡的快速有限笔形束剂量计算方法计算射野内每个单元野对各个计算采样点的剂量影响；

（3）优化模块，主要是进行优化模型的建立及采用优化算法进行优化；根据导入模块导入的计划设计者对计划的要求，通过二次目标函数形式转化为优化的目标函数，然后供步骤优化过程使用；采用基于物理剂量或剂量-体积约束的目标函数及约束，表达为：