[发明专利]基于扩展收缩理论的放疗计划仿真设计方法及系统有效

专利信息
申请号: 202011383178.0 申请日: 2020-12-01
公开(公告)号: CN112516471B 公开(公告)日: 2021-08-27
发明(设计)人: 刘博;肖卓;周付根 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: A61B17/34 分类号: A61B17/34
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 基于 扩展 收缩 理论 放疗 计划 仿真 设计 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种基于扩展收缩理论的放疗计划仿真设计方法,其特征在于,包括:

在医学影像中标记肿瘤目标,建立包含所述肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像,对所述三维影像均匀采样,获取目标点云数据;

设置包含放射治疗入针点的模板,任一所述入针点与目标点云数据中任一点组合为针道,随机生成针道序列P,所述序列P中的任意两个针道所在线段均无交点;

在所述序列P中的针道设置若干放射粒子,计算所述若干放射粒子的剂量分布;

对所述放射粒子的驻留点进行扩展收缩操作,调整所述放射粒子驻留时间,以优化所述放射粒子的剂量分布,其步骤包括,在所述针道序列P中未设置放射粒子的任一驻留点进行扩展操作,所述扩展操作包括在驻留点设置放射粒子,调整所述针道序列P中已放置的放射粒子的驻留时间,以优化所述放射粒子的剂量分布,在所述针道序列P中已设置放射粒子的任一驻留点进行收缩操作,所述收缩操作包括在驻留点撤销放射粒子,调整所述针道序列P中已放置的放射粒子的驻留时间,若所述收缩操作不能优化放射粒子的剂量分布,则不进行所述收缩操作,重复进行所述扩展和收缩操作若干次,或通过所述扩展操作不能优化放射粒子的剂量分布时,停止所述扩展和收缩操作;

利用3D打印技术,打印所述三维影像的三维模型、针道序列P和放射粒子的驻留点。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述对放射粒子驻留点进行扩展收缩操作,调整所述放射粒子驻留时间的之后,还包括:

记录所述剂量分布的目标值为第一优化值;

随机替换所述序列P中的任一针道,替换后所述序列P中的作意两个针道所在线段均无交点;

对所述放射粒子驻留点进行扩展收缩操作,调整所述放射粒子驻留时间,以获取所述针道替换后剂量分布的目标值,若所述针道替换后剂量分布的目标值优于第一优化值,将所述针道替换后剂量分布的目标值赋予第一优化值;

继续随机替换所述序列P中的任一针道,直至所述第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值。

3.一种基于扩展收缩理论的放疗计划仿真设计系统,其特征在于,包括:计算设备和3D打印设备,所述计算设备包括影像处理模块,计划生成模块和计划优化模块;

影像处理模块,在医学影像中标记肿瘤目标,建立包含所述肿瘤目标TV区域和OAR区域的三维影像,对所述三维影像均匀采样,获取目标点云数据;

计划生成模块,设置包含放射治疗入针点的模板,任一所述入针点与目标点云数据中任一点组合为针道,随机生成针道序列P,所述序列P中的任意两个针道所在线段均无交点;在所述序列P中的针道设置若干放射粒子,计算所述若干放射粒子的剂量分布;

计划优化模块,对所述放射粒子的驻留点进行扩展收缩操作,调整所述放射粒子驻留时间,以优化所述放射粒子的剂量分布,其步骤包括,在所述针道序列P中未设置放射粒子的任一驻留点进行扩展操作,所述扩展操作包括在驻留点设置放射粒子,调整所述针道序列P中已放置的放射粒子的驻留时间,以优化所述放射粒子的剂量分布,在所述针道序列P中已设置放射粒子的任一驻留点进行收缩操作,所述收缩操作包括在驻留点撤销放射粒子,调整所述针道序列P中已放置的放射粒子的驻留时间,若所述收缩操作不能优化放射粒子的剂量分布,则不进行所述收缩操作,重复进行所述扩展和收缩操作若干次,或通过所述扩展操作不能优化放射粒子的剂量分布时,停止所述扩展和收缩操作;

3D打印设备,利用3D打印技术,打印所述三维影像的三维模型、针道序列P和放射粒子的驻留点。

4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述计划优化模块被进一步配置为:

记录所述剂量分布的目标值为第一优化值;

随机替换所述序列P中的任一针道,替换后所述序列P中的作意两个针道所在线段均无交点;

对所述放射粒子驻留点进行扩展收缩操作,调整所述放射粒子驻留时间,以获取所述针道替换后剂量分布的目标值,若所述针道替换后剂量分布的目标值优于第一优化值,将所述针道替换后剂量分布的目标值赋予第一优化值;

继续随机替换所述序列P中的任一针道,直至所述第一优化值不再变化或针道替换次数超过第一阈值。

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