[发明专利]放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法及介质

权利要求书

1.一种放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法，其特征在于，该方法包括：

粒子剂量计算及粒子剂量优化；

所述粒子剂量计算包括：通过蒙特卡罗模拟，计算多种不同类型及不同形状的放射源粒子的辐射剂量；

所述粒子剂量优化包括：构建所述放射源粒子的三维拓扑结构，设置放射性粒子辐射场的叠加规则，根据病灶设置对应的目标函数，以及，设置边界约束条件；根据所述三维拓扑结构、所述叠加规则、所述目标函数及所述边界约束条件，使用退火算法依次执行随机粒子布源初始化、模拟退火过程对应参数设定及模拟退火算法的迭代优化处理，得到所述放射源粒子最优布源规划和最优剂量。

2.根据权利要求1所述的放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法，其特征在于，所述构建所述放射源粒子的三维拓扑结构包括：

构建所述放射性粒子的圆柱体三维拓扑结构，并使用六个维度的坐标唯一确定所述放射性粒子在空间中的位置和姿态，其中x，y，z分别表示圆柱形粒子的中心在三维空间的位置坐标，则分别表示圆柱形粒子的方向向量在x，y，z三个坐标轴上的投影。

3.根据权利要求1所述的放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法，其特征在于，所述设置放射性粒子辐射场的叠加规则包括：

所述叠加规则用于得到空间任意点的辐射强度，所述辐射强度根据在该空间中存在的每个所述放射性粒子的辐射场在该点的辐射强度的标量和。

4.根据权利要求1所述的放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法，其特征在于，所述目标函数包括：

用于根据病灶的处方剂量和病灶周围重要器官辐射剂量，并根据器官的重要程度为每种器官设置相应的权重因子，所述目标函数为：

Cost＝Cost_PTV+ω_iCost_i+ω_jCost_j+…，

其中Cost_PTV表示计划靶区的优化目标函数，Cost_i和Cost_j分别表示器官i和j的优化目标函数，ω_i和ω_j则分别表示两种器官的优化权重。

5.根据权利要求4所述的放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法，其特征在于，所述计划靶区的优化目标函数Cost_PTV被配置为：

90％体积的靶区至少接受100％的处方剂量照射量；100％处方剂量至少照射的靶区体积的90％；150％处方剂量照射的靶区体积不超过50％；200％处方剂量照射的靶区体积不超过25％；

所述目标函数为：

Cost_PTV＝ω₁*ReLU(0.9-S₁)+ω₂*ReLU(1-S₂)+ω₃*ReLU(S₃-0.5)+ω₄*ReLU(S₄-0.25)

其中ReLU为线性整流函数，S₁表示接受100％处方剂量的靶区体积与靶区体积的比值，S₂表示靶区内的辐射剂量从小到大排列的90％强度与处方剂量的比值，S₃表示接受150％处方剂量的靶区体积与靶区体积的比值，S₄表示接受200％处方剂量的靶区体积与靶区体积的比值，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别表示每一项的重要性权重。

6.根据权利要求4所述的放射粒子内放疗介入手术机器人的剂量优化方法，其特征在于，所述病灶周围重要器官辐射剂量的目标函数为：

其中，其中V_i为器官i接受放射粒子辐射的总体积，V_i'表示器官i接受辐射剂量大于该器官最小耐受剂量的体积。