一種獲取射束能譜的方法、裝置及劑量分布計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種射束能譜獲取方法，包括設(shè)置射束的初始能譜分布；基于初始能譜分布，計(jì)算射束中心軸上的劑量分布；判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合；若吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布；若不吻合，則調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合為止。本發(fā)明計(jì)算能譜的方法簡(jiǎn)單、有效。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種獲取射束能譜的方法、裝置及劑量分布計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種可以獲得醫(yī)用電子直線加速器的射束能譜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知放射治療是腫瘤治療的最重要、最基本的手段之一。為了提高腫瘤的治愈率，要求將高劑量的射束準(zhǔn)確投放到靶區(qū)(腫瘤)，盡量減少對(duì)周?chē)＝M織的傷害，因此，在制定放射治療計(jì)劃時(shí)需要精確計(jì)算射束的劑量分布。
[0003]基于卷積/疊加模型的光子束劑量計(jì)算方法(也稱(chēng)為CollapsedCone劑量計(jì)算方法，簡(jiǎn)稱(chēng)CC算法)可以得到較高精度的劑量分布，但其需要根據(jù)醫(yī)用電子直線加速器產(chǎn)生的射束能譜進(jìn)行計(jì)算，只有射束的能譜信息足夠精確，在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到的劑量分布才可能足夠精確，因此獲取醫(yī)用電子直線加速器的射束能譜是col lapsed cone劑量計(jì)算方法的關(guān)鍵。
[0004]但是，加速器治療頭產(chǎn)生的射束能量高，其能譜很難直接測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)1:CN101071172A公開(kāi)了一種測(cè)量醫(yī)用加速器能譜的方法，通過(guò)松弛迭代求解線性方程組得到加速器射束的能譜。但是，其重建模型沒(méi)有包含能譜的約束條件，該方法所獲得的解往往不穩(wěn)定，與實(shí)際能譜偏差往往較大?，F(xiàn)有技術(shù)2:CN103336295A公開(kāi)了一種醫(yī)用電子直線加速器光子束能譜獲取方法，通過(guò)一系列單能光子的模型利用蒙特卡羅的方法計(jì)算這些單能光子在中心深度上的劑量分布，并以此為初始條件使用優(yōu)化方法進(jìn)行擬合得到一個(gè)能譜分布。但這種通過(guò)蒙卡模擬得到的能譜在CC算法中并不能很好地吻合測(cè)量數(shù)據(jù)，例如當(dāng)計(jì)算值曲線與測(cè)量曲線在下降區(qū)中的某個(gè)位置相交，這時(shí)，在不調(diào)節(jié)能譜的情況下，調(diào)節(jié)其它參數(shù)總是不能使交點(diǎn)的兩端數(shù)據(jù)吻合度都變好，通常是一端變好而另一端變壞。因此，通過(guò)該方法獲取的能譜也不夠精確。
[0005]因此，需要尋求一種新的獲取醫(yī)用電子直線加速器能譜的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新的獲取射束能譜的方法，包括:
[0007]設(shè)置射束的初始能譜分布；
[0008]基于初始能譜分布，計(jì)算射束中心軸上的劑量分布；
[0009]判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合；
[0010]若吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布；
[0011 ]若不吻合，則調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合為止。
[0012]可選的，所述初始能譜分布為單峰分布。
[0013]可選的，設(shè)置射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，通過(guò)CC算法計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布。
[0014]可選的，所述射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值由三維水箱系統(tǒng)或膠片測(cè)量得到。
[0015]可選的，在判斷計(jì)算得到的最大深度處的劑量值是否與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合之前，對(duì)計(jì)算得到的射束中心軸上的劑量分布和測(cè)量得到的射束中心軸上的劑量分布分別歸一化。
[0016]可選的，調(diào)節(jié)能譜時(shí)，能譜始終符合所述單峰分布。
[0017]可選的，調(diào)節(jié)能譜時(shí)，同步調(diào)節(jié)多個(gè)相鄰的能量成分。
[0018]可選的，所述調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，包括，
[0019]若計(jì)算得到的最大劑量處的深度值大于測(cè)量值中最大劑量處的深度值，則增加低能成分和/或減少高能成分，反之，則減少低能成分和/或增加高能成分；
[0020]若計(jì)算得到的最大深度處的劑量值大于測(cè)量值中最大深度處的劑量值，則增加低能成分和/或減少高能成分，反之，則減少低能成分和/或增加高能成分，其中，所述高能成分代表大于峰值能量的至少一個(gè)能量，所述低能成分代表小于峰值能量的至少一個(gè)能量。
[0021]可選的，還包括調(diào)節(jié)所述基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合。
[0022]相應(yīng)的，本發(fā)明提供了一種獲取射束能譜的裝置，包括，
[0023]輸入單元，用于設(shè)置射束的初始能譜分布，所述初始能譜分布為單峰分布；
[0024]計(jì)算單元，用于基于射束的能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算射束中心軸上的劑量分布；
[0025]判斷單元，用于判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合；
[0026]調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布；
[0027 ]若判斷單元輸出結(jié)果為吻合，貝Ij當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布；
[0028]若判斷單元輸出結(jié)果為不吻合，則調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并將調(diào)節(jié)后的能譜分布輸入到計(jì)算單元，計(jì)算單元基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合為止。
[0029]可選的，所述調(diào)節(jié)單元還調(diào)節(jié)CC算法中的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合。
[0030]本發(fā)明還提供了另一種獲取射束能譜的方法，包括:
[0031]設(shè)置射束的初始能譜分布，所述初始能譜分布為單峰分布；
[0032]基于所述初始能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算射束中心軸上的劑量分布；
[0033]判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值是否與測(cè)量得到的最大劑量處的深度值吻合；
[0034]若吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布；
[0035]若不吻合，則調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和測(cè)量得到的最大劑量處的深度值吻合為止。
[0036]本發(fā)明還提供了一種劑量分布計(jì)算方法，包括，
[0037]利用前述獲取射束能譜的方法獲取射束的能譜分布；
[0038]調(diào)節(jié)射束的離軸比，通過(guò)CC算法更新所述射束的劑量分布，直至更新后的劑量分布與測(cè)量得到的劑量分布吻合，從而更新后的劑量分布即為計(jì)算得到的射束的劑量分布。
[0039]可選的，還包括調(diào)節(jié)輸出因子，使得射束的劑量分布與測(cè)量值在絕對(duì)值上吻合。
[0040]可選的，所述測(cè)量得到的劑量分布由三維水箱系統(tǒng)或膠片測(cè)量得到。
[0041 ]本發(fā)明還提供一種劑量分布計(jì)算方法，包括:
[0042]利用前述獲取射束能譜的方法獲取射束的能譜分布；
[0043]調(diào)節(jié)射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)及隨深度變化的衰減系數(shù)，通過(guò)CC算法更新所述射束在中心軸上的劑量分布，直至更新后的劑量分布與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合；
[0044]調(diào)節(jié)射束的離軸比，通過(guò)CC算法更新所述射束在與射束中心軸垂直方向上的劑量分布，直至更新后的劑量分布與射束中心軸垂直方向上的劑量分布的測(cè)量值吻合；
[0045]三維方向均與測(cè)量值吻合的更新后的劑量分布即為計(jì)算得到的射束在三維方向的劑量分布。
[0046]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的獲取射束能譜的方法基于初始能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算得到劑量分布，通過(guò)將計(jì)算的劑量分布與測(cè)量得到的劑量分布進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)能譜分布，因此本發(fā)明將能譜的測(cè)量轉(zhuǎn)換成參數(shù)的調(diào)節(jié)，方便進(jìn)行自動(dòng)化操作，計(jì)算效率較高;并且，通過(guò)減小參數(shù)的步長(zhǎng)，可以提高能譜的精度。
[0047]進(jìn)一步地，本發(fā)明首先調(diào)節(jié)能譜分布使得最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值相吻合，再調(diào)節(jié)其它參數(shù)使得其它深度點(diǎn)的劑量和其它方向上的劑量分布均與測(cè)量值相吻合，這種計(jì)算能譜的方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0048]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。
[0049]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的獲取射束能譜的方法流程圖；
[0050]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的初始能譜分布；
[0051]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的降低低能區(qū)能量權(quán)重的調(diào)節(jié)示意圖；
[0052]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的降低低能區(qū)能量權(quán)重并增加高能區(qū)能量權(quán)重的調(diào)節(jié)示意圖；
[0053]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的增加高能區(qū)能量權(quán)重的調(diào)節(jié)示意圖；
[0054]圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的獲取射束能譜的方法流程圖；
[0055]圖7是6MV加速器射束的初始能譜分布；
[0056]圖8是6MV加速器射束的調(diào)節(jié)后的能譜分布；
[0057]圖9是6MV加速器射束的PDD曲線與測(cè)量曲線的對(duì)比圖。
[0058]圖10是本發(fā)明實(shí)施例的獲取射束能譜的裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0060]對(duì)于醫(yī)用電子直線加速器出射的射束，其是由一定能量的電子打在治療頭內(nèi)的靶上產(chǎn)生的軔致輻射光子組成的，而軔致輻射光子的能譜很寬，從低能到高能都有，如果不知道光子的能譜分布，就不能精確確定射束在人體中的劑量分布。
[0061]本發(fā)明提供了一種獲取射束能譜的方法，基于初始能譜分布計(jì)算得到劑量分布，通過(guò)將計(jì)算的劑量分布與測(cè)量得到的劑量分布進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)能譜分布，從而獲得與實(shí)際能譜相符的能譜，在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到的劑量分布精度較高，符合實(shí)際的劑量分布。
[0062]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的獲取射束能譜的方法流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的初始能譜分布；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的降低低能區(qū)能量權(quán)重的調(diào)節(jié)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的降低低能區(qū)能量權(quán)重并增加高能區(qū)能量權(quán)重的調(diào)節(jié)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的增加高能區(qū)能量權(quán)重的調(diào)節(jié)示意圖。
[0063]參考圖1所述，本實(shí)施例的方法包括如下步驟:
[0064]在步驟101，設(shè)置射束的初始能譜分布。
[0065]電子在靶中發(fā)生軔致輻射產(chǎn)生的射束具有連續(xù)能譜，且為單峰分布，因此優(yōu)選設(shè)置射束的初始能譜為單峰分布，例如高斯分布。
[0066]為了方便計(jì)算，將射束的能量進(jìn)行細(xì)分，可以均分，也可以不均分，取每個(gè)區(qū)間的平均能量代表該區(qū)間的光子能量，各能量的單能射束在射束中所占的權(quán)重組成該射束的能譜。例如，將射束的能量分成η個(gè)區(qū)間，由低能到高能依次記為Eo，E1，……，En。參考圖2所示，共有15個(gè)能量，圖中沿橫軸分布的豎直方向的直線表示各能量E^E1,……，Ew，縱軸表示各能量對(duì)應(yīng)的權(quán)重，即，從左到右，第I條豎直方向的直線與高斯函數(shù)曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y值為能量Eo的權(quán)重，第2條豎直方向的直線與高斯函數(shù)曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y值為能量E1的權(quán)重，以此類(lèi)推，第15條豎直方向的直線與高斯函數(shù)曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y值為能量E14的權(quán)重。
[0067]可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置初始能譜分布，例如如果實(shí)際射束偏硬，則設(shè)置初始能譜的峰值能量位于能譜中的高能區(qū)，如果實(shí)際射束偏軟，則設(shè)置初始能譜的峰值能量位于能譜中的低能區(qū)，從而可以加快收斂速度，較快得到精確能譜。在本實(shí)施例中，初始能譜的峰值能量位于能譜中偏右一點(diǎn)的高能區(qū)，即圖2中的能量Eiq處。
[0068]在本實(shí)施例中，若將射束的能量分割得很細(xì)，即η較大時(shí)，可認(rèn)為每個(gè)區(qū)間內(nèi)光子能量近似相等，在這種情況下，設(shè)置的初始能譜分布包含的信息越多，可提高最終計(jì)算得到的能譜的精度，且與實(shí)際能譜越接近。
[0069]在步驟102，基于初始能譜分布，計(jì)算射束中心軸上的劑量分布。
[0070]在本實(shí)施例中，采用CC算法計(jì)算射束中心軸上的劑量分布。設(shè)置射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，基于初始能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布。
[0071]在CC算法中會(huì)使用兩種卷積核進(jìn)行劑量計(jì)算，兩種卷積核分別對(duì)應(yīng)最大射野與最小射野的情況。所述基礎(chǔ)衰減系數(shù)用于確定當(dāng)前射野下使用何種卷積核進(jìn)行劑量計(jì)算，在其他參數(shù)不變的情況下，基礎(chǔ)衰減系數(shù)越大，當(dāng)前射野下使用的卷積核越接近最大射野的卷積核，則射線相對(duì)較軟，基礎(chǔ)衰減系數(shù)越小，當(dāng)前射野下使用的卷積核越接近最小射野的卷積核，則射線相對(duì)較硬。所述隨深度變化的衰減系數(shù)表示射線在模體中傳輸時(shí)，其能量的衰減與其在模體中所經(jīng)過(guò)的單位路程的關(guān)系，較軟的射線對(duì)應(yīng)的隨深度變化的衰減系數(shù)較大，表征該射線在模體中單位長(zhǎng)度上衰減的能量較多，反之較硬的射線對(duì)應(yīng)的隨深度變化的衰減系數(shù)較小，表征該射線在模體中單位長(zhǎng)度上衰減的能量較少。
[0072]在步驟103，判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合。
[0073]在本實(shí)施例中，可以利用三維水箱系統(tǒng)測(cè)量射束中心軸上的劑量分布，得到劑量分布的測(cè)量值，并將計(jì)算得到的射束中心軸上的劑量分布與之比較，從而判斷當(dāng)前的能譜分布是否符合實(shí)際的能譜分布。
[0074]具體地，首先通過(guò)設(shè)置在水箱中的劑量計(jì)，分別測(cè)量射束中心軸上不同深度處的劑量值，從而得到射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值；
[0075]然后，比較計(jì)算得到的最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值是否吻合，若兩個(gè)深度值的誤差在第一閾值范圍內(nèi)，則認(rèn)為兩者吻合，若兩個(gè)深度值的誤差超過(guò)第一閾值范圍，則認(rèn)為兩者不吻合;同樣，比較計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值是否吻合，若兩個(gè)劑量值的誤差在第二閾值范圍內(nèi)，則認(rèn)為兩者吻合，若兩個(gè)劑量值的誤差超過(guò)第二閾值范圍，則兩者不吻合。第一閾值和第二閾值可以根據(jù)精度要求進(jìn)行設(shè)定，例如第一閾值設(shè)定為2_，即計(jì)算得到的最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值的絕對(duì)誤差不超過(guò)2mm，則認(rèn)為兩者吻合，第二閾值設(shè)定為2%，即計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值之間的相對(duì)誤差不超過(guò)2%，則認(rèn)為兩者吻合。
[0076]為了方便比較，在對(duì)最大深度處的劑量值進(jìn)行比較之前，對(duì)計(jì)算得到的劑量分布和測(cè)量得到的劑量分布分別歸一化，優(yōu)選在對(duì)最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值進(jìn)行比較之前，對(duì)計(jì)算得到的劑量分布和測(cè)量得到的劑量分布分別歸一化。
[0077]若計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布，計(jì)算結(jié)束。
[0078]若最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值中的至少一個(gè)和測(cè)量值不吻合，則進(jìn)入步驟104。
[0079]在步驟104，調(diào)節(jié)當(dāng)前能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布重新計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布。
[0080]若計(jì)算得到的最大劑量處的深度值大于測(cè)量值中最大劑量處的深度值，則增加低能成分和/或減少高能成分，反之，則減少低能成分和/或增加高能成分。在本實(shí)施例中，所述低能成分指能量低于峰值能量的至少一個(gè)能量，所述高能成分是指能量高于峰值能量的至少一個(gè)能量。在能譜調(diào)節(jié)的過(guò)程中，低能成分和高能成分跟隨能譜改變。
[0081]參考圖3所示，當(dāng)計(jì)算得到的最大劑量處的深度值小于測(cè)量值中最大劑量處的深度值，需要降低低能區(qū)的能量權(quán)重時(shí)的調(diào)節(jié)示意圖，保持峰值能量和比峰值能量高的能量的權(quán)重不變，通過(guò)將比峰值能量低的部分能量向左移動(dòng)，將這部分能量的權(quán)重降低；
[0082]也可以將能譜整體向左移動(dòng)，使得能譜的峰值朝高能區(qū)移動(dòng)，不僅將低能區(qū)的權(quán)重降低，而且將高能區(qū)的權(quán)重升高，如圖4所示，所有能譜均向左移動(dòng)，可以看到能譜的峰值朝高能區(qū)移動(dòng)了；
[0083]當(dāng)然，還可以保持峰值能量和比峰值能量低的能量的權(quán)重不變，通過(guò)將比峰值能量高的部分能量向左移動(dòng)，將這部分能量的權(quán)重升高，如圖5所示，可以看出高能區(qū)的能量權(quán)重增加了 ；
[0084]當(dāng)僅通過(guò)上述任一種方式來(lái)調(diào)節(jié)能譜權(quán)重不能使得兩個(gè)深度值吻合時(shí)，可以通過(guò)上述方式的任意組合來(lái)調(diào)節(jié)能譜，例如，當(dāng)僅僅降低低能區(qū)權(quán)重之后不能使得兩個(gè)深度值吻合時(shí)，再將能譜整體向左移動(dòng)，在降低低能區(qū)權(quán)重的同時(shí)，升高高能區(qū)的權(quán)重。
[0085]若計(jì)算得到的最大深度處的劑量值大于測(cè)量值中最大深度處的劑量值，則增加低能成分和/或減少高能成分，反之，則減少低能成分和/或增加高能成分。
[0086]調(diào)節(jié)步驟請(qǐng)參考如上調(diào)節(jié)最大劑量處的深度值的描述，通過(guò)以上任一種方式或其任意組合來(lái)調(diào)節(jié)能譜。
[0087]在上述能譜調(diào)節(jié)的過(guò)程中，射束的能譜始終符合步驟101中設(shè)置的單峰分布;每次調(diào)節(jié)時(shí)，需同步調(diào)節(jié)多個(gè)相鄰的能量成分，即，每次將高于峰值能量的能量成分同時(shí)移動(dòng)一個(gè)相同的步長(zhǎng)，或者將低于峰值能量的能量成分同時(shí)移動(dòng)一個(gè)相同的步長(zhǎng)，再或者將所有能量成分同時(shí)移動(dòng)一個(gè)相同的步長(zhǎng)。
[0088]每次調(diào)節(jié)能譜分布之后，均基于調(diào)節(jié)后的能譜分布重新計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，再返回到步驟103，判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合，若不吻合，則繼續(xù)調(diào)節(jié)能譜，直至最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合。
[0089]當(dāng)調(diào)節(jié)能譜分布時(shí)，能量成分每次移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)，然后計(jì)算一次劑量分布，并與測(cè)量值進(jìn)行比較，若不吻合，則將能量成分繼續(xù)移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)，再次計(jì)算劑量分布并進(jìn)行比較，以此方式進(jìn)行迭代循環(huán)，直至滿(mǎn)足收斂條件。因此，通過(guò)控制步長(zhǎng)的大小可以控制能譜的精度，例如減小步長(zhǎng)，可以提高能譜的精度。
[0090]在其它實(shí)施例中，也可以不移動(dòng)能量成分，直接減小或增加能量的權(quán)重值，例如，當(dāng)需要減小低能部分的權(quán)重時(shí)，保持峰值能量及高能部分的權(quán)重不變，將低能部分的權(quán)重值減小，并基于變化后的能譜分布重新計(jì)算劑量分布，判斷是否與測(cè)量值吻合，以此類(lèi)推進(jìn)行迭代循環(huán)；
[0091]類(lèi)似的，調(diào)節(jié)能譜分布時(shí)，可以只調(diào)節(jié)低能或高能部分的能量權(quán)重，也可以同時(shí)調(diào)節(jié)低能和高能部分的能量權(quán)重，或利用這三種方式的任意組合進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0092]需注意，在上述調(diào)節(jié)能譜的過(guò)程中，優(yōu)先使得計(jì)算得到的最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值吻合，其次再使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合，除此之外，還需要使得射束中心軸上的其它位置的劑量值均大于或均小于對(duì)應(yīng)位置的測(cè)量值。這樣的目標(biāo)條件在本實(shí)施例中很容易實(shí)現(xiàn)。
[0093]當(dāng)計(jì)算得到的最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值吻合之后，僅通過(guò)調(diào)節(jié)能譜并不能使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合時(shí)，配合調(diào)節(jié)基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合。
[0094]在其它實(shí)施例中，也可以利用膠片或其它裝置測(cè)量射束中心軸上的劑量分布，當(dāng)然劑量分布的測(cè)量值也可以通過(guò)測(cè)量裝置事先測(cè)量并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器內(nèi)。
[0095]本實(shí)施例的獲取射束能譜的方法基于初始能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算得到劑量分布，通過(guò)將計(jì)算的劑量分布與測(cè)量得到的劑量分布進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)能譜分布，因此本發(fā)明將能譜的測(cè)量轉(zhuǎn)換成參數(shù)的調(diào)節(jié)，方便進(jìn)行自動(dòng)化操作，計(jì)算效率較高；并且，通過(guò)減小參數(shù)的步長(zhǎng)，可以提高能譜的精度。
[0096]在上述獲取射束能譜的方法中，可以只比較計(jì)算得到的最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值，使得兩者吻合，并使得射束中心軸上的其它位置的劑量值均大于或均小于對(duì)應(yīng)位置的測(cè)量值，具體請(qǐng)參考圖6。
[0097]圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的獲取射束能譜的方法流程圖，包括如下步驟:
[0098]在步驟601，設(shè)置射束的初始能譜分布；
[0099]優(yōu)選設(shè)置所述初始能譜分布為單峰分布。
[0100]在步驟602，基于初始能譜分布，計(jì)算射束中心軸上的劑量分布；
[0101 ]設(shè)置射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，基于初始能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布。
[0102]在步驟603，判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值是否與測(cè)量得到的最大劑量處的深度值吻合；
[0103]若吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布，計(jì)算結(jié)束，若不吻合，則進(jìn)入步驟604;
[0104]在步驟604，調(diào)節(jié)當(dāng)前能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布重新計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和測(cè)量得到的最大劑量處的深度值吻合。
[0105]該實(shí)施例的具體技術(shù)細(xì)節(jié)請(qǐng)參考圖1的實(shí)施例，在此不再贅述。
[0106]通過(guò)上述獲取射束能譜的方法得到射束的能譜分布，利用該能譜分布可以計(jì)算得到射束的劑量分布。
[0107]調(diào)節(jié)射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)、隨深度變化的衰減系數(shù)與離軸比，基于圖1或圖6中的方法得到的能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算所述射束在三維方向的劑量分布，直至計(jì)算得到的三維方向的劑量分布與測(cè)量得到的三維劑量分布吻合，則計(jì)算得到的三維方向的劑量分布即為最終的劑量分布。在本實(shí)施例中，可以利用閾值來(lái)判斷計(jì)算得到的三維方向的劑量分布與測(cè)量得到的三維方向的劑量分布是否吻合，閾值的設(shè)置可以參考圖1中的方法。
[0108]由圖1中的方法可知，利用圖1的方法得到的能譜計(jì)算得到的劑量分布，在射束中心軸上，最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合，此時(shí)可認(rèn)為計(jì)算得到的射束中心軸上的劑量分布均與測(cè)量值吻合；由圖6的方法可知，利用圖6的方法得到的能譜計(jì)算得到的劑量分布，在射束中心軸上，最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值吻合，且其它位置的劑量值均大于或均小于測(cè)量值，通過(guò)調(diào)節(jié)射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，很容易使得射束中心軸上的劑量分布均與測(cè)量值吻合。
[0109]例如，在射束中心軸上，最大劑量處的深度值與測(cè)量值中最大劑量處的深度值吻合，且其它位置的劑量值均大于測(cè)量值，調(diào)節(jié)射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)及隨深度變化的衰減系數(shù)，通過(guò)CC算法更新所述射束在中心軸上的劑量分布，使得其他位置的劑量值逐漸減小直至更新后的劑量分布與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合。
[0110]離軸比代表在與射束中心軸垂直的方向上，隨與中心軸距離的增加，劑量的衰減情況。調(diào)節(jié)射束的離軸比，通過(guò)CC算法更新所述射束在與射束中心軸垂直方向上的劑量分布，直至更新后的劑量分布與射束中心軸垂直方向上的劑量分布的測(cè)量值吻合。
[0111]由于射野大小不同，醫(yī)用電子直線加速器的輸出因子也不同，調(diào)節(jié)合適的輸出因子，使得射束在三維方向的劑量分布與測(cè)量值在絕對(duì)值上吻合。
[0112]例如，調(diào)節(jié)輸出因子，使得射束中心軸上計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量得到的最大深度處的劑量值在絕對(duì)值上完全一致，也可以采用其它深度處的劑量值作為參考，即，使得射束中心軸上計(jì)算得到的其它某個(gè)位置處的劑量值與對(duì)應(yīng)位置的劑量測(cè)量值在絕對(duì)值上完全一致。
[0113]本實(shí)施例的劑量分布計(jì)算方法，首先使得最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值相吻合，且保持射束中心軸上其它位置的劑量值均大于或均小于對(duì)應(yīng)位置的劑量測(cè)量值，這樣的目標(biāo)條件容易實(shí)現(xiàn);再調(diào)節(jié)其它參數(shù)使得其它方向上的劑量分布均與測(cè)量值相吻合，這種計(jì)算能譜的方法簡(jiǎn)單，且利用該能譜計(jì)算得到的劑量分布準(zhǔn)確性較尚O
[0114]如下舉一實(shí)例對(duì)本發(fā)明的能譜計(jì)算方法和劑量分布計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證。圖7是6MV加速器射束的初始能譜分布；圖8是6MV加速器射束的調(diào)節(jié)后的能譜分布；圖9是6MV加速器射束的PDD曲線與測(cè)量曲線的對(duì)比圖。
[0115]以6MV的加速器為例，用能量成分分別為10kev，200kev，300kev，400kev，500kev，600kev，800kev，lOOOkev，1250kev，1500kev，2000kev，3000kev，4000kev，5000kev，6000kev的射線集合來(lái)模擬能譜。
[0116]設(shè)置初始的能譜分布如圖7所示，圖中沿橫軸分布的豎直方向的直線表示各能量成分，縱軸表示各能量成分對(duì)應(yīng)的權(quán)重，然后按照上述部分介紹的方法進(jìn)行迭代循環(huán)，計(jì)算得到的最大劑量處的深度值與最大深度處的劑量值分別與測(cè)量數(shù)據(jù)中的最大劑量處的深度值與最大深度處的劑量值吻合，此時(shí)的能譜如圖8所示，圖中沿橫軸分布的豎直方向的直線表示各能量成分，縱軸表示各能量成分對(duì)應(yīng)的權(quán)重，從圖8可以看出，低能區(qū)的能量權(quán)重增加，根據(jù)前述的能譜調(diào)節(jié)過(guò)程可知，圖7到圖8的能譜變動(dòng)表現(xiàn)在相應(yīng)的roD(percentagedepth dose，簡(jiǎn)稱(chēng)PDD，中文為百分深度劑量)曲線上即為相應(yīng)的最大劑量處的深度變小了，最大深度處的劑量也變小了。使用新的能譜計(jì)算得到的PDD曲線與測(cè)量曲線的對(duì)比請(qǐng)參考圖9，其中，虛線代表計(jì)算得到的曲線，實(shí)線代表測(cè)量曲線，圖中橫軸代表射束中心軸上的點(diǎn)到模體表面的距離，即深度，單位cm，縱軸代表對(duì)應(yīng)深度處的劑量與射束中心軸上最大劑量的比值(％ )，中心軸上最大劑量處的比值為100%。
[0117]從圖9中可以看出，利用計(jì)算得到的能譜對(duì)劑量分布進(jìn)行計(jì)算，得到的TOD曲線與測(cè)量曲線基本重合，一致性很好，而且，沒(méi)出現(xiàn)【背景技術(shù)】中所述的劑量計(jì)算值曲線與劑量測(cè)量曲線在下降區(qū)中的某個(gè)位置相交，在不調(diào)節(jié)能譜的情況下，調(diào)節(jié)其它參數(shù)總是不能使交點(diǎn)的兩端數(shù)據(jù)吻合度都變好的情況，在本實(shí)施例的方法中，劑量計(jì)算值曲線在下降區(qū)位于劑量測(cè)量曲線的同一邊，不需要調(diào)節(jié)能譜，通過(guò)調(diào)節(jié)其它參數(shù)可以很容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算得到的劑量分布與測(cè)量得到的劑量分布相吻合，同時(shí)也通過(guò)水箱的測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本方法計(jì)算能譜與劑量分布的準(zhǔn)確性。
[0118]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種獲取射束能譜的裝置1000，請(qǐng)考圖10，該裝置1000包括輸入單元1001，用于設(shè)置射束的初始能譜分布，所述初始能譜分布為單峰分布;計(jì)算單元1002，用于基于射束的能譜分布，通過(guò)CC算法計(jì)算射束中心軸上的劑量分布；判斷單元1003，用于判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合;調(diào)節(jié)單元1004，用于調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布;若判斷單元1003輸出結(jié)果為吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布，可以通過(guò)輸出單元1005輸出；若判斷單元1003輸出結(jié)果為不吻合，則調(diào)節(jié)單元1004調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并將調(diào)節(jié)后的能譜分布輸入到計(jì)算單元1002，計(jì)算單元1002基于調(diào)節(jié)后的能譜分布再次計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合為止。
[0119]所述調(diào)節(jié)單元1004還調(diào)節(jié)CC算法中的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合。
[0120]其中，射束的初始能譜分布可以由用戶(hù)直接通過(guò)輸入單元1001輸入，也可以從存儲(chǔ)器中直接讀取，或者由計(jì)算機(jī)根據(jù)函數(shù)直接生成。本裝置的具體細(xì)節(jié)請(qǐng)參照前述介紹的方法實(shí)施例。
[0121]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種獲取射束能譜的方法，包括: 設(shè)置射束的初始能譜分布； 基于初始能譜分布，計(jì)算射束中心軸上的劑量分布； 判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合； 若吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布； 若不吻合，則調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合為止。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，所述初始能譜分布為單峰分布O3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，設(shè)置射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，通過(guò)Collapsed Cone劑量計(jì)算方法計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，所述射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值由三維水箱系統(tǒng)或膠片測(cè)量得到。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，在判斷計(jì)算得到的最大深度處的劑量值是否與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合之前，對(duì)計(jì)算得到的射束中心軸上的劑量分布和測(cè)量得到的射束中心軸上的劑量分布分別歸一化。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)能譜時(shí)，能譜始終符合所述單峰分布。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)能譜時(shí)，同步調(diào)節(jié)多個(gè)相鄰的能量成分。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，包括， 若計(jì)算得到的最大劑量處的深度值大于測(cè)量值中最大劑量處的深度值，則增加低能成分和/或減少高能成分，反之，則減少低能成分和/或增加高能成分； 若計(jì)算得到的最大深度處的劑量值大于測(cè)量值中最大深度處的劑量值，則增加低能成分和/或減少高能成分，反之，則減少低能成分和/或增加高能成分，其中，所述高能成分代表大于峰值能量的至少一個(gè)能量，所述低能成分代表小于峰值能量的至少一個(gè)能量。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的獲取射束能譜的方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)所述基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合。10.—種獲取射束能譜的裝置，包括， 輸入單元，用于設(shè)置射束的初始能譜分布，所述初始能譜分布為單峰分布； 計(jì)算單元，用于基于射束的能譜分布，通過(guò)Collapsed Cone劑量計(jì)算方法計(jì)算射束中心軸上的劑量分布； 判斷單元，用于判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值是否均與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合； 調(diào)節(jié)單元，用于調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布； 若判斷單元輸出結(jié)果為吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布； 若判斷單元輸出結(jié)果為不吻合，則調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并將調(diào)節(jié)后的能譜分布輸入到計(jì)算單元，計(jì)算單元基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和最大深度處的劑量值均與測(cè)量值吻合為止。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的獲取射束能譜的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)單元還調(diào)節(jié)Collapsed Cone劑量計(jì)算方法中的基礎(chǔ)衰減系數(shù)和隨深度變化的衰減系數(shù)，使得計(jì)算得到的最大深度處的劑量值與測(cè)量值中最大深度處的劑量值吻合。12.一種獲取射束能譜的方法，包括: 設(shè)置射束的初始能譜分布，所述初始能譜分布為單峰分布； 基于所述初始能譜分布，通過(guò)Collapsed Cone劑量計(jì)算方法計(jì)算射束中心軸上的劑量分布; 判斷計(jì)算得到的最大劑量處的深度值是否與測(cè)量得到的最大劑量處的深度值吻合； 若吻合，則當(dāng)前的能譜分布即為射束的能譜分布； 若不吻合，則調(diào)節(jié)當(dāng)前的能譜分布，并基于調(diào)節(jié)后的能譜分布計(jì)算所述射束中心軸上的劑量分布，直至計(jì)算得到的最大劑量處的深度值和測(cè)量得到的最大劑量處的深度值吻合為止。13.—種劑量分布計(jì)算方法，包括， 利用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法獲取射束的能譜分布； 調(diào)節(jié)射束的離軸比，通過(guò)Co I lapsed Cone劑量計(jì)算方法更新所述射束的劑量分布，直至更新后的劑量分布與測(cè)量得到的劑量分布吻合，從而更新后的劑量分布即為計(jì)算得到的射束的劑量分布。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種劑量分布計(jì)算方法，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)輸出因子，使得射束的劑量分布與測(cè)量值在絕對(duì)值上吻合。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種劑量分布計(jì)算方法，其特征在于，所述測(cè)量得到的劑量分布由三維水箱系統(tǒng)或膠片測(cè)量得到。16.—種劑量分布計(jì)算方法，包括: 利用權(quán)利要求12所述的方法獲取射束的能譜分布； 調(diào)節(jié)射束的基礎(chǔ)衰減系數(shù)及隨深度變化的衰減系數(shù)，通過(guò)Collapsed Cone劑量計(jì)算方法更新所述射束在中心軸上的劑量分布，直至更新后的劑量分布與射束中心軸上的劑量分布的測(cè)量值吻合； 調(diào)節(jié)射束的離軸比，通過(guò)Collapsed Cone劑量計(jì)算方法更新所述射束在與射束中心軸垂直方向上的劑量分布，直至更新后的劑量分布與射束中心軸垂直方向上的劑量分布的測(cè)量值吻合； 三維方向均與測(cè)量值吻合的更新后的劑量分布即為計(jì)算得到的射束在三維方向的劑量分布。
【文檔編號(hào)】G01T1/29GK105866821SQ201610176331
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】萬(wàn)天敏
【申請(qǐng)人】上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司