[发明专利]一种针对肺部放疗中笔形束剂量计算的三维修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及放射治疗技术领域，尤其涉及一种针对肺部放疗中笔形束剂量计算的三维修正方法。 

背景技术

现有的放疗计划系统大多采用解析剂量计算方法，但是基于解析剂量计算方法最大的问题是对非均匀组织的能量沉积计算不准确，即使对剂量进行修正也是使用一维的方法，即只沿着射线方向进行一维的修正。特别是笔形束剂量计算方法对射束边缘和电子计算机X射线断层扫描技术(Computed Tomography；CT)值变化较大的区域剂量计算存在比较显著的误差。但是因为笔形束算法特别适合现在调强适形放疗的逆向优化算法，能够显著提高优化的速度，所以无论研究机构还是放疗计划系统制造商对笔形束算法一直难以割舍，在一些新开发的放疗计划系统中比较折中的方法是只将笔形束算法用于逆向优化的第一步预计算中。 

但是如果升级系统或购买新的放疗计划系统，采用新的剂量计算方法，对医院来讲又是一笔不小的开支，如何对现有的剂量计算程序进行改进，提高对非均匀组织的修正效果，成了亟待解决的问题。 

组织的非均匀性主要体现在CT值的变化上，特别是在肺部体现的尤为明显。笔形束剂量计算广泛采用的剂量修正算法是一维方法，如等效路径方法、等效组织空气比法、等效组织空气比指数修正等方法，即只对沿射线方向上的剂量进行修正。而全CT数据的三维修正方法虽然考虑了射线两侧影响，但是因为降低了计算的速度，延长了医生制定放疗计划时间，没有能够普及。目前有研究者使用图形处理器(Graphic Processing Unit；GPU)进行加速三维修正，但是如何应用到目前已经在临床上使用的放疗计划系统没有给出解决的方案。 

目前，公认的最准确的放疗剂量计算的方法是蒙特卡罗方法，该方法能够较精确的给出所要计算的CT数据的三维剂量数组，充分考虑了非均匀组织对能量沉积的影响。但是该方法存在计算时间漫长，无法满足临床需求的问题。虽然许多研究者采用多线程加速或者GPU硬件加速的方法来提高蒙特卡罗方法的计算速度，但同样面临无法对已经在临床应用的放疗计划系统给出合理的改进方案的问题。 

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种针对肺部放疗中笔形束剂量计算的三维修正方法，可以在不影响正常放疗流程的情况下，有效地提高剂量计算的精度。 

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种针对肺部放疗中笔形束剂量计算的三维修正方法，所述方法包括： 

获取健康人体肺部的第一CT数据； 

将所述第一CT数据转换成供蒙特卡罗计算程序计算的模体数据，所述模体数据的元素的坐标要与所述第一CT数据的元素的坐标一一对应； 

计算所述模体数据的吸收剂量，获取所述吸收剂量对应的特征数组； 

对所述特征数组的各元素按照与中心元素的相邻关系赋予不同的权重； 

对所述特征数组进行编码； 

使用放疗计划系统中笔形束算法计算肿瘤病人肺部的第二CT数据，并从放疗计划系统导出的剂量文件提取剂量信息，由提取的剂量信息构建三维剂量数组，所述三维剂量数组中元素的下标与所述第二CT数据中元素的位置相对应； 

对所述三维剂量数组元素进行编码； 

将编码后的所述三维剂量数组元素与所述特征数组对应，建立映射关系； 

利用带权重的卷积公式和所述映射关系对所述三维剂量数组进行卷积处理，得到修正后的笔形束三维剂量数组。 

如上所述的方法中，计算所述模体数据的吸收剂量，获取所述吸收剂量对应的特征数组，具体包括：将所述第一CT数据相邻的两个CT元素的CT值相减，记录CT值差大于或等于限定值而且离放疗计划设置的等中心坐标最近点的CT元素坐标；查找到所述CT元素坐标在所述模体数据中的元素，并提取所述对应坐标元素周围26个模体元素剂量分别除以放疗医师给予的处方剂量后组成的3×3×3的三维数组；其中所述26个模体元素中，与中心元素以面的方式相邻的元素有6个，与所述中心元素以边方式相邻的元素有12个，与中心元素以顶点相邻的元素有8个，共计26个元素。 

如上所述的方法中，所述限定值在50-200之间。 

如上所述的方法中，对所述特征数组的各元素按照与中心元素的相邻关系赋予不同的权重，具体包括：将所述特征数组与所述中心元素以面的方式相邻的元素设置权重为0.6至1之间的数值；与所述中心元素以边的方式相邻的元素设置权重为0.3至0.6之间的数值；与所述中心元素以顶点方式相邻的元素设置权重为0至0.3之间的数值。 

如上所述的方法中，对所述特征数组进行编码，具体包括：