[发明专利]一种卷积叠加剂量计算系统

说明书

本发明涉及一种卷积叠加剂量计算系统，包括信息输入模块、点核能量分布模拟模块、点核模型参数提取模块、点核查找表生成模块、TERM值计算模块、剂量计算模块和信息输出模块，其中点核模型参数提取模块用以构建新的剂量沉积点处采样模型，利用新模型的轴对称特性和旋转不变特性，将剂量沉积点到碰撞点的线段与碰撞点处入射射线的夹角存储，生成查找表。本发明一方面构建新的剂量沉积点处采样模型，提高了剂量计算精度；另一方面利用新模型的轴对称性和旋转不变性，将点核的旋转信息存储生成查找表，提高了剂量计算速度。

技术领域

本发明涉及放射治疗系统技术领域，尤其涉及一种卷积叠加剂量计算系统。

背景技术

放射治疗是目前治疗恶性肿瘤的主要手段之一。剂量计算是放射治疗计划的核心，剂量计算的速度与精度，对放射治疗计划制定的效率和质量具有重要影响。研究表明，照射剂量的准确性提高l％，治愈率可提高2％。一般把ICRU(international commissionradiation unitsmeasurements)24号报告中推荐的±5％作为照射剂量误差的允许范围。在调强放射治疗的逆向计划中，优化过程需要进行多次的剂量计算(大约10到1000次)，因此对计算速度的要求也非常苛刻。一个具备临床实用性的剂量计算模型应在1分钟以内完成单野、低精度的剂量计算；在1小时内完成多野、高精度或优化剂量计算。

计算剂量分布的模型可分为3大类：经验模型、半解析模型和解析模型。为了满足临床放射治疗计划的质量要求，一般使用半解析模型进行逆向计划的剂量计算，如基于核(笔形束核、点核)模型的卷积叠加剂量计算方法。虽然解析模型的剂量计算精度最高，但是所需的计算量非常大，不能用于逆向计划的剂量计算，一般只用来计算最终治疗计划的剂量分布。相对于解析模型，基于半解析模型的剂量计算方法的计算量相对较小，但是在逆向计划中多次计算剂量分布，其总的计算量也是非常可观的。一些硬件加速的方法被用来加速基于核模型的卷积叠加剂量计算方法，如FPGA和GPU等。

能够满足临床放射治疗精确要求的半解析模型是点核剂量计算方法。点核剂量计算方法具有较大的计算复杂度。临床中，射线源被认为是一个点源，射线以点源为中心发散射出照射肿瘤。在发散射线倾斜入射模体表面的情况下，剂量计算过程中每个碰撞点处的点核都要进行旋转，与过该碰撞点的射线平行。在直角坐标系下旋转每个点核，又增加了点核剂量计算方法的计算复杂度，计算时间增加了2-3倍。卷积叠加剂量计算方法是一种半解析算法，其计算精度和计算速度都有待进一步提高。

鉴于此，现有技术有待改进，本案由此产生。

发明内容

本发明目的在于提供一种卷积叠加剂量计算系统，以提高剂量计算精度和剂量计算速度。

为实现本发明目的，采用如下技术方案。

一种卷积叠加剂量计算系统，包括：

信息输入模块，用以输入剂量计算所需数据信息，所需数据信息包括模体的三维密度信息、器官勾画信息、治疗头信息和射野信息；

点核能量分布模拟模块，用以根据输入的治疗头信息，利用蒙特卡罗算法模拟点核能量分布；

点核模型参数提取模块，用以提取点核在各立体角方向的能量分布，进行参数拟合，得到点核模型参数；

点核查找表生成模块，用以构建新的剂量沉积点处采样模型，利用新模型的轴对称特性和旋转不变特性，将剂量沉积点到碰撞点的线段与碰撞点处入射射线的夹角存储，生成查找表；

TERM(Total Energy Released per unit Mass)值计算模块，用以在直角坐标系下，根据治疗头信息计算模体表面的二维注量分布，利用射线追踪算法计算入射射束与各体素的相交长度，从而计算各体素的TERM值；