一種逆向調(diào)強放療的子野處理方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種逆向調(diào)強放療的子野處理方法及裝置，所述方法包括：從預先分割出的所有矩陣中提取機器跳數(shù)相同的子野矩陣；從所述提取的子野矩陣中選取一個或多個大于設(shè)定閾值的第一子野矩陣和小于設(shè)定閾值的第二子野矩陣，并減少所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積并增大所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積，以使所述減小的第一子野矩陣與所述增大的第二子野矩陣的子野面積均大于或等于設(shè)定閾值；其中，所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積大于所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積，所述減少的子野面積與所述增大的子野面積的大小相等且位置相同。
【專利說明】一種逆向調(diào)強放療的子野處理方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種逆向調(diào)強放療的子野處理方法及裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]腫瘤的生命力通常比正常器官要強，如果高能射線能對腫瘤造成傷害，那么對正常器官造成的傷害就會更大，所以制定放療計劃的原則就是讓腫瘤接受到盡可能多的劑量而同時讓周圍的器官接受到盡可能少的劑量。目前，實現(xiàn)該功能的技術(shù)是逆向調(diào)強放療(IMRT,Intensity-modulated radiation t h e ra P y)，它利用計算機控制的加速器去向惡性腫瘤或腫瘤內(nèi)的特定區(qū)域發(fā)射精確的輻射劑量。I MRT就是由醫(yī)生根據(jù)病人的狀況輸入自己認為適宜病人的劑量分布并由計算機進行計算，最后得出能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)生目標的優(yōu)化算法，這要求優(yōu)化得出的劑量分布和加速器形成劑量分布要與醫(yī)生希望的劑量分布盡可能一致。具體實現(xiàn)如下:
[0003]首先，將加速器照射野按照相同的尺寸劃分為一個個“方塊”，每個“方塊”代表一個射線筆形束的權(quán)重，每個筆形束都會對所有的器官產(chǎn)生劑量貢獻，每個點(代表劃分出的一個“方塊”)的劑量為:
【權(quán)利要求】
1.一種逆向調(diào)強放療的子野面積均衡方法，其特征在于，包括: 從預先分割出的所有矩陣中提取機器跳數(shù)相同的子野矩陣； 從所述提取的子野矩陣中選取一個或多個大于設(shè)定閾值的第一子野矩陣和小于設(shè)定閾值的第二子野矩陣，并減少所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積并增大所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積，以使所述減小的第一子野矩陣與所述增大的第二子野矩陣的子野面積均大于或等于設(shè)定閾值； 其中，所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積大于所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積，所述減少的子野面積與所述增大的子野面積的大小相等且位置相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述從所述提取的子野矩陣中選取一個或多個大于設(shè)定閾值的第一子野矩陣和小于設(shè)定閾值的第二子野矩陣，并減少所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積并增大所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積包括: 確定所述提取的子野矩陣中每個子野矩陣對應(yīng)的子野面積； 將所述子野面積大于設(shè)定閾值的子野矩陣作為第一類型的子野矩陣，將所述子野面積小于或等于設(shè)定閾值的子野矩陣作為第二類型的子野矩陣； 從所述第一類型的子野矩陣中選取子野面積最大的子野矩陣作為第一子野矩陣，并從所述第二類型的子野矩陣中選取子野面積最小的子野矩陣作為第二子野矩陣； 逐行互換所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的子野面積，并根據(jù)互換前后第一子野矩陣和第二子野矩陣間的面積方差大小來保留互換前的矩陣狀態(tài)或保留互換后的矩陣狀態(tài)； 判斷逐行互換后的第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積是否小于所述設(shè)定閾值，如果是，則判斷所述第一類型的子野矩陣中是否存在未被選取過的子野矩陣； 如果存在所述未被選取過的子野矩陣，則從所述未被選取過的子野矩陣中選取子野面積最大的子野矩陣作為第一子野矩陣，繼續(xù)執(zhí)行逐行互換所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的子野面積的步驟，直到第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積不小于所述設(shè)定閾值為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 如果不存在所述未被選取過的子野矩陣且第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積仍小于所述設(shè)定閾值，則將第一類型的所有子野矩陣與第二子野矩陣均恢復到被分割后時的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述逐行互換所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的子野面積，并根據(jù)互換前后第一子野矩陣和第二子野矩陣間的面積方差大小來保留互換前的矩陣狀態(tài)或保留互換后的矩陣狀態(tài)，包括: 將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換，以互換所述當前同行數(shù)值對應(yīng)的子野面積； 計算互換前的第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積與第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積間的第一面積方差，并計算互換后的第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積與第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積間的第二面積方差； 如果所述第二面積方差小于所述第一面積方差，且存在所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的下一同行數(shù)值，則將所述下一同行數(shù)值作為當前同行數(shù)值，繼續(xù)執(zhí)行所述將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換的步驟； 如果所述第二面積方差大于或等于所述第一面積方差，則將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣恢復到互換前的狀態(tài)，恢復成功后，當存在所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的下一同行數(shù)值時，將所述下一同行數(shù)值作為當前同行數(shù)值，繼續(xù)執(zhí)行所述將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換后，還包括: 在所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣中的任意一個矩陣中，判斷當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置交疊，和/或，判斷當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置交疊； 如果是，則執(zhí)行所述將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣恢復到互換前的狀態(tài)的步驟，如果否，則繼續(xù)執(zhí)行所述計算互換前的第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積與第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積間的第一面積方差的步驟； 在不存在所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的下一同行數(shù)值時，判斷是否存在被保留的互換后的面積，如果是，則將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的第一行數(shù)值作為當前同行數(shù)值，繼續(xù)執(zhí)行將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換的步驟。
6.一種逆向調(diào)強放療 的子野面積形狀修補方法，其特征在于，包括: 對預先分割出的所有矩陣中的機器跳數(shù)相同的子野矩陣進行面積均衡，其中，采用權(quán)利要求1-5任一項所述的方法對所述子野矩陣進行面積均衡； 在面積均衡后的子野矩陣中，依次選取每個子野矩陣，并對選取子野矩陣進行形狀修補操作； 所述形狀修補操作具體包括: 互換選取子野矩陣與第三子野矩陣對應(yīng)位置的部分子野面積，以減少選取子野矩陣與第三子野矩陣的形狀復雜程度，所述第三子野矩陣是未與所述選取子野矩陣參與互換的子野矩陣； 從所述未參與互換的子野矩陣中選取一個子野矩陣作為第三子野矩陣，繼續(xù)執(zhí)行所述互換選取子野矩陣與第三子野矩陣對應(yīng)位置的部分子野面積的步驟，直到所述選取子野矩陣與其它各個子野矩陣均進行互換操作為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述互換選取子野矩陣與第三子野矩陣對應(yīng)位置的部分子野面積包括: 在選取子野矩陣與第三子野矩陣中選取相互對應(yīng)的至少一行數(shù)值，并逐行互換選取的每行數(shù)值對應(yīng)的全部或部分子野面積； 在每次互換結(jié)束后，分別計算互換前的選取子野矩陣的第一形狀復雜度與第三子野矩陣的第二形狀復雜度，并分別計算互換后的選取子野矩陣的第三形狀復雜度與第三子野矩陣的第四形狀復雜度； 判斷第三形狀復雜度與第四形狀復雜度之和是否小于第一形狀復雜度與第二形狀復雜度之和，如果是，則保留互換后兩個子野矩陣的狀態(tài)，如果否，則將參與互換的兩個子野矩陣恢復成互換前的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述形狀復雜度的計算公式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述逐行互換選取的每行數(shù)值對應(yīng)的全部或部分子野面積包括: 逐行互換選取子野矩陣與第三子野矩陣的當前行數(shù)值以互換當前行數(shù)值對應(yīng)的子野面積； 或，逐行互換選取子野矩陣與第三子野矩陣的當前行數(shù)值對應(yīng)的第一選取面積與第二選取面積，其中，第一選取面積與第二選取面積的大小相等且位置相同，當所述第一選取面積為選取子野矩陣的葉片開口面積時，所述第二選取面積為第三子野矩陣的葉片閉口面積，當所述第一選取面積為選取子野矩陣的葉片閉口面積時，所述第二選取面積為第三子野矩陣的葉片開口面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述每次互換結(jié)束后，還包括: 在選取子野矩陣與第三子野矩陣中的任意一個矩陣中，判斷當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置交疊，和/或，判斷當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置交疊； 如果是，則執(zhí)行所述將參與互換的兩個子野矩陣恢復成互換前的狀態(tài)的步驟，如果否，則繼續(xù)執(zhí)行所述分別計算互換前的選取子野矩陣的第一形狀復雜度與第三子野矩陣的第二形狀復雜度的步驟。
11.一種逆向調(diào)強放療的子野面積均衡裝置，其特征在于，包括: 矩陣選取模塊，用于從預先分割出的所有矩陣中提取機器跳數(shù)相同的子野矩陣； 面積均衡模塊，用于從所述提取的子野矩陣中選取一個或多個大于設(shè)定閾值的第一子野矩陣和小于設(shè)定閾值的第二子野矩陣，并減少所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積并增大所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積，以使所述減小的第一子野矩陣與所述增大的第二子野矩陣的子野面積均大于或等于設(shè)定閾值；其中，所述第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積大于所述第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積，所述減少的子野面積與所述增大的子野面積的大小相等且位置相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述面積均衡模塊包括: 面積確定單元，用于確定所述提取的子野矩陣中每個子野矩陣對應(yīng)的子野面積； 類型確定單元，用于將所述子野面積大于設(shè)定閾值的子野矩陣作為第一類型的子野矩陣，將所述子野面積小于或等于設(shè)定閾值的子野矩陣作為第二類型的子野矩陣；矩陣選取單元，用于從所述第一類型的子野矩陣中選取子野面積最大的子野矩陣作為第一子野矩陣，并從所述第二類型的子野矩陣中選取子野面積最小的子野矩陣作為第二子野矩陣； 逐行互換單元，用于逐行互換所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的子野面積，并根據(jù)互換前后第一子野矩陣和第二子野矩陣間的面積方差大小來保留互換前的矩陣狀態(tài)或保留互換后的矩陣狀態(tài)； 第一判斷單元，用于判斷逐行互換后的第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積是否小于所述設(shè)定閾值； 第二判斷單元，用于在所述第一判斷單元判斷得到的逐行互換后的第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積小于所述設(shè)定閾值時，判斷所述第一類型的子野矩陣中是否存在未被選取過的子野矩陣； 繼續(xù)選取單元，用于在所述第二判斷單元判斷得到的存在所述未被選取過的子野矩陣時，從所述未被選取過的子野矩陣中選取子野面積最大的子野矩陣作為第一子野矩陣，繼續(xù)利用所述逐行互換單元實現(xiàn)逐行互換所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的子野面積的功能，直到第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積不小于所述設(shè)定閾值為止。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述面積均衡模塊還包括: 狀態(tài)恢復單元，用于在所述第二判斷單元判斷得到的不存在所述未被選取過的子野矩陣時，如果第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積仍小于所述設(shè)定閾值，則將第一類型的所有子野矩陣與第二子野矩陣均恢復到被分割后時的狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述逐行互換單元，包括: 同行互換子單元，將所`述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換，以互換所述當前同行數(shù)值對應(yīng)的子野面積； 方差計算子單元，用于計算互換前的第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積與第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積間的第一面積方差，并計算互換后的第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積與第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積間的第二面積方差； 方差判斷子單元，用于判斷所述第二面積方差是否小于所述第一面積方差； 第一選取子單元，用于在所述方差判斷子單元判斷得到的所述第二面積方差小于所述第一面積方差時，如果存在所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的下一同行數(shù)值，則將所述下一同行數(shù)值作為當前同行數(shù)值，繼續(xù)利用所述第一同行互換子單元實現(xiàn)所述將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換的功能； 狀態(tài)恢復子單元，用于在所述方差判斷子單元判斷得到的所述第二面積方差大于或等于所述第一面積方差時，將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣恢復到互換前的狀態(tài)； 第二選取子單元，用于在所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣恢復到互換前的狀態(tài)后，如果存在所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的下一同行數(shù)值，則將所述下一同行數(shù)值作為當前同行數(shù)值，繼續(xù)利用所述同行互換子單元實現(xiàn)所述將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換的功能。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述逐行互換單元還包括: 第一交疊判斷子單元，用于在所述同行互換子單元將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的當前同行數(shù)值進行互換后，在所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣中的任意一個矩陣中，判斷當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置交疊，和/或，當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置交疊； 所述狀態(tài)恢復子單元，還用于在所述第一交疊判斷子單元判斷得到的結(jié)果為是時，將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣恢復到互換前的狀態(tài)的步驟，繼續(xù)調(diào)用所述第二選取子單元； 第一繼續(xù)執(zhí)行子單元，用于所述第一交疊判斷子單元判斷得到的結(jié)果為否時，繼續(xù)利用所述方差計算子單元實現(xiàn)所述計算互換前的第一子野矩陣對應(yīng)的子野面積與第二子野矩陣對應(yīng)的子野面積間的第一面積方差的功能； 再次驗證子單元，用于在不存在所述第一子野矩陣和所述第二子野矩陣的下一同行數(shù)值時，判斷是否存在被保留的互換后的面積，如果是，則將所述第一子野矩陣與所述第二子野矩陣的第一行數(shù)值作為當前同行數(shù)值，繼續(xù)調(diào)用所述同行互換子單元。
16.一種逆向調(diào)強放療的子野面積形狀修補裝置，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求11至15任一項所述的逆向調(diào)強放療的子野面積均衡裝置，用于對預先分割出的所有矩陣中的機器跳數(shù)相同的子野矩陣進行面積均衡； 形狀修補模塊，用于在面積均衡后的子野矩陣中，依次選取每個子野矩陣，并對選取子野矩陣進行形狀修補操作； 所述形狀修補模塊，具體用于互換選取子野矩陣與第三子野矩陣對應(yīng)位置的部分子野面積，以減少選取子野矩陣與第三子野矩陣的形狀復雜程度，所述第三子野矩陣是未與所述選取子野矩陣參與互換的子野矩陣；從所述未參與互換的子野矩陣中選取一個子野矩陣作為第三子野矩陣，繼續(xù)執(zhí)行所述互換選取子野矩陣與第三子野矩陣對應(yīng)位置的部分子野面積的步驟，直到所述選取子野矩陣與其它各個子野矩陣均進行互換操作為止。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的`裝置，其特征在于，所述形狀修補模塊包括面積互換單元，所述面積互換單元用于互換選取子野矩陣與第三子野矩陣對應(yīng)位置的部分子野面積； 所述面積互換單元包括: 逐行互換子單元，用于在選取子野矩陣與第三子野矩陣中選取相互對應(yīng)的至少一行數(shù)值，并逐行互換選取的每行數(shù)值對應(yīng)的全部或部分子野面積； 復雜度計算子單元，用于在每次互換結(jié)束后，分別計算互換前的選取子野矩陣的第一形狀復雜度與第三子野矩陣的第二形狀復雜度，并分別計算互換后的選取子野矩陣的第三形狀復雜度與第三子野矩陣的第四形狀復雜度； 復雜度判斷子單元，用于判斷第三形狀復雜度與第四形狀復雜度之和是否小于第一形狀復雜度與第二形狀復雜度之和； 狀態(tài)保留子單元，用于在所述復雜度判斷子單元判斷得到的第三形狀復雜度與第四形狀復雜度之和小于第一形狀復雜度與第二形狀復雜度之和時，保留互換后兩個子野矩陣的狀態(tài)； 狀態(tài)返回子單元，用于在所述復雜度判斷子單元判斷得到的第三形狀復雜度與第四形狀復雜度之和不小于第一形狀復雜度與第二形狀復雜度之和時，將參與互換的兩個子野矩陣恢復成互換前的狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述形狀復雜度的計算公式為:
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于， 所述逐行互換子單元，具體用于逐行互換選取子野矩陣與第三子野矩陣的當前行數(shù)值以互換當前行數(shù)值對應(yīng)的子野面積；或，逐行互換選取子野矩陣與第三子野矩陣的當前行數(shù)值對應(yīng)的第一選取面積與第二選取面積，其中，第一選取面積與第二選取面積的大小相等且位置相同，當所述第一選取面積為選取子野矩陣的葉片開口面積時，所述第二選取面積為第三子野矩陣的葉片閉口面積，當所述第一選取面積為選取子野矩陣的葉片閉口面積時，所述第二選取面積為第三子野矩陣的葉片開口面積。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述面積互換單元還包括: 第二交疊判斷子單元，用于在所述每次互換結(jié)束后，在選取子野矩陣與第三子野矩陣中的任意一個矩陣中，判斷當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置交疊，和/或，當前行數(shù)值對應(yīng)的加速器右葉片位置是否與上一行數(shù)值或下一行數(shù)值對應(yīng)的加速器左葉片位置交疊； 所述狀態(tài)返回子單元，還用于在所述第二交疊判斷子單元判斷得到的結(jié)果為是時，將參與互換的兩個子野矩陣恢復成互換前的狀態(tài)； 第二繼續(xù)執(zhí)行子單元，用于所述第二交疊判斷子單元判斷得到的結(jié)果為否時，繼續(xù)利用所述復雜度計算子單元實現(xiàn)所述分別計算互換前的選取子野矩陣的第一形狀復雜度與第三子野矩陣的第二形狀復雜度的功能。
【文檔編號】A61N5/10GK103520843SQ201310409693
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】姚鵬, 鞠光亮 申請人:沈陽東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司