核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法及系統技術方案

本發明專利技術涉及放射治療劑量計算和劑量驗證技術領域，解決了現有技術中缺少一種精確的第三方劑量驗證方法的技術問題，尤其涉及一種核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法及系統，該驗證方法包括以下步驟：S1、從DICOM文件中獲取關鍵信息，DICOM文件包括CT文件、RTSTRUCT文件、RTPLAN文件和RTDOSE文件，關鍵信息包括圖像HU矩陣、放療計劃的實施參數、劑量網格和感興趣器官信息；S2、根據已知參數搭建虛擬核磁加速器模型。本發明專利技術能在較短時間實現磁場下的基于蒙卡的高精度劑量計算，進而實現獨立于計劃系統的二次劑量驗證，具有較高的臨床價值。臨床價值。臨床價值。

【技術實現步驟摘要】
核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法及系統


[0001]本專利技術涉及放射治療劑量計算和劑量驗證
，尤其涉及核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法及系統。

技術介紹

[0002]自適應放療（ART）通過圖像引導來獲得患者擺位精度、解剖生理變化，進行治療計劃的修改或重新設計，可以最大限度地減少放療誤差，減少靶區外擴，更精準地保護正常組織。自適應放療常用CBCT引導，與CBCT相比，MRI有成像速度快、軟組織對比度高、生物信息更豐富、無附加劑量等優點，更加適合自適應放療。
[0003]將MRI與放療加速器相結合，形成一種新的放療技術—基于核磁引導的放療方法。相比于常規加速器，核磁引導加速器由于其特有的磁場洛倫茲力和復雜的核磁成像設備，需要一種不同于常規加速器的劑量驗證方法。美國醫學物理學家協會（AAPM）的TG219報告充分表述了第三方劑量驗證軟件的重要性，國外商用TPS已有用于臨床核磁引導放療的劑量計算方法，但還沒有一種精確的第三方劑量驗證方法。

技術實現思路

[0004]針對現有技術的不足，本專利技術提供了核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法及系統，解決了現有技術中缺少一種精確的第三方劑量驗證方法的技術問題。
[0005]為解決上述技術問題，本專利技術提供了如下技術方案：一種核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法，該方法包括以下步驟：S1、從DICOM文件中獲取關鍵信息，DICOM文件包括CT文件、RTSTRUCT文件、RTPLAN文件和RTDOSE文件，關鍵信息包括圖像HU矩陣、放療計劃的實施參數、劑量網格和感興趣器官信息；S2、根據已知參數搭建虛擬核磁加速器模型；S3、將關鍵信息輸入虛擬核磁加速器模型中進行蒙特卡羅劑量計算得到蒙卡劑量；S4、通過3D伽馬測試對比三維蒙卡劑量與從RTDOSE文件中獲取的待驗證劑量之間的差異大小，并生成劑量驗證報告和DVH圖；若三維蒙卡劑量與待驗證劑量差異小，則驗證通過并進入步驟S6；若三維蒙卡劑量與待驗證劑量差異大，則驗證不通過，并進入步驟S5；S5、引入實測劑量作為金標準，將待驗證劑量和實測劑量作進一步對比；若實測劑量與待驗證劑量差異小，則驗證通過并進入步驟S6；若實測劑量與待驗證劑量差異大，則驗證不通過并結束；S6、治療計劃驗證通過，并執行照射。
[0006]進一步地，在步驟S1中，從DICOM文件中獲取關鍵信息包括以下過程：讀取CT文件，從CT文件中獲取患者的三維CT圖像，以及三維CT圖像的起始點
origin、間隔space、維度size；讀取RTSTRUCT文件，從RTSTRUCT文件中獲取患者外輪廓范圍、各感興趣區域位置和輔助結構的位置、密度信息，以及文件內包含的Support結構信息；讀取RTPLAN文件，從RTPLAN文件中獲取放療計劃的實施參數，包括源軸距SAD、射束個數、射束角度、照射時間，以及每個控制點Control Point的準直結構位置、準直結構開口大小信息；讀取RTDOSE文件，從RTDOSE文件中獲取劑量網格的信息與放療計劃系統TPS計算的劑量作為待驗證劑量，劑量網格的信息包括劑量網格的起始點origin、間隔space、維度size。
[0007]進一步地，在步驟S2中，根據已知參數搭建虛擬核磁加速器模型包括以下步驟：S21、搭建虛擬核磁加速器模型的基礎模型，基礎模型包括靶、初級準直器、電離室、反射鏡與患者無關的結構，包含MLC模型和鎢門Jaw的準直結構，以及包含恒溫冷卻器、線圈、治療床的MR
?
Linac特殊結構；S22、模擬基礎模型中第一相空間平面處的粒子生成，第一相空間平面包括靶、初級準直器、電離室、反射鏡；S23、模擬粒子在鎢門Jaw準直結構中的反應；S24、模擬粒子在多葉準直器MLC模型中的反應；S25、模擬粒子在恒溫冷卻器中的粒子散射。
[0008]進一步地，在步驟S23中，模擬粒子在鎢門Jaw準直結構中的反應，具體包括以下步驟：S231、通過鎢門Jaw的上表面、下表面、傾斜面的各個端點來確定鎢門Jaw的縱向位置，根據RTPLAN文件確定鎢門Jaw的橫向開口大?。籗232、通過點到平面的距離方程，判斷粒子在鎢門Jaw內穿行的長度；若粒子與鎢門Jaw不相交，穿行長度為0，粒子進入MLC模型中；若粒子與鎢門Jaw相交，若粒子是電子，將粒子直接殺死；若粒子是光子，將粒子沿當前運動方向移動至鎢門Jaw的某一表面，并進入下一步；S233、找到粒子穿出鎢門Jaw所需要的路程，求得粒子在鎢門Jaw內發生康普頓散射的射程，比較粒子射程與路程的大?。蝗羯涑檀笥诼烦蹋瑒t粒子直接穿出鎢門Jaw；若射程小于路程，則發生康普頓散射反應，改變粒子的速度、能量后重復步驟S233，直到粒子沉積或穿出鎢門Jaw。
[0009]進一步地，在步驟S24中，模擬粒子在多葉準直器MLC模型中的反應，具體包括以下步驟：S241、通過已知參數確定MLC模型中各葉片位置，已知參數包括MLC模型的葉片長度、葉片半徑、葉片間距、葉片旋轉角參數；S242、根據粒子沿前進方向與葉片上表面、下表面、側面、圓形端面的交點，計算粒子在葉片內穿行的長度；若粒子與葉片不相交，即穿行長度為0，粒子存活，進入恒溫冷卻器中；若粒子與葉片相交，若粒子是電子，將粒子直接殺死；若粒子是光子，將粒子沿當
前運動方向移動至MLC模型的某一表面，并進入下一步；S243、找到粒子穿出MLC模型所需要的路程，求得粒子在MLC模型內發生康普頓散射的射程，比較粒子射程與路程的大小；若射程大于路程，則粒子直接穿出MLC模型；若射程小于路程，則發生康普頓散射反應，改變粒子的速度、能量后重復步驟S243，直到粒子沉積或穿出MLC模型。
[0010]進一步地，在步驟S25中，模擬粒子在恒溫冷卻器中的粒子散射，具體包括以下步驟：S251、將恒溫冷卻器的外圓外、圓環內、內圓內分別定義為區域1、區域2和區域3；S252、求粒子在恒溫冷卻器中的運動距離Length；S253、根據粒子的運動距離Length判斷粒子的所在位置；當粒子在區域1且將與區域2相交時，粒子沿原方向運動Length長度到達圓環上；當粒子在區域1但不會與區域2相交時，直接殺死粒子；當粒子在區域2時，根據材料和粒子能量求出粒子平均自由程，判斷自由程和Length的大小，若自由程大于Length，則粒子直接跑出圓環，進入區域3；若自由程小于運動長度，則粒子在自由程末端發生反應；當粒子在區域3時，判斷粒子是否與CT圖像的HU矩陣相交，如果相交則退出循環，進行模體內的劑量計算；如果不相交，則粒子移動Length長度，重新進入區域2內；S254、更新粒子位置，重復上述過程，直到粒子計算被終止或退出循環。
[0011]進一步地，在步驟S3中，計算三維蒙卡劑量包括以下步驟：S31、根據關鍵信息改變準直結構開口大小，模擬粒子在加速器機頭的反應，得到打出加速器機頭的粒子信息，粒子信息包括粒子位置坐標、粒子速度方向、粒子能量、粒子類型、粒子權重；S32、通過坐標轉換將加速器機頭打出的粒子轉換到DICOM圖像本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種核磁引導下的三維蒙特卡羅劑量獨立驗證方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、從DICOM文件中獲取關鍵信息，DICOM文件包括CT文件、RTSTRUCT文件、RTPLAN文件和RTDOSE文件，關鍵信息包括圖像HU矩陣、放療計劃的實施參數、劑量網格和感興趣器官信息；S2、根據已知參數搭建虛擬核磁加速器模型；S3、將關鍵信息輸入虛擬核磁加速器模型中進行蒙特卡羅劑量計算得到蒙卡劑量；S4、通過3D伽馬測試對比三維蒙卡劑量與從RTDOSE文件中獲取的待驗證劑量之間的差異大小，并生成劑量驗證報告和DVH圖；若三維蒙卡劑量與待驗證劑量差異小，則驗證通過并進入步驟S6；若三維蒙卡劑量與待驗證劑量差異大，則驗證不通過并進入步驟S5；S5、引入實測劑量作為金標準，將待驗證劑量和實測劑量作進一步對比；若實測劑量與待驗證劑量差異小，則驗證通過并進入步驟S6；若實測劑量與待驗證劑量差異大，則驗證不通過并結束；S6、治療計劃驗證通過，并執行照射。2.根據權利要求1所述的劑量獨立驗證方法，其特征在于：在步驟S1中，從DICOM文件中獲取關鍵信息包括以下過程：讀取CT文件，從CT文件中獲取患者的三維CT圖像，以及三維CT圖像的起始點origin、間隔space、維度size；讀取RTSTRUCT文件，從RTSTRUCT文件中獲取患者外輪廓范圍、各感興趣區域位置和輔助結構的位置、密度信息，以及文件內包含的Support結構信息；讀取RTPLAN文件，從RTPLAN文件中獲取放療計劃的實施參數，包括源軸距SAD、射束個數、射束角度、照射時間，以及每個控制點Control Point的準直結構位置、準直結構開口大小信息；讀取RTDOSE文件，從RTDOSE文件中獲取劑量網格的信息與放療計劃系統TPS計算的劑量作為待驗證劑量，劑量網格的信息包括劑量網格的起始點origin、間隔space、維度size。3.根據權利要求1所述的劑量獨立驗證方法，其特征在于：在步驟S2中，根據已知參數搭建虛擬核磁加速器模型包括以下步驟：S21、搭建虛擬核磁加速器模型的基礎模型，基礎模型包括靶、初級準直器、電離室、反射鏡與患者無關的結構，包含MLC模型和鎢門Jaw的準直結構，以及包含恒溫冷卻器、線圈、治療床的MR
?
Linac特殊結構；S22、模擬基礎模型中第一相空間平面處的粒子生成，第一相空間平面包括靶、初級準直器、電離室、反射鏡；S23、模擬粒子在鎢門Jaw準直結構中的反應；S24、模擬粒子在多葉準直器MLC模型中的反應；S25、模擬粒子在恒溫冷卻器中的粒子散射。4.根據權利要求3所述的劑量獨立驗證方法，其特征在于：在步驟S23中，模擬粒子在鎢門Jaw準直結構中的反應，具體包括以下步驟：S231、通過鎢門Jaw的上表面、下表面、傾斜面的各個端點來確定鎢門Jaw的縱向位置，根據RTPLAN文件確定鎢門Jaw的橫向開口大小；
S232、通過點到平面的距離方程，判斷粒子在鎢門Jaw內穿行的長度；若粒子與鎢門Jaw不相交，穿行長度為0，粒子進入MLC模型中；若粒子與鎢門Jaw相交，若粒子是電子，將粒子直接殺死；若粒子是光子，將粒子沿當前運動方向移動至鎢門Jaw的某一表面，并進入下一步；S233、找到粒子穿出鎢門Jaw所需要的路程，求得粒子在鎢門Jaw內發生康普頓散射的射程，比較粒子射程與路程的大?。蝗羯涑檀笥诼烦?，則粒子直接穿出鎢門Jaw；若射程小于路程，則發生康普頓散射反應，改變粒子的速度、能量后重復步驟S233，直到粒子沉積或穿出鎢門Jaw。5.根據權利要求3所述的劑量獨立驗證方法，其特征在于：在步驟S24中，模擬粒子在多葉準直器MLC模型中的反應，具體包括以下步驟：S241、通過已知參數確定MLC模型中各葉片位置，已知參數包括MLC模型的葉片長度、葉片半徑、葉片間距、葉片旋轉角參數；S242、根據粒子沿前進方向與葉片上表面、下表面、側面、圓形端面的交點，計算粒子在葉片內穿行的長度；若粒子與葉片不相交，即穿行長度為0，粒子存活，進入恒溫冷卻器中；若粒子與葉片相交，若粒子是電子，將粒子直接殺死；若粒子是光子，將粒子沿當前運動方向移動至MLC模型的某一表面，并進入下一步；S243、找到粒子穿出MLC模型所需要的路程，求得粒子在MLC模型內發生康普頓散射的射程，比較粒子射程與路程的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程博，徐榭，裴曦，李仕軍，
申請(專利權)人：安徽慧軟科技有限公司，
類型：發明
國別省市：