一种基于动态半影模型的动态调强装置及优化方法与流程

技术特征：
1.一种基于动态半影模型的动态调强装置，其特征在于，包括用户输入装置，叶片关于速度的时序模型装置，动态调强优化装置及用户输出装置；所述用户输入装置包括用户输入器官组织、叶片最大运动速度、叶片最大加速度、剂量变化率、机架角及计划优化参数；所述叶片关于速度的时序模型装置包括使用叶片速度-时间函数建立叶片速度的时序模型；所述动态调强优化装置包括通过叶片速度的时序模型得到目标函数对叶片运动时间的偏导数；所述用户输出装置包括叶片通过优化装置得到的叶片运动时间以及所对应的运动位置、叶片的运动速度及叶片的加速度信息。2.根据权利要求1所述的一种基于动态半影模型的动态调强装置的优化方法，其特征在于，包括模型建立模块及动态调强优化模块。3.根据权利要求2所述的一种基于动态半影模型的动态调强装置的优化方法，其特征在于，所述模型建立模块，是根据优化的参数信息，使用叶片速度-时间函数在不同时刻上建立叶片速度的时序模型：具体的，在射线源照射过程中，基于光栅叶片的相对运动实现剂量调节，在叶片允许的最大速度和最大加速度的前提下，考虑叶片的非匀速运动，建立不同时刻下的叶片速度的时序模型，计算公式如下所示：式(1)表示叶片位置x与叶片加速度a(t)以及速度v(t)之间的关系：x＝γ(a(t),v(t))
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(1)其中，a(t)表示叶片t时刻点的加速度，v(t)表示叶片t时刻点的速度，γ表示叶片位置x与叶片加速度a(t)、速度v(t)之间的映射关系；式(2)表示叶片t时刻点的加速度约束：|a(t)|<a
max
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(2)其中，a
max
表示叶片运动的最大加速度；式(3)表示叶片t时刻点的速度约束：|v(t)|<v
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，v
max
表示叶片运动的最大速度。4.根据权利要求2所述的一种基于动态半影模型的动态调强装置的优化方法，其特征在于，所述动态调强优化模块的具体执行步骤如下：步骤(1)：用户输入叶片参数，构建叶片模型，使用蒙特卡罗方法，通过模拟大量的光子穿过构建的叶片模型，模拟不同位置下的半影参数；步骤(2)：根据不同位置的半影参数，建立基于位置的可变半影模型，半影模型即考虑到不同位置的射束的散射和透射，修正位置的偏差；步骤(3)：使用可变半影模型的直接机器参数优化方法，优化子野形状；当满足结束条件时，则结束，否则继续使用可变半影模型的直接机器参数装置和方法，优化子野形状。5.根据权利要求4所述所述的一种基于动态半影模型的动态调强装置的优化方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述建立基于位置的可变半影模型具体是：针对不同位置的半影参数，
在叶片和放射源的不同相对位置分别进行计算，当放射源被叶片遮挡的程度不同时，形成一组不同的强度曲线，通过数据拟合，可得到可变半影模型。6.根据权利要求4所述所述的一种基于动态半影模型的动态调强装置的优化方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述直接机器参数优化方法具体是：使用直接机器参数优化调整叶片位置，利用目标函数对时间的偏导数，采用共轭梯度法计算目标函数极小值，其目标函数计算公式如下：f＝f(x)＝min∑
i
[∑
j
m
xij
*m
j
(x)-d
i
]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，v(t),a(t)分别来自于式(2)与式(3)，f为目标函数值，x为叶片位置，1≤i≤s，1≤j≤n，其中s与n均为正整数，s表示器官点总数，n表示粒子束总数，m
xij
是当叶片位置为x时第j个粒子束对第i个器官点的剂量贡献，d
i
为第i个器官点的处方剂量，m
j
(x)是第j个粒子束穿过叶片x后的剂量强度分布，t为叶片运动时间，是关于叶片在位置x处速度、加速度与时间的函数；对上述公式目标函数f求偏导数，通过叶片速度的时序模型得到目标函数对光栅时间偏导数，偏导数计算公式如下：其中，来自于式(1)，f为目标函数值，t为叶片运动时间，x为叶片位置，d为器官点的剂量贡献矩阵。

技术总结
本发明公开了一种基于动态半影模型的动态调强装置及优化方法。涉及医学物理领域，具体优化方法的步骤如下：首先采用叶片速度时序函数，在叶片允许的最大速度和最大加速度的前提下，建立不同时刻下的叶片速度的时序模型；其次，在动态调强优化过程中，基于已建立的不同时刻下的叶片速度的时序模型以及动态半影模型，采用直接机器参数优化方法快速优化生成动态调强计划。本发明能够快速优化得到满足临床要求的动态调强计划。床要求的动态调强计划。床要求的动态调强计划。


技术研发人员：ꢀ(74)专利代理机构
受保护的技术使用者：中科超精（南京）科技有限公司
技术研发日：2022.08.17
技术公布日：2022/11/11