一种质子旋转调强放射治疗计划规划方法和装置与流程

本发明属于医疗，特别涉及一种质子旋转调强放射治疗计划规划方法和装置。

背景技术：

1、由于质子束的布拉格峰特性，相比于传统放射治疗技术，质子放射治疗具有剂量学上的显著优势，即靶区适形度更高、危机器官剂量更稀疏。质子放射治疗正在迅速发展。除此之外，现有研究已表明质子旋转调强放射治疗相比于传统质子放射治疗具有更好的剂量学优势。因此质子旋转调强放射治疗是目前公认的质子放射治疗的下一代发展技术。

2、现有的质子旋转调强放射治疗技术面临着传递效率低的瓶颈，导致其在临床上无法大规模应用。质子旋转调强放射治疗的传递效率主要和能量层切换时间和束斑投递时间相关。为了解决这一问题，现有研究针对于质子旋转调强放射治疗中的能量层分布和束斑数量作优化，从而使得其治疗计划更加高效。然而，相比于目前临床上正在使用的传统质子放射治疗，这些技术的传递效率还存在较大的提升空间。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种质子旋转调强放射治疗计划规划方法和装置，能够根据病人的肿瘤靶区形态得到最优能量层分布及相应最佳束斑数量，从而使得治疗高效，节省治疗时间，同时降低治疗误差发生的概率，促进质子旋转调强放射治疗的临床应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一种质子旋转调强放射治疗计划规划方法，包括：

4、步骤s1、对射束角度范围进行弧形区间划分；

5、步骤s2、依据束流时间特性寻找已划分好的弧形区间内最优的能量分布；

6、步骤s3、采用剂量保真目标项结合l0正则项模型并加入最小跳数约束对束斑权重作稀疏优化。

7、作为优选，步骤s1中，将弧形区域内所有射束及相应束斑以固定角度机架角为间隔形成弧形排列，通过分割方法对弧形区域进行弧形区间划分，以确定最优的弧形区间数量以及相应区间所包括的角度范围。

8、作为优选，步骤s2中，采用智能模拟和弧形区间内最优能量选择规则，确定弧形区间内最优的能量分布。

9、作为优选，步骤s3中，基于交替方向乘子法求解束斑点稀疏优化模型，得出最优束斑权重分布。

10、本发明还提供一种质子旋转调强放射治疗计划规划装置，包括：

11、第一处理模块，用于射束角度范围弧形区间划分；

12、第二处理模块，用于依据束流时间特性寻找已划分好的弧形区间内最优的能量分布；

13、第三处理模块，用于采用剂量保真目标项结合l0正则项模型并加入最小跳数约束对束斑权重作稀疏优化。

14、作为优选，第一处理模块，用于将弧形区域内所有射束及相应束斑以固定角度机架角为间隔形成弧形排列，通过分割方法对弧形区域进行弧形区间划分，以确定最优的弧形区间数量以及相应区间所包括的角度范围。

15、作为优选，第二处理模块，用于采用模拟退火算法和弧形区间内最优能量选择规则，确定弧形区间内最优的能量分布。

16、作为优选，第三处理模块，用于基于交替方向乘子法求解束斑点稀疏优化模型，得出最优束斑权重分布。

17、本发明根据病人肿瘤靶区形态划分质子旋转调强放射治疗的最佳弧形区间；获得最优能量分布降低能量层切换时间；并在保证最佳的计划质量基础上最大限度的减少束斑点数量从而降低束斑点投递时间，从而生成治疗高效的质子旋转调强放射治疗计划，提升了治疗效率，有利于降低病人治疗过程中误差发生的概率从而提高治疗安全性，有望为质子旋转调强技术投入临床使用扫清障碍，有利于促进质子治疗技术的发展。

技术特征：

1.一种质子旋转调强放射治疗计划规划方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的质子旋转调强放射治疗计划规划方法，其特征在于，步骤s1中，将弧形区域内所有射束及相应束斑以固定角度机架角为间隔形成弧形排列，通过分割方法对弧形区域进行弧形区间划分，以确定最优的弧形区间数量以及相应区间所包括的角度范围。

3.如权利要求2所述的质子旋转调强放射治疗计划规划方法，其特征在于，步骤s2中，采用智能模拟算法和弧形区间内最优能量选择规则，确定弧形区间内最优的能量分布。

4.如权利要求3所述的质子旋转调强放射治疗计划规划方法，其特征在于，步骤s3中，基于交替方向乘子法求解束斑点稀疏优化模型，得出最优束斑权重分布。

5.一种质子旋转调强放射治疗计划规划装置，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的质子旋转调强放射治疗计划规划装置，其特征在于，第一处理模块，用于将弧形区域内所有射束及相应束斑以固定角度机架角为间隔形成弧形排列，通过分割方法对弧形区域进行弧形区间划分，以确定最优的弧形区间数量以及相应区间所包括的角度范围。

7.如权利要求6所述的质子旋转调强放射治疗计划规划装置，其特征在于，第二处理模块，用于采用智能模拟算法和弧形区间内最优能量选择规则，确定弧形区间内最优的能量分布。

8.如权利要求7所述的质子旋转调强放射治疗计划规划装置，其特征在于，第三处理模块，用于基于交替方向乘子法求解束斑点稀疏优化模型，得出最优束斑权重分布。

技术总结本发明公开一种质子旋转调强放射治疗计划规划方法和装置，包括：步骤S1、进行射束角度范围弧形区间划分；步骤S2、依据束流时间特性寻找已划分好的弧形区间内最优的能量分布；步骤S3、采用剂量保真目标项结合L0正则项模型并加入最小跳数约束对束斑权重作稀疏优化。采用本发明的技术方案，能够根据病人的肿瘤靶区形态得到最优能量层分布及相应最佳束斑数量，从而使得治疗高效，节省治疗时间，同时降低治疗误差发生的概率，促进质子旋转调强放射治疗的临床应用。技术研发人员：柳刚,柳园受保护的技术使用者：武汉普罗顿医疗科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14