一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法、介质及终端

技术领域

本发明属于放射治疗技术领域，尤其涉及一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法、介质及终端。

背景技术

后装放射治疗是放疗的重要组成部分，由于其比较陡峭的剂量衰减，相对于外照射放射治疗，能更好的保护正常组织，因此被广泛应用于妇科、头颈肿瘤领域。后装近距离放射治疗时最常用的放射源为HDR(high dose rate)

公开号为CN108415058A的专利申请提供了一种放射性的剂量计算方法及系统，包括：A、将笔束核分为主核和散射核两部份，分别构建主剂量模型和散射剂量模型；B、利用预先建立的接受放射线照射治疗的模体的模型及预设的放射治疗深度算法，计算所述放射线照射的深度；C、根据所述放射线照射的深度对所述主剂量模型和散射剂量模型分别进行蒙特卡罗仿真模拟，并根据所述蒙特卡罗仿真模拟的结果计算所述笔束核的笔束核值；D、根据所述放射线照射的深度和所述笔束核值计算放射线照射所述放射线照射治疗的模体的剂量。此专利当中虽然运用了蒙特卡罗仿真，在剂量计算速度上有所提升，但其对于组织不均匀性的问题并未给出相关技术方案。

因此，如何提供一种包含组织不均匀校正的后装三维剂量计算方法，以提高后装三维剂量计算结果准确度，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法，以解决现有技术中后装剂量计算未包含组织不均匀校正，导致后装剂量计算结果准确度低的问题；另外本发明还提供了一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算介质及终端。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法，包括以下步骤：

S10、建立HDR

S20、导出Dicom数据即CT图像及所对应的RTplan和RTdose文件，自编程序读取导出的RTplan和RTdose文件，确定剂量计算范围以及驻留点的位置信息和驻留时间，并生成.txt格式；

S30、利用egs_brachy进行后装三维剂量计算，计算完成得到3ddose文件；

S40、编程读取3ddose文件并对剂量结果进行处理及评估显示。

进一步的，所述步骤S10具体为查阅相关文献，利用egs_brachy软件包建立HDR

进一步的，所述步骤S10中，蒙特卡罗模型模拟时，模拟条件设置如下：

只模拟

HDR

模拟放射源在水体模中的剂量分布时，网格设置为1*1*1mm

模拟的初始粒子数为10

进一步的，所述步骤S20的具体步骤如下：

S201、从后装计划系统Oncentra导出后装宫颈癌患者的CT图像，以及所对应的RTplan和RTdose文件；

S202、利用pytorch自编程序读取RTdose文件以确定辐射剂量计算范围的大小；

S203、确定好计算范围之后，利用EGSnrc软件包中的ctcreate程序将CT图像转换成剂量计算所需的egsphant文件；

S204、利用自编程序读取RTplan文件中的驻留点位置信息和驻留时间信息，并生成RTplan所对应的.txt文件。

进一步的，所述步骤S30中，将所述步骤S203中的egsphant文件和步骤S204中的.txt文件作为输入，进行后装三维剂量的蒙特卡罗计算。

进一步的，在计算时，根据患者的CT图像与RTplan文件以及Flexisource放射源写一个.egsinp的脚本文件。

进一步的，所述步骤S40中，利用pytorch自编程序读取计算完成产生的.3ddose文件中的剂量信息，并把剂量信息以等剂量线的形式显示在CT图像上，同时自编程序统计计划靶区与危机器官的剂量信息。

进一步的，还包括步骤S50：与现有临床应用的AAPM TG-43剂量算法比较，比较内容包括CT图像上的DVH图比较、两者之间的等剂量线比较以及gamma通过率比较。

第二方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法。

第三方面，本发明还提供了一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上所述方法。

本发明提供的基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法、介质及终端与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

现有技术中剂量算法大部分是基于AAPM TG-43号报告，基于AAPM TG-43的剂量算法虽然计算速度快，然而此剂量算法忽略了组织间的不均匀性，后装剂量计算如果不对人体组织密度做相应校正，某些情况下会导致周围正常组织、器官剂量评估出现明显偏差，后装剂量计算结果准确度低。本发明通过建立蒙特卡罗模型，并对放射质量的Dicom数据进行一系列处理，并进行后装剂量的计算，解决了现有技术中广泛应用的TG-43算法未包含组织不均匀校正的缺陷，提高了后装剂量计算结果的准确性；通过对蒙特卡罗计算结果的处理、显示以及与现行临床应用的TG-43剂量算法比较，既能得到Dicom格式的剂量数据，又能读取蒙特卡罗计算之后产生的.3ddose格式的剂量数据，并把剂量数据显示在CT图像上，方便医护人员进行评估。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的图作一个简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的HDR

图3为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的HDR

图4为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的蒙特卡罗计算之后的等剂量线显示图；

图5为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的蒙特卡罗计算的DVH图；

图6为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的蒙特卡罗算法与TG43算法的DVH比较图；

图7为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的蒙特卡罗算法与TG43算法的等剂量线显示图；

图8为本发明实施例提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法的蒙特卡罗算法与TG43算法的gamma通过率比较图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明提供了一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法，应用于后装放射治疗的剂量计算过程中，基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法包括以下步骤：

S10、建立HDR

S20、导出Dicom数据即CT图像及所对应的RTplan和RTdose文件，自编程序读取导出的RTplan和RTdose文件，确定剂量计算范围以及驻留点的位置信息和驻留时间，并生成.txt格式；

S30、利用egs_brachy进行后装三维剂量计算，计算完成得到3ddose文件；

S40、编程读取3ddose文件并对剂量结果进行处理及评估显示。

本发明流程简单、准确度高，解决了现有技术中广泛应用的TG-43算法未包含组织不均匀校正的缺陷，提高了后装剂量计算结果的准确性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法，应用于后装放射治疗的剂量计算过程中，结合图1至图,8，本实施例中，所述基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法包括以下步骤：

S10、建立HDR

具体地，结合图2与图3，查阅相关文献，利用egs_brachy软件包建立HDR

进一步的，本实施例中，蒙特卡罗模拟时，模拟条件设置如下：

只模拟192Ir衰变的γ射线，β射线不模拟，其中γ射线能谱的数据来源为NNDC(national nuclear data center)网站；

HDR 192Ir放射源发射的射线的方向为各向同性；

模拟放射源在水体模中的剂量分布时，网格设置为1x1x1mm

模拟的初始粒子数为10

S20、导出Dicom数据即CT图像及所对应的RTplan和RTdose文件，自编程序读取导出的RTplan和RTdose文件，确定剂量计算范围以及驻留点的位置信息和驻留时间，并生成.txt格式；

具体地，步骤S20的具体步骤如下：

S201、从后装计划系统Oncentra导出后装宫颈癌患者的CT图像，以及所对应的RTdose、RTplan文件；

S202、利用pytorch自编程序读取RTdose文件以确定辐射剂量计算范围的大小；

S203、确定好计算范围之后，利用EGSnrc软件包中的ctcreate程序将CT图像转换成剂量计算所需的egsphant文件；

S204、利用自编程序读取RTplan文件中的驻留点位置信息和驻留时间信息，并生成RTplan所对应的.txt文件。

S30、利用egs_brachy进行后装三维剂量计算，计算完成得到3ddose文件；

具体地，将步骤S203中的egsphant文件和步骤S204中的.txt文件作为输入，进行后装三维剂量的蒙特卡罗计算。

进一步的，本实施例中，在计算时，根据患者的CT图像与RTplan文件以及Flexisource放射源写一个.egsinp的脚本文件。

S40、编程读取3ddose文件并对剂量结果进行处理及评估显示。

具体地，结合图4与图5，利用pytorch自编程序读取计算完成产生的.3ddose文件中的剂量信息，并把剂量信息以等剂量线的形式显示在CT图像上，同时自编程序统计计划靶区与危机器官的信息。

S50、与现有临床应用的AAPM TG-43剂量算法比较，比较内容包括CT图像上的DVH图比较，如图6所示，两者之间的等剂量线比较，如图7所示，以及gamma通过率比较，计算每个剂量格子的gamma值，计算时采用2mm/2％的标准，计算完成之后以colormap的形式进行显示，如图8所示。

本实施例所提供的一种基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法中，HDR

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。

本发明实施例还提供了一种电子终端，包括：处理器及存储器；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使终端执行本实施例中任一项方法。

本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例提供的电子终端，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。

上述实施例所述的基于蒙特卡罗的后装三维剂量计算方法、介质及终端与现有技术相比，现有技术中剂量算法大部分是基于AAPM TG-43号报告，基于AAPM TG-43的剂量算法虽然计算速度快，然而此剂量算法忽略了组织间的不均匀性，后装剂量计算如果不对人体组织密度做相应校正，某些情况下会导致周围正常组织、器官剂量评估出现明显偏差，后装剂量计算结果准确度低。本发明通过建立蒙特卡罗模型，并对放射质量的Dicom数据进行一系列处理，并进行后装剂量的计算，解决了现有技术中广泛应用的TG-43算法未包含组织不均匀校正的缺陷，提高了后装剂量计算结果的准确性；通过对蒙特卡罗计算结果的处理、显示以及与现行临床应用的TG-43剂量算法比较，既能得到Dicom格式的剂量数据，又能读取蒙特卡罗计算之后产生的.3ddose格式的剂量数据，并把剂量数据显示在CT图像上，方便医护人员进行评估。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。