本技术总体涉及对用于放射疗法处理的剂量沉积进行建模。
背景技术：
1、放射疗法是使用电离放射对特定靶标组织(诸如癌性肿瘤)进行局部处理。理想情况下，放射疗法在靶标组织(也被称为计划靶标体积)上执行，以使周围正常组织免于接受高于规定公差的剂量，由此将损伤健康组织的继发毒性风险最小化。由于从放射疗法机器发射的电离放射的强生物学影响，因此必须精确计算和遵循处理指令。处理指令(也被称为处理属性)可以指代如何实施患者处理的各种指令，包括患者接受处方放射疗法剂量时放射疗法机器的属性，以及剂量如何被递送到患者的器官。例如，开处方的医师可以标识源位置(例如，要处理的患者器官或要根除的肿瘤)和对应的剂量。这些处理指令可以作为放射疗法处理计划(rttp)的一部分被存储。
2、各种放射疗法处理(例如，非常高能量的电子、磁共振线性加速器、传统电子处理、光子处理的小靶标、锥形处理等)具有复杂的射束几何形状。通常，确定剂量如何被递送到患者的组织可以被细分为至少两个任务：(1)对提供放射疗法的线性加速器产生的放射进行建模(例如，源建模)，以及(2)对患者接受的剂量(例如，剂量沉积)进行计算/建模。放射的仿真行为(源模型)被导入到其下游模型中，以计算患者接受的剂量。源建模中的不准确性可能导致剂量计算中的不准确性。
3、在一些常规实现中，诸如蒙特卡罗(monte carlo,mc)仿真的非确定性概率方法可以仿真放射的行为如何。mc仿真通过对每个粒子的随机重复采样进行仿真，来统计地估计特定事件(例如，粒子位置、能量、方向等)的多种可能结果。在其他实现中，可以执行有限元方法、有限体积方法和其他确定性方法来仿真放射的行为如何。非确定性方法和确定性方法可以在速度和准确性之间进行权衡。例如，与确定性方法相比，mc仿真可以实现对放射行为的更高准确性的仿真，因为mc的收敛取决于仿真的粒子历史的数目，而不是计算机断层摄影图像中的网格细化(或特征的数目)。对许多粒子进行许多事件的仿真意味着mc仿真对于临床应用来说太慢，尽管这些解决方案是准确的，因为它们不依赖于图像的特征。相比之下，通过对粒子和事件的整个统计群体的行为进行仿真，确定性方法可以比mc仿真更快地收敛到放射行为解决方案。因此，确定性方法消耗更少的计算功率并且具有减少的运行时间，但可能不太准确并且需要更多的存储器。
4、成像技术的改进可以导致在肿瘤发展的早期阶段检测出癌性肿瘤。因此，肿瘤的尺寸可能很小(例如，小于5mm-10mm)，需要在该肿瘤处进行准确和有针对性的放射，以将对健康组织的损害最小化。在没有准确剂量预测的情况下，难以创建针对患者的最佳处理计划(例如，在缩小癌性肿瘤大小时，将对健康组织的损害最小化)、验证处理计划(例如，计算最终剂量计算)，以及确认(validate)处理计划。
5、在这种小肿瘤的环境中，经验模型表现不佳，部分是由于这种模型的通用性。例如，经验模型(诸如，分析各向异性算法(aaa))通过对模型的初级放射和次级放射的贡献进行建模，来对源进行建模。初级放射可以被描述为源自加速器源而不接触加速器的任何壁的放射。次级放射(包括次级光子和电子)可以被描述为光子和电子从加速器内散射并且到达患者的放射。传统上，使用放射在水中的测量结果来确定次级放射测量结果。
6、经验模型可以用于确定粒子散射，如图1中所示。如所示的，射束可以从加速器投射到表面上。射束具有轴线160(例如，在射束焦点和等中心164之间的线)。射束具有场大小162，场大小162由从焦点发散的初级放射产生。射束的内部区域(被指示为在上限166-1和下限166-2之间)是初级放射和散射放射两者重叠的区域。上限166-1和下限166-2之外的半影和外部区域是其中散射放射是组织剂量的唯一贡献者的区域。
7、射束的通量和光谱可以被映射到上限166-1和下限166-2之间的网格中。射束的测量结果可以用于确定离开加速器通量窗口的初级放射的强度。因此，使用经验关系来确定粒子信息。例如，可以推断射束在上限166-1和下限166-2之间的各个位置处的测量结果，来确定射束粒子的方向和能量。因此，基于测量信息来确定近似放射行为。然而，已经观察到，随着射束瞄准较小的肿瘤，准确性也会减少。准确性的减少可以归因于对电子污染的假设过于宽泛。通常，在计算患者接受的剂量时，应当避免预先计算的数目(诸如，用于在剂量扩散核算法中对放射行为进行建模的数目)和广义假设。
技术实现思路
1、根据本发明的第一方面，提供了一种如权利要求1中限定的方法。
2、根据本发明的第二方面，提供了一种如权利要求11中限定的系统。
3、可选特征在从属权利要求中进行限定。
4、期望有一种模型能够准确地对剂量沉积中的先进射束/线性加速器几何形状进行建模，该模型可以灵活地被应用于各种型号(或类型)的线性加速器机器，并且在较短的计算运行时间内被执行。此外，期望该模型将仿真数据输出到剂量计算方法/剂量算法，包括确定性剂量计算技术。以该方式，后续剂量算法直接摄取非经验、非确定性的粒子行为，这改进了建模放射行为和剂量计算的准确性。本文公开的实施例使用剂量算法，该剂量算法接收来自mc仿真的输出以进行源建模。通过将mc分析耦合到快速剂量算法，可以改进快速剂量算法的准确性，而对其运行时间几乎没有影响。此外，系统的计算效率可以被改进，因为响应于较小的剂量计算运行时间，资源可以被转移到执行其他操作。附加地或备选地，使用mc确定初始准确源模型减少了重复源模型仿真/计算的需要，改进了处理能力的可用性。
5、在一个实施例中，方法可以包括：由处理器执行模型，以确定在对患者进行放射疗法处理期间离开放射疗法机器的多个放射粒子中的每个放射粒子的行为数据，其中多个放射粒子中的至少一部分与患者的解剖区域碰撞；以及由处理器将多个放射粒子中的至少一部分的行为数据传送到第二处理器，第二处理器通过行为数据使用剂量算法来确定剂量沉积。
6、确定多个放射粒子中的每个放射粒子的行为数据包括：可以采用非确定性粒子行为仿真器。剂量算法可以接收来自非确定性粒子行为仿真器的输出。
7、每个放射粒子的行为数据可以通过以下方式来确定：通过对多个放射粒子中的每个放射粒子进行随机采样，来估计每个粒子位置、每个粒子能量和每个粒子方向的结果。多个粒子中的每个放射粒子的行为数据可以使用三个坐标维度、三个角度维度和/或一个能量维度。
8、剂量算法可以用于确定通量分布，该通量分布抽象出与患者解剖区域的粒子反应率。
9、方法还可以包括：将多个粒子中的每个放射粒子的行为数据聚合成第一分布散射源。第一分布散射源可以是放射粒子与患者的解剖区域碰撞的第一相互作用的空间能量描述和角度描述。
10、方法还可以包括：将多个粒子中的每个放射粒子的行为数据编码成源矢量。
11、在另一个实施例中，系统可以包括服务器，该服务器包括第一处理器、第二处理器和非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质包含指令，该指令在由第一处理器和第二处理器执行时，使得第一处理器和第二处理器执行操作，操作包括：由第一处理器执行模型，以确定在对患者进行放射疗法处理期间离开放射疗法机器的多个放射粒子中的每个放射粒子的行为数据，其中多个放射粒子中的至少一部分与患者的解剖区域碰撞；以及由第一处理器将多个放射粒子中的至少一部分的行为数据传送到第二处理器，第二处理器通过行为数据使用剂量算法来确定剂量沉积。
12、确定多个放射粒子中的每个放射粒子的行为数据可以采用非确定性粒子行为仿真器。处理器可以被配置为使得剂量算法接收来自非确定性粒子行为仿真器的输出。
13、每个放射粒子的行为可以通过以下方式来确定：通过对多个放射粒子中的每个放射粒子进行随机采样，来估计每个粒子位置、每个粒子能量和每个粒子方向的结果。多个粒子中的每个放射粒子的行为数据可以使用三个坐标维度、三个角度维度和/或一个能量维度。
14、剂量算法可以用于确定通量分布，该通量分布抽象出与患者解剖区域的粒子反应率。
15、第一处理器还可以被配置为将多个粒子中的每个放射粒子的行为数据聚合成第一分布散射源。第一分布散射源可以是放射粒子与患者的解剖区域碰撞的第一相互作用的空间能量描述和角度描述。
16、第一处理器还可以被配置为将多个粒子中的每个放射粒子的行为数据编码成源矢量。
1.一种方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述多个放射粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括：采用非确定性粒子行为仿真器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述剂量算法接收来自所述非确定性粒子行为仿真器的输出。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个放射粒子的所述行为数据通过以下方式来确定：通过对所述多个放射粒子中的每个放射粒子进行随机采样，来估计每个粒子位置、每个粒子能量和每个粒子方向的结果。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括三个坐标维度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括三个角度维度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括能量维度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：将所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据聚合成第一分布散射源。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一分布散射源是所述放射粒子与所述患者的所述解剖区域碰撞的第一相互作用的空间能量描述和角度描述。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：将所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据编码成源矢量。
11.一种系统，包括：
12.根据权利要求11所述的系统，其中确定所述多个放射粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括：采用非确定性粒子行为仿真器。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一处理器和所述第二处理器还被配置为使得所述剂量算法接收来自所述非确定性粒子行为仿真器的输出。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中每个放射粒子的所述行为数据通过以下方式来确定：通过对所述多个放射粒子中的每个放射粒子进行随机采样，来估计每个粒子位置、每个粒子能量和每个粒子方向的结果。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的系统，其中所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括三个坐标维度。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的系统，其中所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括三个角度维度。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的系统，其中所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据包括能量维度。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的系统，其中所述第一处理器还被配置为：将所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据聚合成第一分布散射源。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一分布散射源是所述放射粒子与所述患者的所述解剖区域碰撞的第一相互作用的空间能量描述和角度描述。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的系统，其中所述第一处理器还被配置为：将所述多个粒子中的每个放射粒子的所述行为数据编码成源矢量。
