本发明涉及粒子放射治疗领域，具体涉及一种提高粒子束体内射程验证精度的方法、系统及存储介质。
背景技术：
1、在带电粒子放射治疗中，粒子束的射程精度至关重要，粒子束射程不准确可能导致放射治疗失败。pet(正电子发射断层扫描)体内射程验证方法，利用了粒子核反应产生组织活化的位置与粒子射程末端的位置之间存在关联的原理。具体是粒子束在人体内输运、沉积过程中发生核反应使人体组织活化，产生放射性核素，这些放射性核素(如11c)发射的正电子发生湮灭，释放一对能量为0.511mev的γ光子，利用pet探测器探测这些γ光子，再通过算法重建出放射性核素的位置和浓度信息，这些信息与粒子束流能量沉积位置相关联，从而实现对粒子束流射程的分析。相较于发明专利“用声波测量进行辐射束射程验证的系统和方法cn201780058480”，pet体内射程验证方法具有更高的灵敏度和更广泛的临床应用价值。
2、pet体内射程验证的具体过程是，在患者完成粒子束治疗后，将患者转运到pet设备上，行ct(计算机断层)扫描，之后进行放射性核素的探测，从而获取pet扫描放射性核素浓度分布信息和对应的pet扫描ct信息。通过pet扫描ct与粒子计划ct进行刚性配准，从而将放射性核素浓度分布与粒子治疗计划ct各体素关联起来，进而可以分析粒子束在患者体内的射程。
3、然而，由于pet扫描仅可以在仰卧位进行，当粒子治疗计划ct扫描和治疗处于非仰卧位时(如坐姿治疗、立式治疗、旋转仓治疗等),pet扫描ct与治疗计划ct之间会存在巨大的形变偏差，导致pet扫描的放射性核素浓度分布信息与粒子治疗计划ct各体素之间无法建立关联，因此使用传统方法对非仰卧位治疗的粒子束流进行pet体内射程验证的精度极差，甚至无法获得准确结果。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提高pet扫描的放射性核素浓度分布信息与粒子治疗计划ct各体素关联精度，从而提高粒子束流pet体内射程验证的精度。
2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种提高粒子束射程验证精度的方法，包括如下步骤：
3、s1:在完成粒子束照射后，基于仰卧位，利用pet系统，获得pet扫描放射性核素活度分布矩阵和pet扫描ct矩阵；
4、s2:将pet扫描ct矩阵与治疗计划的ct矩阵进行形变配准，获得形变配准矢量矩阵；
5、s3:根据形变配准矢量矩阵对pet扫描ct矩阵进行空间形变，得到形变配准后的pet扫描ct矩阵；
6、s4:对形变配准后的pet扫描ct矩阵和治疗计划ct矩阵进行结构相似性指标ssim计算，设置阈值指标，低于阈值指标，则改变形变配准策略，优化形变配准矢量矩阵，直至结构相似性指标值满足阈值条件。
7、s5:用形变配准矢量矩阵对pet扫描放射性核素活度分布矩阵进行空间形变，完成pet扫描放射性核素活度分布矩阵和患者治疗计划ct矩阵的关联；
8、s6:在pet扫描放射性核素活度分布矩阵中提取对应的粒子束射程信息，评估射程误差范围。
9、s7:生成一份报告，说明实际射程与计划射程的差异情况，根据报告调整治疗计划或中断治疗。
10、优选的：上述相似性指标ssim计算如下：
11、
12、其中x和y是两幅图像的矩阵，μx和μy是图像的均值，σx和σy是图像的方差，σxy是图像的协方差，c1和c1是两个常数，用于稳定分母。
13、优选的：所述的优化形变配准矢量矩阵的步骤s4包括但不限于：
14、多尺度ssim：在不同的尺度上计算ssim值，通过调整各个尺度上的权重，优化整体ssim值；
15、梯度下降优化：采用梯度下降算法，基于ssim值的梯度信息，不断调整形变配准矢量矩阵，以最大化ssim值；
16、自适应反馈控制：在每次优化后，实时计算相似性指标，并根据反馈调整优化策略。
17、优选的：所述的形变配准采用如下任一或组合，包括：
18、非线性形变配准，用于适应组织在治疗体位与pet扫描体位发生变化时的复杂变形；
19、基于物理的模型中的弹性模型、黏弹性模型，模拟真实世界中物体的物理特性；
20、基于图像处理的局部相似性的度量；
21、基于机器学习的方法，卷积神经网络训练用来学习图像间的非线性变形模式。
22、在进行结构相似性指标计算时，使用自适应反馈控制系统来实时调整形变配准策略，包括但不限于调整形变配准模型的控制点位置，并重新计算形变矢量矩阵；引入更复杂的非线性函数；使用梯度下降算法优化形变矢量矩阵；采用多尺度配准策略，从粗到细逐步优化配准结果，直到结构相似性指标超过预设的阈值。
23、优选的：步骤s3中空间形变过程包括使用高精度的插值技术，包括但不限于b样条插值、三次样条插值、高阶线性插值的一种或几种，用以确保放射性核素活度分布矩阵在形变配准后保持原始的核素相对活度分布信息。
24、优选的：步骤s6中所述评估射程误差范围的方法包括但不限于比较pet扫描活度分布峰值位置与治疗计划射程末端位置之间的距离；比较pet扫描活度分布和蒙特卡罗模拟相对活度分布的50％活度位置即r50的差异。
25、优选的：所述根据所述报告调整治疗计划或中断治疗包括使用自动化软件工具实现根据实时射程验证结果自动提出调整建议。
26、基于上述方法，同时还提供一种提高粒子束射程精度的验证系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的提高粒子束射程验证精度的程序，所述提高粒子束射程验证精度程序被所述处理器执行时实现如上述提高粒子束射程验证精度的方法的步骤。
27、基于上述方法，同时还提供一种存储介质，其特征在于：其上存储有图像处理程序，所述提高粒子束射程验证精度程序被处理器执行时实现上述提高粒子束射程验证精度的方法的步骤。
28、本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
29、(1)本发明提供了一种提高粒子束射程验证精度的方法，通过非线性形变配准适应治疗体位与pet扫描体位的变化，改善和修正粒子束体内射程的估算。在传统pet体内射程验证方法中未考虑复杂形变所产生的影响，因此射程验证结果精度受限，尤其是在处理治疗体位与扫描体位发生变化的情况时。而本发明通过使用形变后的pet扫描放射性核素活度分布来确定射程位置和ct中的靶位置之间的关系，提高了粒子束pet体内射程验证的精度；
30、(2)本发明并非使用单一的形变配准算法，而是使用结构相似性指标作为形变配准的检测指标，使用自适应反馈控制系统对形变配准算法和策略进行实时调整，直到结构相似性指标满足预设的临床要求。该特征实现了配准过程的动态优化，提高了形变配准的精度。
31、(3)通过应用高精度的插值技术(如b样条插值、三次样条插值和高阶线性插值)确保放射性核素活度分布矩阵在形变配准后仍保持或接近原始的核素相对活度分布信息。从而进一步提高了分析粒子束射程的精度。
32、(4)根据实时射程验证误差分析结果，使用自动化软件工具提出调整建议，从而在发现射程偏差时能够及时调整治疗计划。增强了治疗过程的安全性和有效性。
1.一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：相似性指标ssim计算如下：
3.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：所述的优化形变配准矢量矩阵的步骤s4包括但不限于：
4.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：所述的形变配准采用如下任一或组合，包括：
5.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：在进行结构相似性指标计算时，使用自适应反馈控制系统来实时调整形变配准策略，包括但不限于调整形变配准模型的控制点位置，并重新计算形变矢量矩阵；引入更复杂的非线性函数；使用梯度下降算法优化形变矢量矩阵；采用多尺度配准策略，从粗到细逐步优化配准结果，直到结构相似性指标超过预设的阈值。
6.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：步骤s3中空间形变过程包括使用高精度的插值技术，包括但不限于b样条插值、三次样条插值、高阶线性插值的一种或几种，用以确保放射性核素活度分布矩阵在形变配准后保持原始的核素相对活度分布信息。
7.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：步骤s6中所述评估射程误差范围的方法包括但不限于比较pet扫描活度分布峰值位置与治疗计划射程末端位置之间的距离；比较pet扫描活度分布和蒙特卡罗模拟相对活度分布的50％活度位置即r50的差异。
8.根据权利要求1所述的一种提高粒子束射程验证精度的方法，其特征在于：步骤s7中所述根据报告调整治疗计划或中断治疗包括使用自动化软件工具实现根据实时射程验证结果自动提出调整建议。
9.一种提高粒子束射程验证精度的系统，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的提高粒子束射程验证精度的程序，所述提高粒子束射程验证精度程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的提高粒子束射程验证精度的方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于：其上存储有图像处理程序，所述提高粒子束射程验证精度程序被处理器执行时实现权利要求1-8中任一项所述的提高粒子束射程验证精度的方法的步骤。
