本发明涉及放疗定位，特别是一种基于电流变液技术的放疗定位系统。
背景技术：
1、在现代放射治疗（简称放疗）中，为确保射线精准作用于肿瘤区域，通常采用多种方式对患者进行固定，避免因体位变化或呼吸运动导致的治疗偏差。目前的放疗定位方法主要依赖于机械夹具、真空固定垫等物理装置，这些固定方式尽管在一定程度上提升了靶区定位的稳定性，但由于固定方式的刚性特征，难以充分适应患者个体解剖差异及体位的微小变化，尤其是在呼吸等动态活动影响下，这类物理装置难以提供一致、稳定的压力分布。此外，传统的机械固定系统对患者的舒适度关注较少，固定过程中可能会产生局部压迫，进而影响患者的舒适度和治疗体验。因此，传统放疗定位系统的刚性固定策略存在着一定的局限性，不仅对靶区定位精度有所限制，还可能因患者不适而影响放疗的有效性。
2、电流变液（er）技术的应用为提高放疗固定系统的适应性和舒适性提供了新思路。电流变液在外加电场下可迅速改变其流变性，从而形成可控的半固态结构，使其能够根据患者体表轮廓和定位需求实现柔性成形。然而，现有的基于电流变液的放疗定位技术在电场配置和压力调节的精度上仍存在局限。现有系统通常通过预设的电场模式来控制电流变液的成形，这种固定模式难以适应不同患者的解剖特征和靶区位置的精细化需求。同时，由于缺乏实时的压力监测和动态调整，电场在施加过程中容易导致压力分布不均，产生局部压迫或松弛区域，从而影响定位的精度。此外，现有技术的动态响应能力较弱，难以在患者呼吸等生理活动引起的体表微小变化时保持稳定的固定效果，这在较长时间的放疗过程中尤其突出。因此，现有电流变液放疗定位系统在压力均匀性、动态适应性和个性化精准度方面仍存在改进空间。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明提供了一种基于电流变液技术的放疗定位系统，能够解决背景技术中提到的问题。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
4、第一方面，本发明实施例提供了一种基于电流变液技术的放疗定位系统，其包括，图像采集单元，用于获取患者的ct图像，并通过图像分析确定放疗靶区位置信息；固定策略制定单元，用于根据所述放疗靶区位置信息，制定患者的固定策略，确定关键固定区域，并选择与患者体型相适配的放疗定位垫，将所述放疗定位垫置于患者的待固定部位；压力传感单元，用于采集并获取患者体表与所述放疗定位垫的初始压力分布数据；电场配置选择单元，其基于所述放疗靶区位置信息和初始压力分布数据，从预设电场模式库中选择最佳匹配的电场配置方案；若无匹配方案，则生成新的电场配置方案；电场施加单元，用于通过所述放疗定位垫内各腔室的微电极阵列对电流变液施加电场，使所述放疗定位垫按选定的电场配置方案成形。
5、作为本发明所述基于电流变液技术的放疗定位系统的一种优选方案，其中：所述患者的ct图像是通过高分辨率ct扫描设备对患者进行全身或局部扫描，获取一系列横断面ct图像，所述ct图像包含患者体内组织和器官的密度信息，以灰度值形式呈现。
6、作为本发明所述基于电流变液技术的放疗定位系统的一种优选方案，其中：所述放疗靶区位置信息包括三维坐标、体积和形状特征；确定所述三维坐标的过程包括如下步骤：确定ct图像的坐标系统，具体为将患者身体的头脚方向定义为z轴，左右方向定义为x轴，前后方向定义为y轴；以患者头部最上端的切片为z轴原点，身体中线为x轴原点，背部接触扫描床面为y轴原点；在每张ct切片上标记放疗靶区边界点，并确定放疗靶区的几何中心坐标和最大范围。
7、作为本发明所述基于电流变液技术的放疗定位系统的一种优选方案，其中：根据所述放疗靶区位置信息，制定患者的固定策略，确定关键固定区域，包括如下步骤：基于所述放疗靶区位置信息，以放疗靶区的几何中心为参考点，在患者体表投影位置的周围划分出若干个同心环状区域；其中，最内层环状区域对应放疗靶区投影，被定义为核心固定区；向外依次为近端固定区、中端固定区和远端固定区；对各固定区域赋予不同的固定优先级，依次为严格，对应核心固定区、高级，对应近端固定区、中等，对应中端固定区、低级，对应远端固定区；根据患者的体位变化调整各固定区域的范围和形状，来覆盖影响放疗靶区位置的所有关键体表区域，也即关键固定区域。
8、作为本发明所述基于电流变液技术的放疗定位系统的一种优选方案，其中：所述压力传感单元通过在放疗开始时，启动放疗定位垫表面嵌入压力传感阵列，采集并分析得到患者体表与所述放疗定位垫的初始压力分布数据，具体包括如下步骤：确定最大压力点及其位置、计算各固定区域的平均压力、识别压力突变区域，以及评估压力分布的均匀性；计算每个压力传感器与相邻传感器的压力差，形成梯度矩阵pgm：
9、；
10、其中，i，j是压力传感器的索引，是相邻压力传感器在x和y方向上的距离。
11、根据梯度矩阵pgm计算每个点的压力梯度幅值：
12、；
13、定义压力突变阈值，当时，标记为压力突变点。
14、计算压力分布均匀性指数pdu：
15、；
16、其中，是第i个压力传感器的压力值，是所有压力传感器的平均压力值，是压力传感器总数。
17、计算患者的呼吸压力波动指数rpi：
18、；
19、其中，和分别是呼吸周期内的最大和最小压力，是平均压力，是实际呼吸频率，是标准呼吸频率，是频率调节因子。
20、将所述压力分布均匀性指数pdu和呼吸压力波动指数rpi作为初始压力分布数据。
21、作为本发明所述基于电流变液技术的放疗定位系统的一种优选方案，其中：基于所述放疗靶区位置信息和初始压力分布数据，从预设电场模式库中选择最佳匹配的电场配置方案；若无匹配方案，则生成新的电场配置方案，包括如下步骤：整合放疗靶区的几何中心坐标、最大范围和初始压力分布数据；
22、访问预设电场模式库，所述预设电场模式库包含多种预定义的电场配置方案，每个电场配置方案包括的放疗靶区位置范围、理想压力分布参数、放疗定位垫内各腔室的电场强度和方向；通过计算电场配置匹配度指数ecmi，从所述预设电场模式库中选择最佳匹配的电场配置方案：
23、；
24、其中，w1, w2, w3 为权重系数，为位置匹配度，为压力匹配度，为形状匹配度。
25、其中，位置匹配度的计算：
26、；
27、其中，为当前方案的放疗靶区的几何中心坐标，为所述预设电场模式库中电场配置方案的放疗靶区的几何中心坐标，是各方向的标准差，用于调整匹配的容忍度。
28、其中，压力匹配度的计算：
29、；
30、其中，是当前方案的压力分布单元，是所述预设电场模式库中电场配置方案的理想压力分布单元值，是当前方案的压力指数，是库中方案的理想压力指数值，是可接受的最大压力指数值。
31、形状匹配度的计算：
32、；
33、其中，和分别为当前方案的放疗靶区和所述预设电场模式库中电场配置方案的放疗靶区的最小和最大截面积，为形状调节因子。
34、计算预设电场模式库中每个电场配置方案的ecmi值，选择ecmi最高的电场配置方案作为最佳匹配的电场配置方案；如果最高的ecmi值低于预设阈值，则提示需要人工干预或生成新的电场配置方案。
35、作为本发明所述基于电流变液技术的放疗定位系统的一种优选方案，其中：如果预设电场模式库中每个电场配置方案的电场配置匹配度指数ecmi都低于预设阈值，则启动新方案生成程序，该生成程序基于电流液变的特性和放疗靶区需求，直接构建电场配置，具体步骤如下：根据放疗靶区位置和形状，创建理想电场分布图 ；将放疗定位垫划分为m×n网格，每个网格点放置一个电极，使用遗传算法优化电极布局；使用电荷模拟法求解给定电极布局下的实际电场分布，利用电场差异函数量化实际电场分布与理想分布之间的差异，其中，目标函数为：
36、；
37、优化目标是最小化d，同时满足以下约束：
38、总电极数量限制：；
39、电极间距限制：；
40、电压范围限制：；
41、其中，为电极o和p之间的距离，电极之间允许的最小距离，为允许的最大电极数量，为电极电压的最小和最大允许值；为电极电压。
42、在确定电极布局后，进入电压分配的优化阶段，使用梯度下降法，逐步调整每个电极的电压，减小实际电场与理想电场的差异。
43、第二方面，本发明实施例提供了一种基于电流变液技术的放疗定位方法，其包括：获取患者的ct图像，通过图像分析确定放疗靶区位置信息；根据所述放疗靶区位置信息，制定患者固定策略，确定关键固定区域，并选择与患者体型相适配的放疗定位垫，将所述放疗定位垫置于患者的待固定部位；采集并获取患者体表与所述放疗定位垫的初始压力分布数据；基于所述放疗靶区位置信息和初始压力分布数据，从预设电场模式库中选择最佳匹配的电场配置方案，若无匹配方案，则生成新的电场配置方案；通过所述放疗定位垫内各腔室的微电极阵列对电流变液施加电场，使所述放疗定位垫根据选定的电场配置方案成形。
44、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于电流变液技术的放疗定位系统的任一步骤。
45、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于电流变液技术的放疗定位系统的任一步骤。
46、本发明有益效果为本发明通过ct图像分析实现精准靶区定位，并依据患者体型和靶区位置制定固定策略。利用压力传感单元实时采集体表压力分布数据，优化定位垫的压力均匀性，从而提高舒适度并减少压力集中。同时，该系统通过微电极阵列动态施加电场，使定位垫自适应成形，并能够实时响应呼吸等生理变化，以确保靶区在放疗中的高精度和稳定性，有效提升了放疗的安全性与疗效。
1.一种基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：所述患者的ct图像是通过高分辨率ct扫描设备对患者进行全身或局部扫描，获取一系列横断面ct图像，所述ct图像包含患者体内组织和器官的密度信息，以灰度值形式呈现。
3.如权利要求2所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：所述放疗靶区位置信息包括三维坐标、体积和形状特征；确定所述三维坐标的过程包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：根据所述放疗靶区位置信息，制定患者的固定策略，确定关键固定区域，包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：所述压力传感单元通过在放疗开始时，启动放疗定位垫表面嵌入压力传感阵列，采集并分析得到患者体表与所述放疗定位垫的初始压力分布数据，具体包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：基于所述放疗靶区位置信息和初始压力分布数据，从预设电场模式库中选择最佳匹配的电场配置方案；若无匹配方案，则生成新的电场配置方案，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：如果预设电场模式库中每个电场配置方案的电场配置匹配度指数ecmi都低于预设阈值，则启动新方案生成程序，该生成程序基于电流液变的特性和放疗靶区需求，直接构建电场配置，具体步骤如下：
8.一种基于电流变液技术的放疗定位方法，基于权利要求1~7任一所述的基于电流变液技术的放疗定位系统，其特征在于：包括，
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1~7任一所述的基于电流变液技术的放疗定位系统的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~7任一所述的基于电流变液技术的放疗定位系统的步骤。
