一種交互式放射治療計劃系統(tǒng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及放射線治療計劃制定技術領域，特別是涉及一種交互式放射治療計劃 系統(tǒng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 腫瘤放射治療計劃的制定是一個復雜的迭代過程，其步驟如圖1所式。
[0003] 當前的計劃系統(tǒng)（TPS，treatment planning system)都是基于單機運行。物理師 和醫(yī)生首先將病人的CT數(shù)據(jù)導入TPS中，然后在CT上勾畫靶區(qū)和器官；基于靶區(qū)和器官的 信息，物理師在CT圖像參考下布置照射野的幾何位置，并輸入醫(yī)生開具的處方劑量和劑量 限制。
[0004] 接下來物理師啟動優(yōu)化算法，優(yōu)化算法以處方劑量和劑量限制為目標，盡量使靶 區(qū)內實現(xiàn)均勻的處方劑量分布，而危及器官得到的劑量在不超過劑量限制的情況下盡量 小。優(yōu)化算法的輸出為照射野的輻射通量圖。由此輻射通量圖可以計算出病人體內輻射劑 量分布。病人體內的劑量分布是物理師和醫(yī)生評定一個治療計劃優(yōu)劣的重要依據(jù)。好的治 療計劃在靶區(qū)內生成均勻的處方劑量，并使危及器官內的劑量在低于限制劑量的范圍內盡 量地低。
[0005] 當前TPS的優(yōu)化算法的目標函數(shù)為：Σ 。 (6765
[0006] 其中，s為感興趣目標（包含靶區(qū)和危及器官）的集合，w°為感興趣目標〇的權 重因子，G°為感興趣目標 〇的代價函數(shù)，X為照射野的輻射通量圖，即待優(yōu)化的目標變量。 D°為感興趣目標σ的劑量沉積矩陣，矩陣元素 Du代表第j個射野單元（beamlet)在單位 輻射強度下對第i個CT中的體素（voxel)所貢獻的劑量。由此可知感興趣目標 〇所接受 的劑量d°與輻射通量圖之間的關系d ° = D °χ，如圖2所示。
[0007] 如果一次優(yōu)化迭代后產生的劑量分布沒有達到預期效果，物理師要調整優(yōu)化算法 的約束參數(shù)，然后再次啟動優(yōu)化算法，直到得到滿意的劑量分布為止?？梢哉{整的參數(shù)例 如：感興趣目標的權重因子、劑量限制，器官采樣點分辨率，甚至勾畫一個或多個虛擬的器 官并給予特定的劑量限制來加入到優(yōu)化的目標函數(shù)中。
[0008] 由此可見，現(xiàn)有優(yōu)化算法的可調參數(shù)和最終的劑量分布之間的相關性非常模糊。 更改哪些參數(shù)，修改多少才能達到滿意的效果，要依賴于物理師的臨床經(jīng)驗。因此，制作一 個滿意的治療計劃所耗費的時間，是和制作計劃的物理師臨床經(jīng)驗十分相關的。同樣一個 病例，經(jīng)驗豐富的物理師可能嘗試幾次參數(shù)調整就能得到一個滿足臨床要求的治療計劃， 而經(jīng)驗不足的物理師可能要嘗試幾十次才能達到目標。
[0009] 隨著CT分辨率的提高以及放射治療對于精度和安全的要求越來越高，優(yōu)化目標 函數(shù)的規(guī)模也越來越大。譬如一個頭頸部分放療計劃的劑量沉積矩陣D的規(guī)模大概為幾 十萬乘以幾萬。優(yōu)化這樣大規(guī)模的病態(tài)目標函數(shù)是非常耗時的，當前TPS執(zhí)行一次優(yōu)化的 時間依據(jù)放療計劃的復雜程度從十幾分鐘到幾個小時不等。

【發(fā)明內容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種交互式放射治療計劃系統(tǒng)優(yōu)化方法及系 統(tǒng)，能夠簡化放射治療計劃的制作過程。
[0011] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種交互式放射治療計劃系統(tǒng) 優(yōu)化方法，包括以下步驟：在靶區(qū)/器官勾畫、布置照射野后，采用優(yōu)化目標函數(shù)進行放射 治療計劃的優(yōu)化生成等劑量線分布圖，經(jīng)過優(yōu)化后的劑量分布不達標時，將不達標的等劑 量線移動至目標位置，再一次采用優(yōu)化目標函數(shù)進行優(yōu)化直至劑量分布達標為止。
[0012] 所述優(yōu)化目標函數(shù)為nIi,!1 Σ Σ ，其中，X為待優(yōu)化的輻射通量圖，s為所 有器官的集合，V。為器官內體素的集合為體素 j的權重因子，為體素 j的代價函數(shù)， Dj為體素 j的劑量沉積矩陣。
[0013] 所述將不達標的等劑量線移動至目標位置后，計算等劑量線運動所覆蓋的區(qū)域， 并找到該區(qū)域內包含的體素，將所有這些體素所對應的權重乘以一個比例系數(shù)。
[0014] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：還提供一種交互式放射治療計劃系 統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)，包括判斷模塊、優(yōu)化模塊、等劑量線生成模塊和移動模塊，所述優(yōu)化模塊在靶 區(qū)/器官勾畫、布置照射野后，采用優(yōu)化目標函數(shù)進行放射治療計劃的優(yōu)化；所述等劑量線 生成模塊根據(jù)所述優(yōu)化模塊優(yōu)化的結果生成等劑量線分布圖；所述判斷模塊用于判斷優(yōu)化 后的劑量分布是否達標；所述移動模塊用于將不達標的等劑量線移動至目標位置，完成后 的所述優(yōu)化模塊再采用優(yōu)化目標函數(shù)進行進行放射治療計劃的優(yōu)化直至劑量分布達標為 止。
[0015] 所述優(yōu)化目標函數(shù)為Σ Σ '其中，X為待優(yōu)化的輻射通量圖，s為所 有器官的集合，V。為器官內體素的集合為體素 j的權重因子，為體素 j的代價函數(shù)， Dj為體素 j的劑量沉積矩陣。
[0016] 所述優(yōu)化模塊在所述移動模塊將不達標的等劑量線移動至目標位置后，用于計算 等劑量線運動所覆蓋的區(qū)域，并找到該區(qū)域內包含的體素，將所有這些體素所對應的權重 乘以一個比例系數(shù)。
[0017] 所述優(yōu)化系統(tǒng)處于云端。
[0018] 有益效果
[0019] 由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效 果：使用本發(fā)明的方法制作放射治療計劃，對物理師的經(jīng)驗要求不高，僅需按照要求的劑量 分布來拖動等劑量線就可以快速得到想要的劑量分布，不到一個小時的時間即可完成一個 放射治療計劃的制作，簡化了放射治療計劃的制作過程，提高了病人的治療效率，使得寶貴 的醫(yī)療資源利用率更高。
【附圖說明】
[0020] 圖1是現(xiàn)有技術中制定放射治療計劃的流程圖；
[0021] 圖2是射野單元與體素劑量關系圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明的流程圖；
[0023] 圖4是等劑量線移動示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。