一種劑量?jī)?yōu)化方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及放射治療設(shè)備的優(yōu)化，尤其涉及基于理想劑量體積直方圖的優(yōu)化。
【背景技術(shù)】
[0002] 放射治療作為腫瘤的一種局部治療手段，一直在不斷尋求解決的一個(gè)基本問(wèn)題 是，如何較好地處理腫瘤組織和周圍正常組織的劑量關(guān)系，使腫瘤得到最大限度的局部控 制而周圍正常組織和器官的放射損傷最小。臨床經(jīng)驗(yàn)證明，腫瘤的局部控制與正常組織的 放射損傷有一定的關(guān)系。多數(shù)情況下，腫瘤控制率與正常組織損傷成正比例，即提高腫瘤的 局部控制率必然造成對(duì)正常組織的更多的損傷。臨床經(jīng)驗(yàn)也證明，通過(guò)改進(jìn)照射技術(shù)、選擇 合理的時(shí)間劑量因子，在保持同等水平的腫瘤控制率的情況下，可減低正常組織的放射損 傷。治療方案的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)上述目的的途徑之一。
[0003] 治療方案優(yōu)化就是治療方案的個(gè)體化，優(yōu)化的過(guò)程就是利用優(yōu)化算法求解優(yōu)化模 型獲得最優(yōu)化方案的過(guò)程。優(yōu)化方法是通過(guò)建立目標(biāo)函數(shù)與約束條件建立優(yōu)化模型，利用 優(yōu)化算法求解獲得最優(yōu)化方案的方法。在建立模型過(guò)程中，根據(jù)求解問(wèn)題的需要，可以將約 束條件并入目標(biāo)函數(shù)使用，以便將問(wèn)題簡(jiǎn)化，形成減少約束條件或者無(wú)約束條件的優(yōu)化模 型。因此，治療方案優(yōu)化是利用優(yōu)化算法求解優(yōu)化模型在約束條件下的趨近目標(biāo)的過(guò)程。
[0004] 目前，放射治療中采用的模式包括適形放射治療（ConformalRadiation Therapy,CRT)、調(diào)強(qiáng)放射治療（IntensityModulatedRadiationTherapy,IMRT)、旋轉(zhuǎn)調(diào) 強(qiáng)放射治療（IntensityModulatedArcRadiationTherapy,IMAT)、斷層調(diào)強(qiáng)放射治療 (Tomotherapy)、爆發(fā)式調(diào)強(qiáng)放射治療（BurstModeRadiationTherapy)以及容積調(diào)強(qiáng)放 射治療（VolumatricArcRadiationTherapy,VMAT)以及其混合模式。這些模式下一般包 括兩種優(yōu)化方法：通量圖（FluenceMap，也稱為注量圖或強(qiáng)度圖）優(yōu)化方法、直接子野優(yōu)化 方法。
[0005] 通量圖優(yōu)化（FluenceMapOptimization，F(xiàn)M0)方法，是根據(jù)醫(yī)生給定的處方劑量 與器官約束（腫瘤靶區(qū)/正常器官/危及器官等），建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并利用優(yōu)化算法求 解該模型，獲得各個(gè)射線束的強(qiáng)度分布的方法。由于各個(gè)射線束的強(qiáng)度分布，使用多葉準(zhǔn)直 器無(wú)法直接執(zhí)行，需要離散為多個(gè)多葉準(zhǔn)直器形狀（子野）的疊加。
[0006] 直接子野優(yōu)化方法，除了考慮醫(yī)生處方劑量與器官約束之外，引進(jìn)了機(jī)器參數(shù)尤 其是用于執(zhí)行計(jì)劃的多葉準(zhǔn)直器的葉片約束條件，建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并利用優(yōu)化算法求 解該模型，獲得各個(gè)射線束下多個(gè)多葉準(zhǔn)直器形狀（子野）的方法。
[0007] 通量圖優(yōu)化方法速度很快，且在建立優(yōu)化模型時(shí)，不需要考慮實(shí)際照射中的多葉 準(zhǔn)直器的限制，因此，該優(yōu)化結(jié)果是最理想的結(jié)果，所產(chǎn)生的劑量體積直方圖是一種理想劑 量體積直方圖。但是，該理想結(jié)果無(wú)法直接使用，現(xiàn)有技術(shù)將其優(yōu)化獲得的通量分布轉(zhuǎn)換為 子野使用，但由于形成子野的多葉準(zhǔn)直器的形狀受到尺寸限制，將通量分布轉(zhuǎn)換為子野使 用的過(guò)程中損失了精度。如圖1的A曲線為通量圖優(yōu)化得到的理想劑量體積直方圖，如果 能理想執(zhí)行該強(qiáng)度分布，則被照射對(duì)象所受到的輻射劑量滿足A曲線分布；但是，現(xiàn)有技術(shù) 是FMO的結(jié)果離散化后生成可用于放射治療機(jī)器執(zhí)行的多個(gè)子野，多個(gè)子野疊加后獲得總 的強(qiáng)度，與理想強(qiáng)度相比將會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。因此通量圖優(yōu)化方法的最主要缺點(diǎn)是不夠 精準(zhǔn)?，F(xiàn)有技術(shù)的直接子野優(yōu)化方法雖然所得到的解可以直接執(zhí)行，但是與理想的效果仍 然有一定距離。
[0008] 另外，由于這兩種優(yōu)化方法最終得到的優(yōu)化結(jié)果均是對(duì)應(yīng)各自放射治療模式的子 野的形狀與強(qiáng)度分布，而不同放射治療模式下，子野是不同的，因此對(duì)應(yīng)的子野的劑量分布 也應(yīng)是不同的，所以在現(xiàn)有技術(shù)中這兩種優(yōu)化方法最終得到的優(yōu)化結(jié)果在不同放射治療模 式下無(wú)法通用，需要重新優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的理想劑量體積直方圖無(wú)法直接被放射治療設(shè)備執(zhí)行、優(yōu)化 結(jié)果精度較差、且在各治療模式間通用性差的缺陷，本發(fā)明提供了一種劑量?jī)?yōu)化方法和系 統(tǒng)。
[0010] 本發(fā)明提供了一種劑量?jī)?yōu)化方法。所述方法包括以下步驟：
[0011] 獲取第一劑量體積直方圖，所述第一劑量體積直方圖為通量圖優(yōu)化的結(jié)果；
[0012] 提供第二優(yōu)化模型，以所述第一劑量體積直方圖為優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化所述第二優(yōu)化模 型的參數(shù)，獲得第二劑量體積直方圖，其中若所述第二劑量體積直方圖與所述第一劑量體 積直方圖的比較結(jié)果小于一閾值，則優(yōu)化結(jié)束；否則，繼續(xù)優(yōu)化。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取第一劑量體積直方圖包括：通過(guò)求解通量圖優(yōu)化模型 獲取所述第一劑量體積直方圖。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取第一劑量體積直方圖包括：從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取所述第一 劑量體積直方圖。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)至少一個(gè)劑量體積直方圖，所述劑量體積直 方圖為通量圖優(yōu)化的結(jié)果。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，在提供所述第二優(yōu)化模型之前，還包括以下步驟：
[0017] 選擇治療模式，所述治療模式包括適形放射治療模式、調(diào)強(qiáng)放射治療模式、旋轉(zhuǎn)調(diào) 強(qiáng)放射治療模式、斷層調(diào)強(qiáng)放射治療模式、爆發(fā)式調(diào)強(qiáng)放射治療模式以及容積調(diào)強(qiáng)放射治 療模式中的至少一種。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，以所述第一劑量體積直方圖為優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化所述第二優(yōu)化模型 的參數(shù)，獲得第二劑量體積直方圖的步驟包括：
[0019] 通過(guò)修改所述第二優(yōu)化模型的參數(shù)來(lái)調(diào)整所述第二劑量體積直方圖，從而使得所 述第二劑量體積直方圖不斷逼近所述第一劑量體積直方圖，其中所述第二優(yōu)化模型的參數(shù) 包括子野形狀與子野權(quán)重。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二優(yōu)化模型的參數(shù)還包括子野角度和/或子野個(gè)數(shù)。
[0021 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二優(yōu)化模型采用直接子野優(yōu)化模型。
[0022] 本發(fā)明還提供了一種劑量?jī)?yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0023] 獲取單元，被配置成獲取第一劑量體積直方圖，所述第一劑量體積直方圖為通量 圖優(yōu)化的結(jié)果；
[0024] 第二優(yōu)化單元，被配置成提供第二優(yōu)化模型，以所述第一劑量體積直方圖為優(yōu)化 目標(biāo)優(yōu)化第二優(yōu)化模型的參數(shù)，獲得第二劑量體積直方圖，其中若所述第二劑量體積直方 圖與所述第一劑量體積直方圖的比較結(jié)果小于一閾值，則優(yōu)化結(jié)束；否則，繼續(xù)優(yōu)化。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取單元包括通量圖優(yōu)化單元，被配置成提供通量圖優(yōu)化 模型以獲取所述第一劑量體積直方圖。
[0026] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取單元被配置成從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取所述第一劑量體積直方 圖。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)至少一個(gè)劑量體積直方圖，所述劑量體積直 方圖為通量圖優(yōu)化的結(jié)果。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括：
[0029] 選擇單元，被配置成用于選擇治療模式，所述治療模式包括適形放射治療模式、調(diào) 強(qiáng)放射治療模式、旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療模式、斷層調(diào)強(qiáng)放射治療模式、爆發(fā)式調(diào)強(qiáng)放射治療模 式以及容積調(diào)強(qiáng)放射治療模式中的至少一種。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二優(yōu)化單元被配置成通過(guò)修改所述第二優(yōu)化模型的參數(shù) 來(lái)調(diào)整所述第二劑量體積直方圖，從而使得所述第二劑量體積直方圖不斷逼近所述第一劑 量體積直方圖，其中所述第二優(yōu)化模型的參數(shù)包括子野形狀與子野權(quán)重。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二優(yōu)化模型的參數(shù)還包括子野角度和/或子野個(gè)數(shù)。
[0032] 本發(fā)明還提供了又一種劑量?jī)?yōu)化方法，所述方法包括：
[0033] 采用通量圖優(yōu)化方法獲得第一劑量體積直方圖；
[0034] 以所述第一劑量體積直方圖為目標(biāo)采用直接子野優(yōu)化方式獲得第二劑量體積直 方圖，若所述第二