本發(fā)明涉及放射治療領(lǐng)域，尤其涉及一種放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

放射治療是利用放射線如放射性同位素產(chǎn)生的α、β、γ射線和各類(lèi)x射線治療機(jī)或加速器產(chǎn)生的x射線、電子線、質(zhì)子束及其它粒子束等治療惡性腫瘤的一種方法。

由于射束能量高，在腫瘤細(xì)胞被殺死的同時(shí)正常細(xì)胞也會(huì)受到影響。為了盡可能地減少對(duì)正常組織的傷害，需要制定放射治療計(jì)劃。放射治療計(jì)劃中，醫(yī)生需要給出處方和治療方案，物理師根據(jù)醫(yī)生處方，勾畫(huà)器官和腫瘤位置，以及總的腫瘤體積(Gross Tumor Volume，GTV)、臨床目標(biāo)體積(Clinical Target volume，CTV)和計(jì)劃治療體積(Planning Target Volume，PTV)等靶區(qū)，制定放射治療計(jì)劃并進(jìn)行優(yōu)化。

在放射治療計(jì)劃優(yōu)化之后，計(jì)算當(dāng)前計(jì)劃對(duì)應(yīng)的患者體內(nèi)的劑量分布以判斷當(dāng)前計(jì)劃是否滿(mǎn)足預(yù)期要求。如果靶區(qū)的某些部位的劑量達(dá)不到處方劑量的要求或者需要保護(hù)的危及器官的某些部位的劑量超過(guò)了限定劑量，則此時(shí)的放射治療計(jì)劃不能滿(mǎn)足醫(yī)生的要求，需要進(jìn)行調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法，包括：獲取感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)，所述感興趣區(qū)域包括感興趣的器官及腫瘤；建立優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化；計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布；迭代地執(zhí)行以下步驟直至滿(mǎn)足放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束：判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)，如滿(mǎn)足，則放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束，如不滿(mǎn)足，則更新當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。

可選的，所述更新當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化包括：將不滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)加入當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。

可選的，所述判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)為自動(dòng)判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)各采樣點(diǎn)的劑量值是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。

可選的，所述放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法還包括：調(diào)整放射治療計(jì)劃的優(yōu)化參數(shù)，基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)更新優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。

可選的，所述放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法還包括：對(duì)不滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的區(qū)域進(jìn)行輔助勾畫(huà)，基于所述輔助勾畫(huà)的區(qū)域更新優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。

可選的，所述更新優(yōu)化模型為重新建立優(yōu)化模型。

可選的，所述更新優(yōu)化模型為更新當(dāng)前優(yōu)化模型。

本發(fā)明還提出了一種放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，包括：獲取單元，用于獲取感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)，所述感興趣區(qū)域包括感興趣的器官及腫瘤；優(yōu)化單元，用于建立優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化；劑量計(jì)算單元，用于計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布；判斷單元，用于判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)，輸出單元，用于輸出放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)果。

可選的，所述優(yōu)化單元還用于根據(jù)判斷單元的結(jié)果用不滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)更新所述優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。

可選的，所述判斷單元用于自動(dòng)判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)各采樣點(diǎn)的劑量值是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法通過(guò)將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)加入優(yōu)化模型對(duì)優(yōu)化模型不斷更新，可以得到感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量滿(mǎn)足要求的放射治療計(jì)劃；

本發(fā)明提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法可以自動(dòng)對(duì)采樣點(diǎn)的劑量進(jìn)行檢查，從而得到不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)用于更新優(yōu)化模型。

本發(fā)明提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法中，物理師對(duì)自動(dòng)優(yōu)化的結(jié)果不滿(mǎn)意，可以對(duì)優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和/或增加輔助勾畫(huà)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化以得到滿(mǎn)意的放射治療計(jì)劃。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法流程圖一；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法流程圖二。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在放射治療中，要求高劑量的輻射盡可能地被輸送至腫瘤靶區(qū)，盡量減少對(duì)周?chē)鞴俚膫?，因此需要制定放射治療?jì)劃。為了更好地控制各器官或靶區(qū)內(nèi)的劑量分布，對(duì)放射治療計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化使得放射線在殺死腫瘤細(xì)胞的同時(shí)盡可能不照射周?chē)恼＝M織。本發(fā)明實(shí)施例提出了一種新的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法，可以使得腫瘤靶區(qū)以及周?chē)鞴賰?nèi)的劑量分布滿(mǎn)足要求。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法流程圖一。參考圖1所示，本發(fā)明提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法包括：

步驟S101，獲取感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)。

感興趣區(qū)域包括感興趣的器官和腫瘤，可以在放射治療計(jì)劃優(yōu)化之前由醫(yī)生進(jìn)行勾畫(huà)。在本實(shí)施例中，可以將患者圖像加載至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，在放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的界面上對(duì)感興趣的器官和腫瘤進(jìn)行勾畫(huà)。勾畫(huà)可以由醫(yī)生手動(dòng)勾畫(huà)也可以為自動(dòng)勾畫(huà)，或者由手動(dòng)勾畫(huà)和自動(dòng)勾畫(huà)進(jìn)行結(jié)合。圖像可以為CT圖像、PET圖像、MR圖像或者融合圖像等，在此不作限定。

劑量目標(biāo)也稱(chēng)為劑量約束，由醫(yī)生設(shè)置，要求放射治療計(jì)劃對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布滿(mǎn)足劑量約束。例如醫(yī)生為腫瘤區(qū)域設(shè)置劑量下限和劑量上限，為腫瘤周?chē)恼Ｆ鞴僭O(shè)置劑量上限。

步驟S102，建立優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化。

基于上述步驟中獲取的感興趣區(qū)域以及劑量目標(biāo)建立優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化?？梢圆捎猛繄D優(yōu)化方法建立通量圖優(yōu)化模型，也可以采用直接子野優(yōu)化方法建立直接子野優(yōu)化模型。

由于患者圖像的分辨率較高，像素點(diǎn)較多，如果圖像中的全部像素點(diǎn)均參與放射治療計(jì)劃的優(yōu)化，則導(dǎo)致計(jì)算量較大，優(yōu)化時(shí)間較長(zhǎng)，因此，一般情況下，放射治療計(jì)劃的優(yōu)化是基于采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。因此，在建立優(yōu)化模型之前可以對(duì)圖像進(jìn)行降采樣，用采樣點(diǎn)代表全部像素點(diǎn)參與放射治療計(jì)劃的優(yōu)化，也就是說(shuō)基于采樣點(diǎn)建立優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)圖像的采樣方法在此不作限定。本實(shí)施例中的采樣點(diǎn)可以來(lái)源于圖像的像素點(diǎn)，也可以來(lái)源于根據(jù)采樣方法在圖像上產(chǎn)生的點(diǎn)或者用戶(hù)選擇的點(diǎn)，在此不進(jìn)行限定。

在本實(shí)施例中，構(gòu)造優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法進(jìn)行求解從而獲得最優(yōu)化方案。其中，目標(biāo)函數(shù)可以為如下形式：

其中，∑_voi表示對(duì)不同感興趣區(qū)域進(jìn)行求和，d_v為采樣點(diǎn)v在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，U_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的上限，L_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的下限，w_voi為感興趣區(qū)域voi的權(quán)重，V_voi為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)集合，|V_voi|為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)數(shù)量，v為采樣點(diǎn)集合V_voi中的采樣點(diǎn)。當(dāng)感興趣區(qū)域?yàn)槠鞴贂r(shí)，劑量目標(biāo)只有上限U_voi。

本實(shí)施例中對(duì)優(yōu)化算法不進(jìn)行限定，例如可以采用模擬退火算法、梯度算法、蟻群算法或其它已知或未知的適用算法求解上述目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

步驟S103，計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。

計(jì)算步驟S102中得到的放射治療計(jì)劃對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。為了減少計(jì)算量，可以基于采樣點(diǎn)對(duì)感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布進(jìn)行計(jì)算。劑量計(jì)算的算法很多，例如蒙特卡羅算法、卷積算法、筆形束算法等，在此不作限定。當(dāng)然，也可以對(duì)所有的像素點(diǎn)進(jìn)行劑量計(jì)算，在此不進(jìn)行限定。

步驟S104，判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。

由步驟S103計(jì)算得到各采樣點(diǎn)的劑量值，在本步驟中逐個(gè)判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的采樣點(diǎn)的劑量值是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。本步驟可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行。

逐個(gè)判斷采樣點(diǎn)的劑量值是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)，并將不滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)存入集合S。由于不同感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)可能不同，因此可以逐個(gè)對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行判斷，并將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)按照感興趣區(qū)域進(jìn)行分類(lèi)存放，此時(shí)集合S＝∪_voiS_voi，其中集合S_voi表示感興趣voi中不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)的集合，∪_voiS_voi表示集合S_voi的并集。在將所有采樣點(diǎn)的劑量值判斷之后，若集合則表示不存在不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)，也就是說(shuō)，所有采樣點(diǎn)的劑量值均滿(mǎn)足劑量目標(biāo)，此時(shí)的放射治療計(jì)劃即為最終結(jié)果，放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束，輸出放射治療計(jì)劃結(jié)果。

若集合則表示存在不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)，該不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)按感興趣區(qū)域分別存入對(duì)應(yīng)的集合S_voi中，并進(jìn)入步驟S105。

在其它實(shí)施例中，也可以判斷所有像素點(diǎn)的劑量值是否滿(mǎn)足劑量目標(biāo)，并將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的像素點(diǎn)按感興趣區(qū)域進(jìn)行分類(lèi)存放以便進(jìn)行下述計(jì)算。

步驟S105，更新當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。

利用不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)更新當(dāng)前的優(yōu)化模型。例如，將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)加入上述的目標(biāo)函數(shù)，得到更新的目標(biāo)函數(shù)如下：

其中，Obj(d_o)為當(dāng)前采樣點(diǎn)劑量的懲罰函數(shù)，也是更新前的目標(biāo)函數(shù)，∑_voi表示對(duì)不同感興趣區(qū)域進(jìn)行求和，d_v為采樣點(diǎn)v在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，U_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的上限，L_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的下限，w_voi為感興趣區(qū)域voi的權(quán)重，V_voi為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)集合，|V_voi|為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)數(shù)量，v為采樣點(diǎn)集合V_voi中的采樣點(diǎn)，當(dāng)感興趣區(qū)域?yàn)槠鞴贂r(shí)，劑量目標(biāo)只有上限U_voi，P(d_s)為集合S中的采樣點(diǎn)劑量的懲罰函數(shù)，d_s為采樣點(diǎn)s在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，s為采樣點(diǎn)集合S_voi中的采樣點(diǎn)，f(s)為懲罰因子，與采樣點(diǎn)s的分布以及數(shù)量有關(guān)，可以由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)規(guī)定或由醫(yī)生進(jìn)行設(shè)定并輸入至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。例如可以設(shè)置但不限于此，其中w_s＝max_voi{w_voi}，表示集合S涉及的感興趣區(qū)域的最大優(yōu)化權(quán)重，|S|為集合S中的采樣點(diǎn)數(shù)量。

利用優(yōu)化算法求解更新后的目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，并返回步驟S103，計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。之后進(jìn)入步驟S104，再次判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。如滿(mǎn)足，放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束，輸出放射治療計(jì)劃結(jié)果，如不滿(mǎn)足，則利用本次計(jì)算得到的不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)更新當(dāng)前的目標(biāo)函數(shù)，例如，更新后的目標(biāo)函數(shù)為：

其中，Obj(d_o)為當(dāng)前采樣點(diǎn)劑量的懲罰函數(shù)，也是更新前的目標(biāo)函數(shù)，∑_voi表示對(duì)不同感興趣區(qū)域進(jìn)行求和，d_v為采樣點(diǎn)v在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，U_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的上限，L_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的下限，w_voi為感興趣區(qū)域voi的權(quán)重，V_voi為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)集合，|V_voi|為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)數(shù)量，v為采樣點(diǎn)集合V_voi中的采樣點(diǎn)，當(dāng)感興趣區(qū)域?yàn)槠鞴贂r(shí)，劑量目標(biāo)只有上限U_voi，d_s為采樣點(diǎn)s在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，s為采樣點(diǎn)集合S_voi中的采樣點(diǎn)，f(s)為懲罰因子，與采樣點(diǎn)s的分布以及數(shù)量有關(guān)，可以由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)規(guī)定或由醫(yī)生進(jìn)行設(shè)定并輸入至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，例如可以設(shè)置但不限于此，其中w_s＝max_voi{w_voi}，表示集合S涉及的感興趣區(qū)域的最大優(yōu)化權(quán)重，|S|為集合S中的采樣點(diǎn)數(shù)量，P(d_s)為集合S⁽²⁾中的采樣點(diǎn)劑量的懲罰函數(shù)，為采樣點(diǎn)s⁽²⁾在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，s⁽²⁾為采樣點(diǎn)集合中的采樣點(diǎn)，f(s⁽²⁾)為懲罰因子，與采樣點(diǎn)s⁽²⁾的分布以及數(shù)量有關(guān)，可以由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)規(guī)定或由醫(yī)生進(jìn)行設(shè)定并輸入至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。例如可以設(shè)置但不限于此，其中表示集合S⁽²⁾涉及的感興趣區(qū)域的最大優(yōu)化權(quán)重，|S⁽²⁾|為集合S⁽²⁾中的采樣點(diǎn)數(shù)量，且

重復(fù)步驟S103～S105，直至感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。

在上述實(shí)施例中，通過(guò)將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)加入優(yōu)化模型以對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行不斷更新，從而使得不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)在優(yōu)化過(guò)程中得到較多關(guān)注，從而起到劑量補(bǔ)強(qiáng)的作用，最終可以得到感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量滿(mǎn)足要求的放射治療計(jì)劃；且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷采樣點(diǎn)的劑量是否滿(mǎn)足劑量目標(biāo)，因此優(yōu)化過(guò)程中無(wú)需人工介入，節(jié)省時(shí)間和人力。

在其它實(shí)施例中，也可以將所有像素點(diǎn)中不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的像素點(diǎn)加入當(dāng)前優(yōu)化模型從而更新當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化，得到劑量分布滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的放射治療計(jì)劃。

在本實(shí)施例中，也可以為迭代循環(huán)設(shè)置閾值，當(dāng)?shù)h(huán)的次數(shù)達(dá)到所述閾值時(shí)，放射治療計(jì)劃結(jié)束，此時(shí)可以輸出放射治療計(jì)劃優(yōu)化失敗的結(jié)果或者輸出窗口供醫(yī)生進(jìn)行選擇，醫(yī)生可以選擇接受當(dāng)前優(yōu)化結(jié)果，也可以選擇放棄當(dāng)前優(yōu)化結(jié)果，也可以通過(guò)調(diào)整當(dāng)前優(yōu)化參數(shù)重新優(yōu)化。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法流程圖二。參考圖2所示，本發(fā)明提供的放射治療計(jì)劃優(yōu)化方法包括：

步驟S201，獲取感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)。

感興趣區(qū)域包括感興趣的器官和腫瘤，可以在放射治療計(jì)劃優(yōu)化之前由醫(yī)生進(jìn)行勾畫(huà)。在本實(shí)施例中，可以將患者圖像加載至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，在放射治療計(jì)劃系統(tǒng)的界面上對(duì)感興趣的器官和腫瘤進(jìn)行勾畫(huà)。勾畫(huà)可以由醫(yī)生手動(dòng)勾畫(huà)也可以為自動(dòng)勾畫(huà)，或者由手動(dòng)勾畫(huà)和自動(dòng)勾畫(huà)進(jìn)行結(jié)合。圖像可以為CT圖像、PET圖像、MR圖像或者融合圖像等，在此不作限定。

劑量目標(biāo)也稱(chēng)為劑量約束，由醫(yī)生設(shè)置，要求放射治療計(jì)劃對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布滿(mǎn)足劑量約束。例如醫(yī)生為腫瘤區(qū)域設(shè)置劑量下限和劑量上限，為腫瘤周?chē)恼Ｆ鞴僭O(shè)置劑量上限。

步驟S202，建立優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化。

基于上述步驟中獲取的感興趣區(qū)域以及劑量目標(biāo)建立優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。可以采用通量圖優(yōu)化方法建立通量圖優(yōu)化模型，也可以采用直接子野優(yōu)化方法建立直接子野優(yōu)化模型。

由于患者圖像的分辨率較高，像素點(diǎn)較多，如果圖像中的全部像素點(diǎn)均參與放射治療計(jì)劃的優(yōu)化，則導(dǎo)致計(jì)算量較大，優(yōu)化時(shí)間較長(zhǎng)，因此，一般情況下，放射治療計(jì)劃的優(yōu)化是基于采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。因此，在建立優(yōu)化模型之前可以對(duì)圖像進(jìn)行降采樣，用采樣點(diǎn)代表全部像素點(diǎn)參與放射治療計(jì)劃的優(yōu)化，也就是說(shuō)基于采樣點(diǎn)建立優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)圖像的采樣方法在此不作限定。本實(shí)施例中的采樣點(diǎn)可以來(lái)源于圖像的像素點(diǎn)，也可以來(lái)源于根據(jù)采樣方法在圖像上產(chǎn)生的點(diǎn)或者用戶(hù)選擇的點(diǎn)，在此不進(jìn)行限定。

在本實(shí)施例中，構(gòu)造優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法進(jìn)行求解從而獲得最優(yōu)化方案。其中，目標(biāo)函數(shù)可以為如下形式：

其中，∑_voi表示對(duì)不同感興趣區(qū)域進(jìn)行求和，d_v為采樣點(diǎn)v在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，U_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的上限，L_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的下限，w_voi為感興趣區(qū)域voi的權(quán)重，V_voi為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)集合，|V_voi|為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)數(shù)量，v為采樣點(diǎn)集合V_voi中的采樣點(diǎn)。當(dāng)感興趣區(qū)域?yàn)槠鞴贂r(shí)，劑量目標(biāo)只有上限U_voi。

本實(shí)施例中對(duì)優(yōu)化算法不進(jìn)行限定，例如可以采用模擬退火算法、梯度算法、蟻群算法或其它已知或未知的適用算法求解上述目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。

步驟S203，計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。

計(jì)算步驟S202中得到的放射治療計(jì)劃對(duì)應(yīng)的感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。為了減少計(jì)算量，可以基于采樣點(diǎn)對(duì)感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布進(jìn)行計(jì)算。劑量計(jì)算的算法很多，例如蒙特卡羅算法、卷積算法、筆形束算法等，在此不作限定。當(dāng)然，也可以對(duì)所有的像素點(diǎn)進(jìn)行劑量計(jì)算，在此不進(jìn)行限定。

步驟S204，判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。

由步驟S203計(jì)算得到各采樣點(diǎn)的劑量值，在本步驟中逐個(gè)判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的采樣點(diǎn)的劑量值是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。本步驟可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行。

若各采樣點(diǎn)的劑量值均滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的劑量目標(biāo)，此時(shí)的放射治療計(jì)劃即為最終結(jié)果，放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束，輸出放射治療計(jì)劃結(jié)果。

若存在采樣點(diǎn)的劑量值不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)，將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的像素點(diǎn)按感興趣區(qū)域進(jìn)行分類(lèi)存放并進(jìn)入步驟S205。

步驟S205，判斷是否達(dá)到循環(huán)次數(shù)的閾值。

若是，則進(jìn)入步驟S206，若否，則進(jìn)入步驟S208。

循環(huán)次數(shù)的閾值由醫(yī)生進(jìn)行設(shè)置，合適的循環(huán)次數(shù)可以避免進(jìn)入死循環(huán)或者優(yōu)化計(jì)算的時(shí)間太長(zhǎng)。

步驟S206，接收調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)和/或輔助勾畫(huà)。

醫(yī)生可以對(duì)當(dāng)前的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，例如調(diào)整各器官和腫瘤的權(quán)重、劑量目標(biāo)、采樣點(diǎn)等，醫(yī)生還可以對(duì)不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的區(qū)域進(jìn)行輔助勾畫(huà)，從而對(duì)當(dāng)前的優(yōu)化模型進(jìn)行調(diào)整。

步驟S207，基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)和/或輔助勾畫(huà)更新優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化。

基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)及原感興趣區(qū)域重新建立優(yōu)化模型，或基于原優(yōu)化參數(shù)、原感興趣區(qū)域以及輔助勾畫(huà)的區(qū)域重新建立優(yōu)化模型，或基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)、原感興趣區(qū)域以及輔助勾畫(huà)的區(qū)域重新建立優(yōu)化模型。優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)可以參照步驟S202中的目標(biāo)函數(shù)形式，在此不再贅述。此處重新建立優(yōu)化模型是指不考慮步驟S208中對(duì)當(dāng)前優(yōu)化模型的更新。

在其它實(shí)施例中可以基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)對(duì)當(dāng)前的優(yōu)化模型進(jìn)行更新，或基于原感興趣區(qū)域以及輔助勾畫(huà)的區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前的優(yōu)化模型進(jìn)行更新，或基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)、原感興趣區(qū)域以及輔助勾畫(huà)的區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前的優(yōu)化模型進(jìn)行更新。

利用優(yōu)化算法求解新目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，并返回步驟S203，計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。重復(fù)步驟S203～S208，直至獲得醫(yī)生滿(mǎn)意的放射治療計(jì)劃。利用新目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，循環(huán)次數(shù)可以從零開(kāi)始重新計(jì)算。

步驟S208，更新當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化。

利用不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)更新當(dāng)前的優(yōu)化模型。例如，將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)加入上述的目標(biāo)函數(shù)，得到更新的目標(biāo)函數(shù)如下：

其中，Obj(d_o)為當(dāng)前采樣點(diǎn)劑量的懲罰函數(shù)，也是更新前的目標(biāo)函數(shù)，∑_voi表示對(duì)不同感興趣區(qū)域進(jìn)行求和，d_v為采樣點(diǎn)v在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，U_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的上限，L_voi為感興趣區(qū)域voi的劑量目標(biāo)的下限，w_voi為感興趣區(qū)域voi的權(quán)重，V_voi為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)集合，|V_voi|為感興趣區(qū)域voi的采樣點(diǎn)數(shù)量，v為采樣點(diǎn)集合V_voi中的采樣點(diǎn)，當(dāng)感興趣區(qū)域?yàn)槠鞴贂r(shí)，劑量目標(biāo)只有上限U_voi，P(d_s)為集合S中的采樣點(diǎn)劑量的懲罰函數(shù)，d_s為采樣點(diǎn)s在優(yōu)化過(guò)程中的實(shí)時(shí)劑量，s為采樣點(diǎn)集合S_voi中的采樣點(diǎn)，f(s)為懲罰因子，與采樣點(diǎn)s的分布以及數(shù)量有關(guān)，可以由放射治療計(jì)劃系統(tǒng)規(guī)定或由醫(yī)生進(jìn)行設(shè)定并輸入至放射治療計(jì)劃系統(tǒng)。例如可以設(shè)置但不限于此，其中w_s＝max_voi{w_voi}，表示集合S涉及的感興趣區(qū)域的最大優(yōu)化權(quán)重，|S|為集合S中的采樣點(diǎn)數(shù)量。

利用優(yōu)化算法求解更新后的目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，并返回步驟S203，計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布。重復(fù)步驟S203～S208，直至獲得醫(yī)生滿(mǎn)意的放射治療計(jì)劃。

在其它實(shí)施例中，也可以將所有像素點(diǎn)中不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的像素點(diǎn)加入當(dāng)前優(yōu)化模型從而更新當(dāng)前優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化，得到劑量分布滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的放射治療計(jì)劃。

在上述實(shí)施例中的步驟順序可能發(fā)生改變，例如醫(yī)生可以在任一次優(yōu)化計(jì)算之后修改優(yōu)化參數(shù)和/或進(jìn)行輔助勾畫(huà)，不要求在達(dá)到循環(huán)次數(shù)閾值的時(shí)候才修改優(yōu)化參數(shù)和/或進(jìn)行輔助勾畫(huà)；或者醫(yī)生可以對(duì)任一次的優(yōu)化結(jié)果修改優(yōu)化參數(shù)和/或進(jìn)行輔助勾畫(huà)，例如即使放射治療計(jì)劃的優(yōu)化結(jié)果已經(jīng)滿(mǎn)足所述感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)，如果醫(yī)生對(duì)該放射治療計(jì)劃的結(jié)果不滿(mǎn)意也可以修改優(yōu)化參數(shù)和/或進(jìn)行輔助勾畫(huà)以進(jìn)一步進(jìn)行放射治療計(jì)劃的優(yōu)化。

在上述實(shí)施例中，一方面通過(guò)將不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)加入優(yōu)化模型以對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行不斷更新，可以得到感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量滿(mǎn)足要求的放射治療計(jì)劃；且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷采樣點(diǎn)的劑量是否滿(mǎn)足劑量目標(biāo)，節(jié)省時(shí)間和人力；另一方面醫(yī)生可以對(duì)優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和/或進(jìn)行輔助勾畫(huà)，從而得到滿(mǎn)意的放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)果。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，還提出了一種放射治療計(jì)劃系統(tǒng)，包括：

獲取單元，用于獲取感興趣區(qū)域的劑量目標(biāo)，所述感興趣區(qū)域包括感興趣的器官及腫瘤；

優(yōu)化單元，用于建立優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化；

劑量計(jì)算單元，用于計(jì)算優(yōu)化后所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布；

判斷單元，用于判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)，

輸出單元，用于輸出放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)果。

當(dāng)判斷單元的結(jié)果為所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)時(shí)，則輸出單元輸出放射治療計(jì)劃的優(yōu)化結(jié)果，當(dāng)判斷單元的結(jié)果為所述感興趣區(qū)域內(nèi)存在采樣點(diǎn)的劑量值不滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)時(shí)，則優(yōu)化單元利用不滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)的采樣點(diǎn)更新當(dāng)前的優(yōu)化模型并進(jìn)行優(yōu)化，不斷循環(huán)直至放射治療計(jì)劃優(yōu)化結(jié)束。

在本實(shí)施例中判斷單元自動(dòng)判斷所述感興趣區(qū)域內(nèi)的劑量分布是否滿(mǎn)足所述劑量目標(biāo)。

在本實(shí)施例的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中還可以包括勾畫(huà)單元，用于勾畫(huà)所述感興趣區(qū)域。

在本實(shí)施例的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中還可以包括采樣單元，用于對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行采樣。

在本實(shí)施例的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，獲取單元還用于獲取調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)，例如調(diào)整各器官和腫瘤的權(quán)重、劑量目標(biāo)、采樣點(diǎn)等，優(yōu)化單元基于調(diào)整后的參數(shù)建立優(yōu)化模型或?qū)Ξ?dāng)前優(yōu)化模型進(jìn)行更新并進(jìn)行優(yōu)化。

在本實(shí)施例的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，勾畫(huà)單元還用于對(duì)不滿(mǎn)足劑量目標(biāo)的區(qū)域進(jìn)行輔助勾畫(huà)，優(yōu)化單元基于所述感興趣區(qū)域以及輔助勾畫(huà)區(qū)域建立優(yōu)化模型或?qū)Ξ?dāng)前優(yōu)化模型進(jìn)行更新并進(jìn)行優(yōu)化。

在本實(shí)施例的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中，優(yōu)化單元還可以基于調(diào)整后的優(yōu)化參數(shù)、原感興趣區(qū)域以及輔助勾畫(huà)區(qū)域建立優(yōu)化模型或?qū)Ξ?dāng)前優(yōu)化模型進(jìn)行更新并進(jìn)行優(yōu)化。

在本實(shí)施例中的具體細(xì)節(jié)可以參考上述對(duì)圖1或圖2的描述，在此不再贅述。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的幾種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。