治疗计划逆向规划方法和治疗计划系统技术方案

本发明专利技术公开了一种治疗计划逆向规划方法，包括：A设置迭代优化参数；B产生个体治疗计划；C计算个体治疗计划剂量场；D根据个体治疗计划筛选策略，对个体治疗计划进行筛选；E根据所述剂量场和所述逆向规划目标计算筛选剩下的个体治疗计划的适应度；F选择当前最优计划；G若进化次数大于种群进化次数，转到I；否则进入下一步；H将种群进化到新一代种群，转到C；I停止种群进化并输出当前最优计划。本发明专利技术还公开了一种治疗计划系统。本发明专利技术在计算适应度之前对种群计划进行筛选，并对筛选后剩余的个体治疗计划计算适应度，能有效降低计算量，使得整个迭代过程高效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种放射治疗规划技术，尤其涉及放射治疗计划逆向规划方法和治疗计划系统。
技术介绍
立体定向放射治疗手术或立体定向放射治疗是放射治疗中常见的两种放射治疗技术，常见的设备是基于钴-60放射源的伽玛刀和基于电子加速器的X刀。前者通常采用多个钴-60放射源聚焦照射的方式，使靶体接受高剂量的均勻照射而周围健康组织受量很低以达到控制或根除病变的目的。利用伽玛刀治疗设备实施放射治疗之前，通常需要制定出一个可接受的放射治疗计划。伽玛刀的治疗计划通常通过手工采用交互迭代的方式进行。这是一个正向规划过程，即医生或物理师根据靶体的体积和形状，采用试错方式，逐步增加靶点数目，交互调整各靶点的位置、准直器大小以及相对权重等参数，直到最终获得一个令人满意的治疗计划。由于伽玛刀可供选择的准直器大小有限，治疗计划通常需要采用多个靶点照射，这样需要调整的参数很多，尤其是当靶体的体积较大且形状不规则，或者靶体邻近有健康组织时，这是一个非常费时的过程，同时对计划设计人员的经验和技能要求很1 。为了解决这个问题提出了治疗计划的逆向规划，即由医生或物理师预先给出放射治疗的若干目标，然后通过数学优化技术，反求出满足这些放射治疗目标的最优的治疗计划。当前治疗计划的逆向规划方法通常是预设一个初始计划，然后根据计划设计人员设定的治疗目标，通过迭代优化方式，对初始计划进行优化以获得一个最优的治疗计划。因此对于逆向规划而言，其迭代过程是否高效成为一个关键问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高效的治疗计划逆向规划方法；本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种基于该规划方法的治疗计划系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决—种治疗计划逆向规划方法，用于在放射治疗前对患者要进行放射治疗的区域进行剂量规划，包括设置逆向规划目标和利用种群进化对初始治疗计划进行治疗计划优化的过程，所述优化过程包括步骤A 设置迭代优化参数种群大小、种群进化次数；步骤B 对所述初始治疗计划进行随机抖动，产生种群中的个体治疗计划；步骤C 计算所述种群所有个体治疗计划对应的剂量场；步骤D 根据个体治疗计划筛选策略，对个体治疗计划进行筛选；步骤E 根据所述剂量场和所述逆向规划目标计算筛选剩下的个体治疗计划的适应度；步骤F 选择适应度最大的个体治疗计划作为当前最优计划；步骤G 若当前迭代次数大于所述种群进化次数，则转到步骤I，否则进入下一步；步骤H 将种群进化到新一代种群，转到步骤C ；步骤I 停止迭代优化并输出最优的治疗计划。其中所述逆向规划目标包括处方剂量Dp、各个健康组织/危及器官限制剂量 Dffl(i)，靶体的相对性重要性因子Ka、健康组织/危及器官的相对性重要性因子Kb和健康组织/危及器官内部重要性因子Ks，其中Ka+Kb = 1，Σ Ks = 1 ；所述适应度通过下式计算权利要求1.一种治疗计划逆向规划方法，用于在放射治疗前对患者要进行放射治疗的区域进行剂量规划，其特征在于，包括设置逆向规划目标和利用种群进化对初始治疗计划进行治疗计划优化的过程，所述优化过程包括步骤A 设置迭代优化参数种群大小、种群进化次数；步骤B 对所述初始治疗计划进行随机抖动，产生种群中的个体治疗计划；步骤C 计算所述种群所有个体治疗计划对应的剂量场；步骤D 根据个体治疗计划筛选策略，对个体治疗计划进行筛选；步骤E 根据所述剂量场和所述逆向规划目标计算筛选剩下的个体治疗计划的适应度；步骤F 选择适应度最大的个体治疗计划作为当前最优计划； 步骤G 若当前迭代次数大于所述种群进化次数，则转到步骤I，否则进入下一步； 步骤H 将种群进化到新一代种群，转到步骤C ； 步骤I 停止迭代优化并输出最优的治疗计划。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述逆向规划目标包括处方剂量Dp、 各个健康组织/危及器官限制剂量Dm(i)，靶体的相对性重要性因子Ka、健康组织/危及器官的相对性重要性因子Kb和健康组织/危及器官内部重要性因子Ks，其中Ka+Kb = 1，Σ Ks =1 ；所述适应度通过下式计算3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述步骤D包括步骤Dl 将靶体体积向外扩展预设的第一范围，形成靶体第一扩展区，将所述靶体第一扩展区内大于预设第一剂量阈值的体积超过预设第一体积阈值的个体治疗计划筛选出种群；步骤D2 将靶体体积在所述第一扩展区向外扩展预设的第二范围，形成靶体第二扩展区，将靶体第二扩展区内存在大于预设第二剂量阈值剂量的个体治疗计划筛选出种群；步骤D3 将健康组织/危及器官内大于预设第三剂量阈值的体积超过预设第二体积阈值的个体治疗计划筛选出种群；步骤D4 将健康组织/危及器官内存在大于预设第四剂量阈值剂量的个体治疗计划筛选出种群。4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，其中步骤H所述进化到新一代种群包括通过交配和/或变异进化到新一代种群。5.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，其中步骤H所述进化到新一代种群包括通过对当前最优计划进行扰动进化到新一代种群。6.一种治疗计划系统，用于在放射治疗前对患者要进行放射治疗的区域进行剂量规划，其特征在于，包括设置模块、优化模块、进化模块和迭代模块，所述设置模块用于，设置治疗计划的逆向规划目标；设置迭代优化参数种群大小、种群进化次数；对初始治疗计划进行随机抖动，产生种群中的个体治疗计划；所述优化模块用于计算所述种群所有个体治疗计划对应的剂量场； 根据个体治疗计划筛选策略，对个体治疗计划进行筛选； 根据所述剂量场和所述逆向规划目标计算筛选后剩下的个体治疗计划的适应度； 选择适应度最大的个体治疗计划作为当前最优计划； 所述进化模块用于将所述种群进化到新一代种群；所述迭代模块用于若进化次数大于所述种群进化次数，输出当前最优计划并结束；否则调用进化模块产生新一代种群，再调用优化模块进行优化。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，其中所述逆向规划目标包括处方剂量Dp、 各个健康组织/危及器官限制剂量Dm(i)，靶体的相对性重要性因子Ka、健康组织/危及器官的相对性重要性因子Kb和健康组织/危及器官内部重要性因子Ks，其中Ka+Kb = 1，Σ Ks =1 ；所述优化模块还用于通过下式计算所述适应度m = ^KaVptv +KbYjKToars其中，V1为靶体中Dp包络的靶体体积，V2为Dp的体积，V3为靶体的体积，Vptv为靶体中剂量值小于处方剂量Dp的体积，V1tws为第i个健康组织/危及器官中剂量值大于0 1(1)的体积。8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，其中所述设置模块还用于将所述靶体体积向外扩展预设的第一范围，形成靶体第一扩展区；将所述靶体体积在所述第一扩展区向外扩展预设的第二范围，形成靶体第二扩展区；其中所述优化模块还用于将所述靶体第一扩展区内大于预设第一剂量阈值的体积超过预设第一体积阈值的个体治疗计划筛选出种群；将靶体第二扩展区内存在大于预设第二剂量阈值剂量的个体治疗计划筛选出种群； 将健康组织/危及器官内大于预设第三剂量阈值的体积超过预设第二体积阈值的个体治疗计划筛选出种群；将健康组织/危及器官内存在大于预设第四剂量阈值剂量的个体治疗计划筛选出种群。9.如权利要求6至8任一所述的系统，其特征在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种治疗计划逆向规划方法，用于在放射治疗前对患者要进行放射治疗的区域进行剂量规划，其特征在于，包括设置逆向规划目标和利用种群进化对初始治疗计划进行治疗计划优化的过程，所述优化过程包括：步骤Ａ：设置迭代优化参数：种群大小、种群进化次数；步骤Ｂ：对所述初始治疗计划进行随机抖动，产生种群中的个体治疗计划；步骤Ｃ：计算所述种群所有个体治疗计划对应的剂量场；步骤Ｄ：根据个体治疗计划筛选策略，对个体治疗计划进行筛选；步骤Ｅ：根据所述剂量场和所述逆向规划目标计算筛选剩下的个体治疗计划的适应度；步骤Ｆ：选择适应度最大的个体治疗计划作为当前最优计划；步骤Ｇ：若当前迭代次数大于所述种群进化次数，则转到步骤Ｉ，否则进入下一步；步骤Ｈ：将种群进化到新一代种群，转到步骤Ｃ；步骤Ｉ：停止迭代优化并输出最优的治疗计划。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卿侯，刘启平，崔智，
申请(专利权)人：深圳市海博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94