[發(fā)明專利]一種劑量優(yōu)化系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510527129.2
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN105031819B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李貴;周婧劼
• 申請（專利權(quán)）人: 上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號(hào): A61N5/00
• 分類號(hào): A61N5/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 胡林嶺

本發(fā)明提供了一種劑量優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：獲取單元，被配置成根據(jù)第一初始條件求解第一優(yōu)化模型獲得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；第二優(yōu)化單元，被配置成根據(jù)第二初始條件獲得初始的第二劑量體積直方圖，以所述第一劑量體積直方圖為優(yōu)化目標(biāo)來優(yōu)化所述初始的第二劑量體積直方圖，以使得優(yōu)化后的第二劑量體積直方圖最大程度地逼近所述第一劑量體積直方圖，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。

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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正常組織的更多的損傷。臨床經(jīng)驗(yàn)也證明，通過改進(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。

治療方案優(yōu)化就是治療方案的個(gè)體化，優(yōu)化的過程就是利用優(yōu)化算法求解優(yōu)化模型獲得最優(yōu)化方案的過程。優(yōu)化方法是通過建立目標(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。在建立模型過程中，根據(jù)求解問題的需要，可以將約束條件并入目標(biāo)函數(shù)使用，以便將問題簡化，形成減少約束條件或者無約束條件的優(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)的過程。

目前，放射治療中采用的模式包括適形放射治療(Conformal RadiationTherapy,CRT)、調(diào)強(qiáng)放射治療(Intensity Modulated Radiation Therapy,IMRT)、旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療(Intensity Modulated Arc Radiation Therapy,IMAT)、斷層調(diào)強(qiáng)放射治療(Tomotherapy)、爆發(fā)式調(diào)強(qiáng)放射治療(Burst Mode Radiation Therapy)以及容積調(diào)強(qiáng)放射治療(Volumatric Arc Radiation Therapy,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(Fluence Map，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。

通量圖優(yōu)化(Fluence Map Optimization，F(xiàn)MO)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。

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。

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)。現(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。