[發(fā)明專利]一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其構(gòu)建方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110257901.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN112635024A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柏森;宋瑩;章維;胡俊杰;王強(qiáng);余程嶸;章毅;張蕾;王建勇;陳怡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G16H20/40
• 分類號(hào): G16H20/40;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 謝建

1.一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)劃設(shè)計(jì)輔助輪廓生成模塊、處方設(shè)置模塊、添加射野模塊、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模塊及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)生成及計(jì)劃設(shè)計(jì)模塊；

所述計(jì)劃設(shè)計(jì)輔助輪廓生成模塊用于為了達(dá)到臨床放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的要求，生成輔助輪廓在逆向優(yōu)化階段進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化；

所述處方設(shè)置模塊用于根據(jù)腫瘤學(xué)醫(yī)師的放射治療處方在放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中進(jìn)行處方設(shè)置；

所述添加射野模塊用于在放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中添加射野；

所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模塊用于根據(jù)同病種獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)逆向優(yōu)化過程給出合理的劑量設(shè)計(jì)目標(biāo)；

所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)生成及計(jì)劃設(shè)計(jì)模塊用于放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)逆向優(yōu)化，根據(jù)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模塊進(jìn)行優(yōu)化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模塊使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，包括U-Net或DeepLabv3+。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模塊的結(jié)果進(jìn)行放射治療逆向優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。

4.基于一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：計(jì)劃設(shè)計(jì)輔助輪廓生成；

步驟2：處方設(shè)置；

步驟3：添加射野；

步驟4：深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)：包括數(shù)據(jù)獲取、模型訓(xùn)練及將訓(xùn)練好的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于預(yù)測(cè)對(duì)象；

步驟5：優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)生成及計(jì)劃設(shè)計(jì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)主要分為三個(gè)步驟，分別是：

S1：數(shù)據(jù)獲取：獲取患者的放射治療計(jì)劃CT影像、放射治療處方、靶區(qū)和危及器官和劑量分布數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)分為兩部分，訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；其中訓(xùn)練集用于訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，驗(yàn)證集用于定量評(píng)價(jià)訓(xùn)練完成后的模型的分割效果；

S2：模型訓(xùn)練：基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模型將訓(xùn)練集進(jìn)行預(yù)處理操作，包括對(duì)CT數(shù)據(jù)根據(jù)窗位進(jìn)行歸一化、隨機(jī)縮放、旋轉(zhuǎn)、平移，實(shí)現(xiàn)增廣訓(xùn)練樣本的目的，最后根據(jù)增廣得到的訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分割模型；

S3：將訓(xùn)練好的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劑量預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于預(yù)測(cè)對(duì)象，得到預(yù)測(cè)對(duì)象的劑量分布。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種放射治療自動(dòng)計(jì)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，將步驟S1中獲得數(shù)據(jù)按照4:1隨機(jī)分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集兩部分。