[發明專利]一種放射治療自動計劃設計系統及其構建方法

在審

• 申請號: 202110257901.9
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112635024A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 柏森;宋瑩;章維;胡俊杰;王強;余程嶸;章毅;張蕾;王建勇;陳怡
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G16H20/40
• 分類號: G16H20/40;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 謝建

本發明公開了一種放射治療自動計劃設計系統及其構建方法，涉及放射治療計劃系統領域，包括計劃設計輔助輪廓生成模塊、處方設置模塊、添加射野模塊、深度神經網絡劑量預測模塊及優化目標函數生成及計劃設計模塊；所述深度神經網絡劑量預測模塊用于根據同病種獲取的數據，對逆向優化過程給出合理的劑量設計目標；本發明深度神經網絡模型經訓練完成后，能在數分鐘內快速預測出放射治療患者劑量分布情況，并自動進行放射治療計劃設計，有效提高了放療科醫生的工作效率，加速了患者的放療方案制定。

技術領域

本發明涉及放射治療計劃系統領域，具體的涉及一種放射治療自動計劃設計系統及其構建方法。

背景技術

腫瘤已經成為臨床常見的高發病種，我國居民腫瘤發病率和死亡率逐年提高。放射治療(Radiation Therapy)是腫瘤原發灶及腫瘤術后的重要治療手段，其治療貢獻率與化療、手術治療比肩。

放射治療首先需要獲取患者的定位CT，腫瘤學醫師進行靶區勾畫，并由劑量師進行放療計劃設計，生成加速器執行文件，然后再導入加速器系統對患者進行治療。因此，放療計劃設計是放射治療流程中的重要步驟。放射治療計劃設計具有患者定制化、劑量師計劃設計個性化的特征。患者定制化是指，放射治療計劃設計是根據每一位放射治療患者的病史、CT影像、病變范圍和治療策略綜合設計的，具有唯一性；劑量師計劃設計個性化是指，放射治療計劃的設計強烈依賴于劑量師的前期經驗、設計思想等主觀因素，且需要劑量師在放射治療計劃系統中反復試錯、最終達到臨床目標，放射治療計劃的質量與劑量師的個人經驗直接相關。

目前，放射治療計劃設計還存在以下問題：一是放射治療計劃的生成需要求解大規模的劑量計算和優化問題，計算時間很長，大量占用人力和物力資源；二是放射治療計劃的設計需要劑量師的全程參與，通常情況下，劑量師需要反復試錯對計劃設計參數進行調整，以獲得質量較高的計劃。并且，治療計劃的質量很大程度上依賴于劑量師的個人經驗；三是放射治療計劃設計的學習和培訓周期較長，短時間內很難提高劑量師的治療計劃設計水平，從而治療計劃的設計質量和一致性難以得到保證。

目前放射治療臨床工作主要由劑量師人工設計完成，根據病種不同，劑量師人工設計一個放射治療計劃通常需要花費若干小時的時間。劑量師進行放射治療計劃設計需要完成定位信息檢查、輔助輪廓生成、計劃中心點生成、添加射野、設置劑量及分次、添加指定劑量顯示線以及逆向計劃優化等步驟，而且逆向計劃優化過程需要劑量師反復試錯，最終得到較優的結果。放射治療計劃設計的過程不僅耗時耗力，且計劃質量依賴于劑量師的主觀經驗，已有研究表明，不同劑量師間的計劃設計結果差異較大。

除了人工放射治療計劃設計，目前有部分軟件可實現計劃設計輔助功能。這些軟件使用的方法主要有帕累托最優法和參數調優法。Raystation公司的多目標優化模塊基于帕累托最優法，以權衡放射治療計劃設計逆向優化過程中各目標的權重，同時提供多個放射治療計劃，但并不給出最優推薦。Pinnacle公司的自動計劃模塊預先定義好一個逆向優化參數集，對需要進行計劃設計的CT影像和靶區勾畫數據使用對應的參數集進行優化，并進行調整。因此目前已有的自動放射治療計劃設計輔助軟件無法實現特定患者進行定制化設計，并且無法針對放射治療單位的經驗和規則進行定制化設計，無法保證計劃設計質量能夠達到較高水平。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述存在的問題，本發明提供一種放射治療自動計劃設計系統及其構建方法，本發明基于深度神經網絡預測劑量，進而進行放射治療自動計劃設計，基于專用放射治療計劃系統，所有步驟操作均通過使用放射治療計劃系統應用程序接口指令的代碼集合完成，無需人工操作，可實現自動計劃設計。

本發明采用的技術方案如下：

一種放射治療自動計劃設計系統，包括計劃設計輔助輪廓生成模塊、處方設置模塊、添加射野模塊、深度神經網絡劑量預測模塊及優化目標函數生成及計劃設計模塊；

所述計劃設計輔助輪廓生成模塊用于為了達到臨床放射治療計劃設計的要求，生成輔助輪廓在逆向優化階段進行目標優化；