[發(fā)明專利]一種基于劑量預(yù)評(píng)估的自適應(yīng)放療劑量調(diào)強(qiáng)優(yōu)化計(jì)算方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111147437.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN113870976A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 勾成俊;吳章文;付鳳強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都奇林科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G16H20/17
• 分類號(hào): G16H20/17;G16H20/40
• 代理公司: 成都知都云專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51306
• 代理人: 趙正寅

本發(fā)明提供的一種基于劑量預(yù)評(píng)估的自適應(yīng)放療劑量調(diào)強(qiáng)優(yōu)化計(jì)算方法，涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過構(gòu)建病人身體的數(shù)字化模型并用于放療劑量計(jì)算的研究，將身體劃分為體元，并將體元作為研究調(diào)強(qiáng)放療劑量計(jì)算的最小單元，通過自適應(yīng)改變體元處方劑量的方法來進(jìn)行：首先是根據(jù)劑量預(yù)評(píng)估值和約束條件確認(rèn)調(diào)強(qiáng)計(jì)劃方案的可行性，在存在可行性的情況下再通過約束條件選擇合適的初始處方劑量，改變射束強(qiáng)度后進(jìn)行劑量計(jì)算并使用評(píng)價(jià)函數(shù)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，若評(píng)價(jià)函數(shù)優(yōu)于之前值，則保存新的射束強(qiáng)度并更新體元的處方劑量，再次進(jìn)行迭代直到滿足優(yōu)化退出條件得到最終的射束強(qiáng)度分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于劑量預(yù)評(píng)估的自適應(yīng)放療劑量調(diào)強(qiáng)優(yōu)化計(jì)算方法。

背景技術(shù)

腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法。放射線包括放射性同位素產(chǎn)生的α、β、γ射線和各類x射線治療機(jī)或加速器產(chǎn)生的x射線、電子線、質(zhì)子束及其他粒子束等。大約70％的癌癥患者在治療癌癥的過程中需要用放射治療。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出，已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一。

放射治療的療效取決于放射敏感性，不同組織器官以及各種腫瘤組織在受到照射后出現(xiàn)變化的反應(yīng)程度各不相同。放射敏感性與腫瘤細(xì)胞的增殖周期和病理分級(jí)有關(guān)，即增殖活躍的細(xì)胞比不增殖的細(xì)胞敏感，細(xì)胞分化程度越高放射敏感性越低，反之愈高。

IMRT是一種先進(jìn)的高精度放射線療法，它利用計(jì)算機(jī)控制的X光加速器去向惡性腫瘤或腫瘤內(nèi)的特定區(qū)域發(fā)射精確的輻射劑量。IMRT可根據(jù)腫瘤的3D形狀通過調(diào)節(jié)(或控制)輻射的強(qiáng)度使輻射劑量更加準(zhǔn)確。IMRT也可對(duì)腫瘤內(nèi)的區(qū)域通過聚焦施加更高的輻射劑量，而使周圍的正常組織接收最小的輻射劑量。這種放療需要通過CT的3D重建圖像與患者的協(xié)同被小心地設(shè)計(jì)、決定最適于腫瘤形狀的放射劑量強(qiáng)度圖形。一般方法是結(jié)合幾個(gè)已調(diào)制的來自不同方向的放射線束產(chǎn)生一個(gè)自定義的單一輻射，在使腫瘤的輻射劑量最大化的同時(shí)保護(hù)臨近的正常組織。

根據(jù)優(yōu)化對(duì)象的不同，IMRT分為基于器官的優(yōu)化和基于體元的優(yōu)化。基于器官的優(yōu)化是把處方劑量和權(quán)重因子給定在器官水平上，特定器官內(nèi)的所有體元在目標(biāo)函數(shù)中被平等對(duì)待。因?yàn)檫@些參數(shù)與最終劑量分布之間缺乏明確的關(guān)系，所以確定這些參數(shù)本質(zhì)上是一個(gè)“猜測(cè)”游戲，經(jīng)常需要多次試錯(cuò)過程，計(jì)劃質(zhì)量和計(jì)劃設(shè)計(jì)效率非常依賴物理師的臨床經(jīng)驗(yàn)。

與基于器官的優(yōu)化不同，基于體元的優(yōu)化直接調(diào)整目標(biāo)函數(shù)中與每個(gè)體元相關(guān)的參數(shù)，基于體元的優(yōu)化能夠比基于器官的優(yōu)化得到更優(yōu)的劑量分布。因此，有必要提出一種基于劑量預(yù)評(píng)估的自適應(yīng)放療劑量調(diào)強(qiáng)優(yōu)化計(jì)算方法來解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于劑量預(yù)評(píng)估的自適應(yīng)放療劑量調(diào)強(qiáng)優(yōu)化計(jì)算方法，通過掃描病人身體并得到病人數(shù)字化的身體模型；所述數(shù)字化的身體模型以柵格形式進(jìn)行劃分，將最小劃分單元定義為體元，并生成體元庫，所述體元庫中存儲(chǔ)有各體元的體元編號(hào)和體元屬性；其中，體元編號(hào)和體元屬性以Key,Value映射表的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，所述體元唯一對(duì)應(yīng)體元編號(hào)，所述體元編號(hào)唯一對(duì)應(yīng)體元屬性；所述體元屬性中保存著對(duì)應(yīng)體元編號(hào)的體元權(quán)重、體元坐標(biāo)、體元隸屬器官和體元處方劑量。

作為更進(jìn)一步的解決方案，通過醫(yī)師確定病人的病灶，并將病人病灶所處位置定義為靶區(qū)；將對(duì)靶區(qū)進(jìn)行放療時(shí)，放療危及正常器官的區(qū)域定義為危及器官區(qū)；

將數(shù)字化的身體模型輸入到三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)軟件中，所述三維放射治療計(jì)劃系統(tǒng)軟件能對(duì)放療進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算；物理師根據(jù)病人病灶情況和醫(yī)生給出的處方制定放療計(jì)劃的輸入?yún)?shù)，其中，輸入?yún)?shù)包括射野參數(shù)和器官約束條件參數(shù)；

通過設(shè)置放療計(jì)劃的射野參數(shù)能對(duì)數(shù)字化的身體模型進(jìn)行對(duì)應(yīng)劑量預(yù)評(píng)估計(jì)算，通過劑量預(yù)評(píng)估計(jì)算能得到靶區(qū)和危及器官區(qū)中各體元的放療劑量預(yù)評(píng)估值。

作為更進(jìn)一步的解決方案，所述劑量預(yù)評(píng)估計(jì)算各體元的放療劑量預(yù)評(píng)估值的計(jì)算步驟如下：