[发明专利]治疗计划逆向规划方法和治疗计划系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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匀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高。

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。

发明内容

本发明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；

本发明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。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：

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，包括：

步骤A：输入患者医学图像；

步骤B：根据患者医学图像勾画患者体表、靶体、危及器官的组织轮廓；

步骤C：设置治疗计划的逆向规划目标；

步骤D：创建初始治疗计划；

步骤E：设置迭代优化参数：种群大小、种群进化次数；

步骤F：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G：计算所述种群所有个体治疗计划对应的剂量场；

步骤H：根据所述剂量场选择与所述逆向规划目标最接近的个体治疗计划作为当前最优计划；

步骤I：若所述当前最优计划与所述逆向规划目标的差值小于预设的第一阈值，转步骤M；否则进入下一步；

步骤J：若进化次数达到所述种群进化次数，转到步骤M；否则进入下一步；

步骤K：将所述当前最优计划通过扰动进化到新一代种群，转到步骤G；

步骤M：停止种群进化并输出当前最优计划。

其中步骤K所述扰动包括随机扰动，所述随机扰动包括：

步骤S1：随机选择当前最优计划的靶点位置和/或准直器型号和/或权重作为第一被扰动量；

步骤S2：随机选择扰动量Δ1，Δ1小于预设的第一扰动幅度，将所述扰动量Δ1与步骤S1所选择的第一被扰动量相加；

步骤S3：重复步骤S1至S2，直到形成种群大小数目的新一代个体治疗计划。

其中所述步骤K所述扰动包括组合扰动：

步骤T1：选择当前最优计划的靶点位置、准直器型号或权重的任一种作为作为第二被扰动量；

步骤T2：随机选择扰动量Δ2，Δ2小于预设的第二扰动幅度，将所述扰动量Δ2与步骤T1所选择的第二被扰动量相加；

步骤T3：重复步骤T1至T2，直到形成种群大小数目的新一代个体治疗计划。

其中所述步骤F包括：

步骤F1：对所述初始治疗计划所包含的参数进行编码形成第一序列；

步骤F2：对所述第一序列的位进行随机取反操作形成第二序列；

步骤F3：对所述第二序列进行解码，获得个体治疗计划；

步骤F4：重复F2至F3，直到形成种群大小数目的个体治疗计划。

其中所述编码包括二进制编码、实数编码或格雷码编码中的任意一种。

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，包括设置模块、优化模块、进化模块和迭代模块；