放射治療計劃的優化方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明主要涉及放射治療設備，尤其涉及放射治療設備的放射治療計劃的優化方 法和裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著放射物理、放射生物、臨床腫瘤學等理論的發展，尤其是醫學影像設備和計算 機技術的不斷進步，使放射治療（后文簡稱放療)技術得以不斷完善和發展，更好地滿足臨 床的要求。
[0003] 現代放療設備的放療計劃有多種執行方式。常見的有三維適形放療 (3Dimensional Conformal Radiation Therapy，3DCRT)，調強放療技術（Intensity-modulated Radiation Therapy，IMRT)以及弧形調強放射治療（VMAT) JMRT中又分為靜態 多葉光柵方式(SMLC)和動態多葉光柵方式(DMLC)等。
[0004] 選定放療計劃執行方式之后，通常由物理師指定放療優化目標。常見的優化目標 有:對某個感興趣區域的最大處方劑量(max dose)、最小處方劑量(min dose)、平均處方劑 量(mean dose)、廣義等效均勾劑量（gEUD)。還有一些復雜的生物學目標如：腫瘤控制率 (TCP)模型、正常組織并發癥概率(NTCP)模型。甚至有一些優化目標考慮器官與器官之間的 串聯與并聯關系等。
[0005] 實踐中，放療設備根據一系列優化目標，通過求解優化問題獲得放療所需的射束 劑量分布，將其施加到對象上，以達到合適的治療效果。傳統的求解優化問題的算法有二階 段類:首先執行注量圖優化(FM0)，其次執行葉片排序方式(LS)。近年來流行的算法包括基 于列生成(Column Generation)的直接子野優化(DA0)、基于隨機搜索的DA0、基于模擬退火 方法的DA0等。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供放射治療計劃的優化方法和裝置，在放射治療計 劃中引入了對稱性正則項。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種放射治療計劃的優化方法，至少包括以 下步驟:在待求解的優化問題中包含對稱性正則項，所述對稱性正則項包括感興趣區域對 稱性指標和/或計劃對稱性指標，所述感興趣區域對稱性指標描述放射治療的感興趣區域 的對稱性，所述計劃對稱性指標描述放射治療中控制點的對稱性貢獻;求解所述優化問題 以確定射野形狀和對應的射野強度。
[0008] 可選地，所述對稱性正則項包括對稱性正則化權重系數，用于描述對稱性正則化 的強制程度。
[0009] 可選地，所述對稱性正則項是一個關于感興趣區域對稱性指標和計劃對稱性指標 的二元函數，所述二元函數關于感興趣區域是增函數，而關于計劃對稱性是減函數。
[0010] 可選地，所述對稱性正則項的表達式為:p= of (〇，S);其中，《為對稱性正則化權 重系數，用于描述對稱性正則化的強制程度;標量0為感興趣區域對稱性指標，標量s為計劃 對稱性指標;函數f: if 4+是一個關于0和5的二元函數，R是實數域，所述函數關于感興 趣區域對稱性指標是增函數，關于計劃對稱性指標S是減函數。
[0011] 可選地，求解優化問題的方法包括直接子野優化方法。
[0012] 可選地，求解優化問題的方法包括以注量圖優化的子野為初始解的局部直接子野 優化方法。
[0013] 可選地，所述放射治療計劃是三維適形放療計劃、調強放療計劃或者弧形調強放 射治療計劃。
[0014] 本發明還提出一種放射治療計劃的優化裝置，包括第一模塊和第二模塊。第一模 塊用于在待求解的優化問題中包含對稱性正則項，所述對稱性正則項包括感興趣區域對稱 性指標和/或計劃對稱性指標，所述感興趣區域對稱性指標描述放射治療的感興趣區域的 對稱性，所述計劃對稱性指標描述放射治療中控制點的對稱性貢獻。第二模塊用于求解所 述優化問題以確定射野形狀和對應的射野強度。
[0015] 本發明還提出了一種放射治療計劃的優化方法，其包括輸入放射治療相關的優化 參數;獲得劑量矩陣;根據所述劑量矩陣以及所述優化參數迭代優化注量圖；根據所述注量 圖以及所選的放療方式進行葉片排序；以及對所述葉片排序進行局部直接子野優化，其中， 所述局部直接子野優化中利用對稱性正則項進行約束，其中，所述對稱性正則項包括感興 趣區域對稱性指標和/或計劃對稱性指標，所述感興趣區域對稱性指標描述放射治療的感 興趣區域的對稱性，所述計劃對稱性指標描述放射治療中控制點的對稱性貢獻；以及得到 射野形狀以及對應的射野強度。其中，劑量矩陣是根據劑量計算而獲得的。輸入的優化參數 例如可以為:平均劑量、最大劑量、最小劑量、過劑量懲罰權重、欠劑量懲罰權重等。
[0016] 可選地，所述放療方式包括三維適形放療計劃、調強放療計劃或者弧形調強放射 治療計劃。
[0017] 可選地，所述對稱性正則項包括對稱性正則化權重系數，用于描述對稱性正則化 的強制程度。
[0018] 可選地，所述對稱性正則項是關于感興趣區域對稱性指標和計劃對稱性指標的函 數，所述函數關于感興趣區域是增函數，而關于計劃對稱性是減函數。
[0019] 可選地，所述對稱性正則項的表達式為:p = Of(〇,8)，其中，《為對稱性正則化權 重系數，用于描述對稱性正則化的強制程度;標量〇為感興趣區域對稱性指標，標量s為計劃 對稱性指標；函數:是一個關于0和8的二元函數，R是實數域，所述函數關于感 興趣區域對稱性指標是增函數，關于計劃對稱性指標S是減函數。
[0020] 本發明還提出了一種直接子野優化方法，至少包括:根據列生成方法在備選角度 上產生射野形狀;根據對感興趣區域的實際劑量趨于目標劑量所建立的目標函數確定所產 生的射野形狀的射野強度;其中，所述目標函數還包括對其進一步約束的對稱性正則項，其 中，所述對稱性正則項包括感興趣區域對稱性指標和/或計劃對稱性指標，所述感興趣區域 對稱性指標描述放射治療的感興趣區域的對稱性，所述計劃對稱性指標描述放射治療中控 制點的對稱性貢獻。可選地，所述射野形狀的產生和射野強度的確定的步驟是迭代的。
[0021] 可選地，所述對稱性正則項包括對稱性正則化權重系數，用于描述對稱性正則化 的強制程度。
[0022]可選地，所述對稱性正則項是關于感興趣區域對稱性指標和計劃對稱性指標的函 數，所述函數關于感興趣區域是增函數，而關于計劃對稱性是減函數。
[0023] 可選地，所述對稱性正則項的表達式為:P= ?f (〇,5)，其中，《為對稱性正則化權 重系數，用于描述對稱性正則化的強制程度;標量〇為感興趣區域對稱性指標，標量s為計劃 對稱性指標；函數：是一個關于0和8的二元函數，R是實數域，所述函數關于感 興趣區域對稱性指標是增函數，關于計劃對稱性指標S是減函數。
[0024] 與現有技術相比，本發明的優勢在于通過對稱性正則項增加的對稱性可使治療計 劃在腫瘤以及危機器官的劑量分布更均勻，而且通過對稱性正則項增加的對稱性可減少對 單側器官造成較大傷害的情況出現。
【附圖說明】
[0025] 圖1是根據本發明一實施例的坐標系的選定與對稱平面圖。
[0026] 圖2是本發明一實施例的放