放射治疗计划的优化方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及放射治疗设备，尤其涉及放射治疗设备的放射治疗计划的优化方 法和装置。
【背景技术】
[0002] 随着放射物理、放射生物、临床肿瘤学等理论的发展，尤其是医学影像设备和计算 机技术的不断进步，使放射治疗（后文简称放疗)技术得以不断完善和发展，更好地满足临 床的要求。
[0003] 现代放疗设备的放疗计划有多种执行方式。常见的有三维适形放疗 (3Dimensional Conformal Radiation Therapy，3DCRT)，调强放疗技术（Intensity-modulated Radiation Therapy，IMRT)以及弧形调强放射治疗（VMAT) JMRT中又分为静态 多叶光栅方式(SMLC)和动态多叶光栅方式(DMLC)等。
[0004] 选定放疗计划执行方式之后，通常由物理师指定放疗优化目标。常见的优化目标 有:对某个感兴趣区域的最大处方剂量(max dose)、最小处方剂量(min dose)、平均处方剂 量(mean dose)、广义等效均勾剂量（gEUD)。还有一些复杂的生物学目标如：肿瘤控制率 (TCP)模型、正常组织并发症概率(NTCP)模型。甚至有一些优化目标考虑器官与器官之间的 串联与并联关系等。
[0005] 实践中，放疗设备根据一系列优化目标，通过求解优化问题获得放疗所需的射束 剂量分布，将其施加到对象上，以达到合适的治疗效果。传统的求解优化问题的算法有二阶 段类:首先执行注量图优化(FM0)，其次执行叶片排序方式(LS)。近年来流行的算法包括基 于列生成(Column Generation)的直接子野优化(DA0)、基于随机搜索的DA0、基于模拟退火 方法的DA0等。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供放射治疗计划的优化方法和装置，在放射治疗计 划中引入了对称性正则项。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种放射治疗计划的优化方法，至少包括以 下步骤:在待求解的优化问题中包含对称性正则项，所述对称性正则项包括感兴趣区域对 称性指标和/或计划对称性指标，所述感兴趣区域对称性指标描述放射治疗的感兴趣区域 的对称性，所述计划对称性指标描述放射治疗中控制点的对称性贡献;求解所述优化问题 以确定射野形状和对应的射野强度。
[0008] 可选地，所述对称性正则项包括对称性正则化权重系数，用于描述对称性正则化 的强制程度。
[0009] 可选地，所述对称性正则项是一个关于感兴趣区域对称性指标和计划对称性指标 的二元函数，所述二元函数关于感兴趣区域是增函数，而关于计划对称性是减函数。
[0010] 可选地，所述对称性正则项的表达式为:p= of (〇，S);其中，《为对称性正则化权 重系数，用于描述对称性正则化的强制程度;标量0为感兴趣区域对称性指标，标量s为计划 对称性指标;函数f: if 4+是一个关于0和5的二元函数，R是实数域，所述函数关于感兴 趣区域对称性指标是增函数，关于计划对称性指标S是减函数。
[0011] 可选地，求解优化问题的方法包括直接子野优化方法。
[0012] 可选地，求解优化问题的方法包括以注量图优化的子野为初始解的局部直接子野 优化方法。
[0013] 可选地，所述放射治疗计划是三维适形放疗计划、调强放疗计划或者弧形调强放 射治疗计划。
[0014] 本发明还提出一种放射治疗计划的优化装置，包括第一模块和第二模块。第一模 块用于在待求解的优化问题中包含对称性正则项，所述对称性正则项包括感兴趣区域对称 性指标和/或计划对称性指标，所述感兴趣区域对称性指标描述放射治疗的感兴趣区域的 对称性，所述计划对称性指标描述放射治疗中控制点的对称性贡献。第二模块用于求解所 述优化问题以确定射野形状和对应的射野强度。
[0015] 本发明还提出了一种放射治疗计划的优化方法，其包括输入放射治疗相关的优化 参数;获得剂量矩阵;根据所述剂量矩阵以及所述优化参数迭代优化注量图；根据所述注量 图以及所选的放疗方式进行叶片排序；以及对所述叶片排序进行局部直接子野优化，其中， 所述局部直接子野优化中利用对称性正则项进行约束，其中，所述对称性正则项包括感兴 趣区域对称性指标和/或计划对称性指标，所述感兴趣区域对称性指标描述放射治疗的感 兴趣区域的对称性，所述计划对称性指标描述放射治疗中控制点的对称性贡献；以及得到 射野形状以及对应的射野强度。其中，剂量矩阵是根据剂量计算而获得的。输入的优化参数 例如可以为:平均剂量、最大剂量、最小剂量、过剂量惩罚权重、欠剂量惩罚权重等。
[0016] 可选地，所述放疗方式包括三维适形放疗计划、调强放疗计划或者弧形调强放射 治疗计划。
[0017] 可选地，所述对称性正则项包括对称性正则化权重系数，用于描述对称性正则化 的强制程度。
[0018] 可选地，所述对称性正则项是关于感兴趣区域对称性指标和计划对称性指标的函 数，所述函数关于感兴趣区域是增函数，而关于计划对称性是减函数。
[0019] 可选地，所述对称性正则项的表达式为:p = Of(〇,8)，其中，《为对称性正则化权 重系数，用于描述对称性正则化的强制程度;标量〇为感兴趣区域对称性指标，标量s为计划 对称性指标；函数:是一个关于0和8的二元函数，R是实数域，所述函数关于感 兴趣区域对称性指标是增函数，关于计划对称性指标S是减函数。
[0020] 本发明还提出了一种直接子野优化方法，至少包括:根据列生成方法在备选角度 上产生射野形状;根据对感兴趣区域的实际剂量趋于目标剂量所建立的目标函数确定所产 生的射野形状的射野强度;其中，所述目标函数还包括对其进一步约束的对称性正则项，其 中，所述对称性正则项包括感兴趣区域对称性指标和/或计划对称性指标，所述感兴趣区域 对称性指标描述放射治疗的感兴趣区域的对称性，所述计划对称性指标描述放射治疗中控 制点的对称性贡献。可选地，所述射野形状的产生和射野强度的确定的步骤是迭代的。
[0021] 可选地，所述对称性正则项包括对称性正则化权重系数，用于描述对称性正则化 的强制程度。
[0022]可选地，所述对称性正则项是关于感兴趣区域对称性指标和计划对称性指标的函 数，所述函数关于感兴趣区域是增函数，而关于计划对称性是减函数。
[0023] 可选地，所述对称性正则项的表达式为:P= ?f (〇,5)，其中，《为对称性正则化权 重系数，用于描述对称性正则化的强制程度;标量〇为感兴趣区域对称性指标，标量s为计划 对称性指标；函数：是一个关于0和8的二元函数，R是实数域，所述函数关于感 兴趣区域对称性指标是增函数，关于计划对称性指标S是减函数。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优势在于通过对称性正则项增加的对称性可使治疗计 划在肿瘤以及危机器官的剂量分布更均匀，而且通过对称性正则项增加的对称性可减少对 单侧器官造成较大伤害的情况出现。
【附图说明】
[0025] 图1是根据本发明一实施例的坐标系的选定与对称平面图。
[0026] 图2是本发明一实施例的放