放疗计划生成系统、装置及存储介质的制作方法
本发明实施例涉及医疗技术，尤其涉及一种放疗计划生成系统、装置及存储介质。
背景技术：
在放射治疗(简称放疗)系统中，物理师需要根据医生开具的放疗处方，如肿瘤靶区需求剂量和危及器官的最大剂量等，通过放射治疗计划系统来生成一个可执行的放疗计划，如射野形状和跳数等。
在目前的放射治疗计划系统软件中，已有完整的优化工作流程，物理师需要根据放疗处方来确定生成放疗计划的合理的约束条件，而后将其输入放射治疗计划系统软件以生成放疗计划，并在放疗计划优化的过程中不断调整约束条件，直至生成一个满足处方要求的可执行的放疗计划。
上述优化放疗计划的过程中，需要物理师的不断介入，不仅耗费人力，而且生成可执行放疗计划的效率较低。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种放疗计划生成系统、装置及存储介质，以实现放疗计划的自动优化，提高放疗计划的优化效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种放疗计划生成系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取目标靶区对应的初始放疗计划、所述初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及所述目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，其中，约束权重用于表征采样点对应的剂量目标值在目标函数中的比重，剂量目标值用于放疗计划优化的约束条件；
依据每个所述采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；
若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与所述参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据所述调整计划量化评估指标值和所述参考计划量化评估指标值更新每个所述采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个所述采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个所述采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使所述偏差小于或等于所述预设偏差阈值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种放疗计划生成装置，配置在处理器中，所述装置包括：
初始放疗计划获取模块，用于获取目标靶区对应的初始放疗计划、所述初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及所述目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，其中，约束权重用于表征采样点对应的剂量目标值在目标函数中的比重，剂量目标值用于放疗计划优化的约束条件；
调整放疗计划生成模块，用于依据每个所述采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；
放疗计划优化模块，用于若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与所述参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据所述调整计划量化评估指标值和所述参考计划量化评估指标值更新每个所述采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个所述采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个所述采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使所述偏差小于或等于所述预设偏差阈值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时用于执行如下方法，包括：
获取目标靶区对应的初始放疗计划、所述初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及所述目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，其中，约束权重用于表征采样点对应的剂量目标值在目标函数中的比重，剂量目标值用于放疗计划优化的约束条件；
依据每个所述采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；
若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与所述参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据所述调整计划量化评估指标值和所述参考计划量化评估指标值更新每个所述采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个所述采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个所述采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使所述偏差小于或等于所述预设偏差阈值。
本发明实施例通过获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值；依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。实现了根据调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差驱动调整剂量限量范围内各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，进而自动优化调整放疗计划，避免了放疗计划优化过程中物理师反复人工调整约束条件的过程，达到了一键制定放疗计划的效果，提高了放疗计划的优化效率。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种放疗计划生成系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一中的一种放疗计划生成系统中处理器的执行过程示意图；
图3是本发明实施例二中的一种放疗计划生成系统中处理器的执行过程示意图；
图4是本发明实施例三中的一种放疗计划生成系统中处理器的执行过程示意图；
图5是本发明实施例四中的一种放疗计划生成装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本实施例提供的放疗计划生成系统可适用于自动生成及优化放疗计划的情况。参见图1，该放疗计划生成系统包括存储器101、处理器102及存储在存储器101上并可在处理器102上运行的计算机程序。当处理器102执行该计算机程序是实现如图2所示的步骤：
s110、获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值。
其中，初始放疗计划是根据医生开具的放疗处方制定的初始的放疗计划，其并不是最适合临床需求的可执行放疗计划，而是需要被优化的放疗计划。初始放疗计划可以是由外部存储介质或网络端获得的，也可以是通过放疗计划生成系统根据放疗处方而生成。计划量化评估指标值是指能够量化地评估放疗计划的放疗效果的指标的值，例如可以是放疗计划对应的剂量体积直方图(dose-volumehistogram，dvh)，也可以是放疗计划对应的具有某种特征(如值最大或值最小等)的剂量值等。参考计划量化评估指标值是用于自动优化放疗计划而设置的参照性的计划量化评估指标。本发明实施例中，将参考计划量化评估指标值设置为根据初始放疗计划来确定，而非利用高质量肿瘤病人计划数据库来确定，以避免计划优化过程中与高质量肿瘤病人计划数据库的关联，省去了建立数据库的时耗。
剂量限量范围是指计划图像中预先划定的范围，从该范围内选定的采样点的约束权重和剂量目标值用于调整靶区和危及器官的计划放疗的剂量分布，即剂量限量范围内的采样点的相关信息可用于优化放疗计划。剂量限量范围可以设置在目标靶区内，也可以设置在目标靶区外(例如环绕靶区的环形区域)，还可以设置为包含目标靶区在内的连通区域(例如覆盖靶区的圆形区域)，而剂量限量范围的形状不做限定。
上述约束权重为预先设定的采样点对应的权重值，用于表征采样点对应的剂量目标值在目标函数中的比重。上述剂量目标值为采样点对应的放疗的目标剂量值，用于放疗计划优化的约束条件。例如，采样点在靶区内，则剂量目标值为剂量下限值；采样点在靶区外，则剂量目标值为剂量上限值。当前约束权重和当前剂量目标值分别是指当前操作中采样点对应的约束权重和剂量目标值。
示例性地，剂量限量范围的数量和剂量限量范围的宽度由目标靶区、目标靶区与各危及器官之间的距离及各危及器官的预设器官优先权重中的至少一项来确定。其中，预设器官优先权重是指预先设置的，表征危及器官重要性的权重，其根据临床需求设定。例如，临床需求为放疗过程中优先保护危及器官，则该权重值较大。由于剂量限量范围用于优化放疗计划，故剂量限量范围的设定与放疗计划的优化效果直接相关。剂量限量范围的数量越少且宽度越宽，其内可用于优化放疗计划的点的数量就越多，优化效果越好。但是，临床应用中需要兼顾效果与效率，故可以根据目标靶区的位置、大小和形状等靶区信息、每个危及器官的预设器官优先权重和目标靶区与每个危及器官之间的距离等中的至少一项，来综合确定剂量限量范围的数量和每个剂量限量范围的宽度。例如，为了更加准确的计划结果，可以将剂量限量范围的数量设置为1个，且宽度为包含目标靶区在内的整个圆形区域，这样用于优化计划的采样点的数量会较多。而为了提高计算效率，可以在目标靶区之外，设置间隔性分布的、具有一定宽度的剂量限量环，例如每隔2mm分布一个剂量限量环。
本发明实施例中的放疗计划优化是在初始放疗计划对应的靶区和危机器官的剂量分布的基础上，基于剂量限量范围内的各采样点的剂量目标值和相应的约束权重来对整个放疗计划进行约束而实现的。具体则是根据每个采样点的约束权重和剂量目标值来调整放疗计划，从而确定调整后的放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差，例如两个计划量化评估值之间的比值或者差值等，进而以该偏差驱动每个采样点的约束权重和/或剂量目标值的更新，以进一步迭代式地调整放疗计划，形成循环式的放疗计划的自动优化，直至满足放疗计划优化的收敛条件，例如上述偏差满足设定的偏差值(即预设偏差阈值)，或者调整的迭代次数达到预先设定的次数(即预设次数上限)等。
要实现上述放疗计划优化，需要先确定需要被优化的初始放疗计划，以及根据该初始放疗计划确定参考计划量化评估指标值。例如，计划量化评估指标为剂量值时，可以统计初始放疗计划中靶区和/或危及器官对应的剂量分布中的剂量值；计划量化评估指标为dvh时，则统计初始放疗计划对应的每个靶区和危及器官的dvh，进而确定出整个初始放疗计划对应的dvh。另外，还需要对剂量限量范围内的点进行采样，以确定采样点，这些确定的采样点在后续的计划优化过程中不变。对于第一次优化时，每个采样点的当前约束权重(可称为初始约束权重)均可以设置为一个很小的权重值；每个采样点的当前剂量目标值(可称为初始剂量目标值)可以以特定部位肿瘤的剂量跌落模板来赋值，该剂量跌落模板是指与肿瘤不同距离处剂量的衰减模板，其与具体的肿瘤位置和肿瘤类型有关；此外，初始剂量目标值也可以根据初始放疗计划的剂量分布来确定，即将每个采样点处初始放疗计划对应的剂量分布的剂量值作为该采样点的初始剂量目标值。对于优化过程中的后续迭代，当前约束权重和当前剂量目标值则是通过s130的操作进行更新。
示例性地，获取目标靶区对应的初始放疗计划包括：以放疗处方对应的标准计划量化评估指标值为约束条件，基于感兴趣区域的计划优化算法，生成目标靶区对应的初始放疗计划。
其中，标准计划量化评估指标值是指放疗处方对应的理想的计划量化评估指标值，例如理想的dvh。该标准计划量化评估指标值可以从高质量肿瘤病人计划数据库中匹配或拟合而得到，也可以是以临床上统计所得的通用器官分布状态及放疗处方为基础而生成放疗计划，并由该放疗计划而获得。
初始放疗计划可以是按照放疗处方的最优约束条件而生成，而后需要被优化为可执行的放疗计划。本实施例中以放疗处方对应的标准计划量化评估指标值为约束条件，采用感兴趣区域(voxelofinterest，voi)的计划优化算法，生成目标靶区对应的初始放疗计划。这样设置的好处在于，可以获得精度较高的初始放疗计划，进而获得精度较高的参考计划量化评估指标值，以增强放疗计划的优化效果。
s120、依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划。
优化放疗计划的过程是一个迭代过程，每一次迭代均会调整一次放疗计划，所得的放疗计划便称为调整放疗计划。每次迭代操作为：以各个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值为约束条件，构建目标函数，对上一次所得的调整放疗计划(首次迭代时为初始放疗计划)进行调整，获得调整放疗计划。
s130、若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。
本发明实施例中将预设偏差阈值作为放疗计划优化的收敛条件之一，每次迭代获得调整放疗计划之后，便根据调整放疗计划获得调整计划量化评估指标值，并将其与参考计划量化评估指标值比较，获得指标值之间的偏差。而后，将该偏差与预设偏差阈值比较。如果偏差小于或等于预设偏差阈值，说明迭代收敛，则将此时的调整放疗计划作为最终的放疗计划优化结果。如果偏差大于预设偏差阈值，说明计划优化效果未达标，则需要继续调整放疗计划。此时，需要根据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值来更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值。具体更新时，可以根据每个靶区和每个危机器官对应的两个指标值之间的偏差对每个采样点的影响来构建约束权重和剂量目标值的更新关系。该更新关系的形式可以不限，只要更新后的数据能够缩小偏差与预设偏差阈值之间的差距即可。更新当前约束权重和当前剂量目标值时，可以只调整其中一个量，优选调整当前剂量目标值。当然，也可以同时调整当前约束权重和当前剂量目标值。之后，根据更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，按照s120的操作继续调整放疗计划，直至所得偏差小于或等于预设偏差阈值。
本实施例的技术方案，通过获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值；依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。实现了根据调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差驱动调整剂量限量范围内各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，进而自动优化调整放疗计划，避免了放疗计划优化过程中物理师反复人工调整约束条件的过程，达到了一键制定放疗计划的效果，提高了放疗计划的优化效率。
实施例二
本实施例在上述实施例一的基础上，增加了“调整参考计划量化评估指标值”的步骤。在此基础上，还可以进一步增加去除目标靶区内高剂量点的步骤。其中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。参见图3，本实施例提供的放疗计划生成系统中处理器的执行过程包括：
s210、获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值。
s220、依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划。
s230、若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。
s240、若偏差大于预设偏差阈值，且当前迭代次数大于或等于预设次数上限，则调整参考计划量化评估指标值，以降低调整后的参考计划量化评估指标值对每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值的约束。
本实施例中除了预设偏差阈值的迭代收敛条件外，还设置了迭代次数的收敛条件。当两个收敛条件均无法满足，即每次迭代操作后所得的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差均大于预设偏差阈值，且迭代次数大于或等于预设次数上限时，本实施例中会动态调整参考计划量化评估指标值，以放松迭代约束，即降低调整后的参考计划量化评估指标值对每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值的约束。按照上述过程，只要两个迭代收敛条件均无法满足，便会调整一次参考计划量化评估指标值，直至获得满足上述收敛条件的可执行放疗计划。
示例性地，调整参考计划量化评估指标值，以降低调整后的参考计划量化评估指标值对每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值的约束包括：降低调整计划量化评估指标值与调整后的参考计划量化评估指标值之间的偏差，以降低调整后的参考计划量化评估指标值对每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值的约束。
调整参考计划量化评估指标值的目的是缩小调整计划量化评估指标值与调整后的参考计划量化评估指标值之间的偏差。以计划量化评估指标值为剂量体积直方图为例，具体实施时，可以通过调整直方图中每个点的剂量值，从而达到调整整个直方图的效果。调整的方式的选择依据是参考计划量化评估指标值的调整幅度越来越小，例如可以是预先设置调整步长，但是该调整步长需要满足逐渐减小的要求；也可以是利用二分法等算法。这样设置的好处在于，能够更加灵活地动态调整参考计划量化评估指标值，进而进一步提高放疗计划的优化效率。
s250、依据调整计划量化评估指标值和调整后的参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使调整计划量化评估指标值和调整后的参考计划量化评估指标值之间的偏差小于或等于预设偏差阈值。
本操作的说明可参见s130的说明，只是参考计划量化评估指标值变更为调整后的参考计划量化评估指标值。
s260、将剂量限量范围设置在目标靶区内，且以最大剂量值为计划量化评估指标值，则参考计划量化评估指标值为剂量限量范围内优化后的调整放疗计划对应的最大剂量值，调整计划量化评估指标值为剂量限量范围内继续优化的调整放疗计划对应的最大剂量值。
如果实施例一以及上述s210～s250中的放疗计划优化过程中的剂量限量范围为目标靶区外的剂量限量环，则剂量目标值为剂量上限值，那么，以剂量限量环内采样点的剂量上限值为约束进行放疗计划调整的结果为去除剂量限量环内的高剂量区，如此所得的放疗计划在目标靶区的剂量分布可能存在一些剂量值过高的高剂量点。因此，本实施例中，在s250获得了调整放疗计划之后，进一步将剂量限量范围设置在目标靶区内，且以最大剂量值作为计划量化评估指标值，以通过s210～s250的操作继续优化上述获得的调整放疗计划，从而去除目标靶区内的高剂量点。在此种情况下，上述参考计划量化评估指标值可以确定为剂量限量范围内优化后的调整放疗计划对应的最大剂量值，例如可以通过对剂量限量范围内选定的采样点的剂量值进行统计而获得；调整计划量化评估指标值可以设定为剂量限量范围内继续优化的调整放疗计划对应的最大剂量值，例如可以在继续优化上述调整放疗计划而获得继续优化的调整放疗计划后，统计剂量限量范围内的各采样点在继续优化的调整放疗计划对应的剂量分布中的剂量值而获得。之后，继续执行s270～s280。
s270、确定剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，继续优化调整放疗计划。
由于剂量限量范围变更，故需要重新确定该剂量限量范围内的每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值。同s110相同，初始约束权重可设置为一个很小的权重值，而初始剂量目标值可以通过特定部位肿瘤的剂量跌落模板来赋值，或者根据s250获得的优化后的调整放疗计划的剂量分布来确定，即将每个采样点处优化后的调整放疗计划对应的剂量分布的剂量值作为该采样点的初始剂量目标值。而后续迭代过程中的当前约束权重和当前剂量目标值，同样地通过后续s280的操作进行更新。需要注意的是，该操作中剂量限量范围在目标靶区内，故剂量目标值为剂量下限值。
确定了每个采样点的初始约束权重和初始剂量目标值之后，便以其为约束条件来构建目标函数，对s250所得的优化后的调整放疗计划进行调整，获得继续优化的调整放疗计划。
s280、若继续优化的调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值大于或等于参考计划量化评估指标值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，继续优化调整放疗计划，以使调整计划量化评估指标值小于参考计划量化评估指标值。
统计剂量限量范围内每个采样点对应的继续优化的调整放疗计划对应的剂量值，以确定调整计划量化评估指标值，并将其与s260确定的参考计划量化评估指标值进行比较。如果继续优化的调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值大于或等于参考计划量化评估指标值，说明此时的剂量限量范围内存在剂量值过高的点，那么如s130的操作，利用调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并利用每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，继续进行目标函数的迭代运算，以继续优化调整放疗计划，并重复上述过程，直至所得的继续优化的调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值小于参考计划量化评估指标值。至此，便可获得目标靶区内剂量分布更加均匀的可执行放疗计划。
本实施例的技术方案，通过若偏差大于预设偏差阈值，且当前迭代次数大于或等于预设次数上限，则调整参考计划量化评估指标值；依据调整计划量化评估指标值和调整后的参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使调整计划量化评估指标值和调整后的参考计划量化评估指标值之间的偏差小于或等于预设偏差阈值。实现了参考计划量化评估指标值的自动调整，从而进一步提高了放疗计划自动优化的效率。通过将剂量限量范围设置在目标靶区内，且以最大剂量值为计划量化评估指标值，以及确定剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，继续优化调整放疗计划；若继续优化的调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值大于或等于参考计划量化评估指标值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，继续优化调整放疗计划，以使调整计划量化评估指标值小于参考计划量化评估指标值。实现了放疗计划的二次优化，在所得的放疗计划中目标靶区的剂量分布满足放疗处方的基础上，提高了目标靶区中剂量分布的均匀性，从而进一步提高了放疗计划的优化效果。
实施例三
本实施例在上述实施例一的基础上，对“依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值”进行了进一步优化。其中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。本实施例中以计划量化评估指标为剂量体积直方图为例进行说明。参见图4，本实施例提供的放疗计划生成系统中处理器的执行过程包括：
s310、获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值。
s320、依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划。
s330、若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则针对每个采样点，确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果，作为采样点的器官偏差影响值。
放疗计划包含每个目标靶区及其周边的各个危及器官的剂量分布。那么初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值中也包含每个目标靶区和每个危及器官的参考计划量化评估指标值。同样地，调整放疗计划生成之后，每个靶区和危及器官的剂量分布便可确定，那么根据各个靶区和危机器官的剂量分布可以确定相应靶区和相应危及器官的调整计划量化评估指标值。由此，便可根据每个危及器官对应的参考计划量化评估指标值和调整计划量化评估指标值来计算得到相应危及器官对应的计划量化指标偏差；同样地，可以根据每个靶区对应的参考计划量化评估指标值和调整计划量化评估指标值来计算得到相应靶区对应的计划量化指标偏差。
考虑到靶区和危及器官在放疗计划制定中的剂量设置目的不同，即靶区的照射剂量要高，而危及器官的照射剂量要低，故本实施例中在更新采样点的当前约束权重和当前剂量目标值时，将靶区对应的计划量化指标偏差和危及器官对应的计划量化指标偏差进行了区分。另外，根据前述实施例的说明，采样点的约束权重和剂量目标值的更新是通过上述偏差来实现的，故本实施例中需要确定每个靶区和每个危及器官对应的计划量化指标偏差作用于采样点处的结果，进而更新约束权重和剂量目标值。
具体实施时，将每个危及器官对应的计划量化指标偏差作用于采样点处的结果进行累计，便可确定该采样点处所有危及器官的计划量化指标偏差的作用结果，作为该采样点的器官偏差影响值。据此过程，可以确定出每个采样点的器官偏差影响值。
示例性地，确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果包括：依据采样点与各危及器官之间的器官距离权重、各危及器官对应的计划量化指标偏差和各预设器官优先权重，确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果。
其中，器官距离权重是指危及器官对应的权重值，其用于计算危及器官的计划量化指标偏差对采样点的影响，且其为采样点与危及器官之间的距离的单调递减函数，例如通过如下公式5来确定器官距离权重α(rij)：
公式5：
其中，b为常数系数，用于调整距离权重随距离rij的衰减速度。
具体实施时，考虑到危及器官与靶区之间的距离不同，故而不同的危及器官的受保护程度不同，所以可以根据临床需求，设置每个危及器官的预设器官优先权重(也可以相同)。同时，考虑到与采样点之间的距离不同的危及器官的计划量化指标偏差对采样点的作用结果不同，故本实施例中为每个危及器官均设置一个器官距离权重。如此，便可根据每个危及器官的器官距离权重、预设器官优先权重和计划量化指标偏差来确定所有危及器官的计划量化指标偏差对同一个采样点的综合作用结果。
例如，按照如下公式1确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果：
公式1：
其中，oi表示第i个采样点的器官偏差影响值；sorgan表示约束条件中危及器官的集合；rij表示第i个采样点与第j个危及器官之间的距离；α(rij)为距离rij的单调递减函数，表示第i个采样点与第j个感兴趣区域之间的距离权重，当感兴趣区域为危及器官时，α(rij)表示器官距离权重；
s340、针对每个采样点，确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果，作为采样点的靶区偏差影响值。
同s330，可以将每个靶区对应的计划量化指标偏差作用于采样点处的结果进行累计，便可确定该采样点处所有靶区的计划量化指标偏差的作用结果，作为该采样点的靶区偏差影响值。据此过程，可以确定出每个采样点的靶区偏差影响值。
示例性地，确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果包括：依据采样点与靶区之间的靶区距离权重、靶区对应的计划量化指标偏差和各预设靶区优先权重，确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果。
其中，靶区距离权重是与器官距离权重相对应的概念，其是指靶区对应的权重值，用于计算靶区的计划量化指标偏差对采样点的影响，且其为采样点与靶区之间的距离的单调递减函数，例如通过上述公式5来确定靶区距离权重。预设靶区优先权重是指预先设置的，表征靶区重要性的权重，其根据临床需求设定。例如，临床需求为放疗过程中优先保证靶区的放疗效果，则该权重值较大。根据预设器官优先权重和预设靶区优先权重的说明可知，可以根据临床需求中优先保护危及器官或者优先保证靶区的放疗效果来设置上述两个权重的值。示例性地，预设靶区优先权重大于预设器官优先权重。这样设置的好处在于，可以减弱放疗计划优化过程中在靶区与危及器官之间反复震荡的幅度。
具体实施时，考虑到与采样点之间的距离不同的靶区的计划量化指标偏差对采样点的作用结果不同，故本实施例中为每个靶区均设置一个靶区距离权重。如此，便可根据每个靶区的靶区距离权重、预设靶区优先权重和计划量化指标偏差来确定所有靶区的计划量化指标偏差对同一个采样点的综合作用结果。
例如，按照如下公式2确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果：
公式2：
其中，ti表示第i个采样点的靶区偏差影响值；starget表示约束条件中靶区的集合；α(rij)表示靶区距离权重；rij表示第i个采样点与第j个靶区之间的距离；
对于上述的第j个危及器官或靶区的直方图偏差作用于第i个采样点的单个危及器官或靶区的偏差影响值
公式6：
其中，c为常数系数，用于调整偏差影响值随距离rij的衰减速度。
s350、依据每个采样点的当前剂量目标值、预设剂量调整幅度、器官偏差影响值和靶区偏差影响值，调整相应采样点的当前剂量目标值。
其中，预设剂量调整幅度是指剂量目标值的调整幅度，其为根据临床需求而预先设置的调整系数。
对于每个采样点，调整其当前剂量目标值的过程为：根据该采样点对应的器官偏差影响值和靶区偏差影响值确定出该采样点的综合偏差影响值；而后根据预设剂量调整幅度和上述综合偏差影响值确定出该采样点的剂量调整值；最后根据当前剂量目标值和上述确定的剂量调整值来计算获得新的当前剂量目标值。
例如，当剂量限量范围为目标靶区之外的剂量限量环时，可通过如下公式3调整每个采样点的当前剂量目标值：
公式3：d′i＝di·[1+γ1·(-oi+ti)]
其中，d′i表示调整后的当前剂量目标值，di表示调整前的当前剂量目标值；γ1表示预设剂量调整幅度，默认可设置γ1为0.5。
s360、依据每个采样点的当前约束权重、预设权重调整幅度、器官偏差影响值和靶区偏差影响值，调整相应采样点的当前约束权重。
其中，预设权重调整幅度是指约束权重的调整幅度，其为根据临床需求而预先设置的调整系数。
对于每个采样点，调整其当前约束权重的过程为：根据该采样点对应的器官偏差影响值和靶区偏差影响值确定出该采样点的综合偏差影响值；而后根据预设权重调整幅度和上述综合偏差影响值确定出该采样点的约束权重调整值；最后根据当前约束权重和上述确定的约束权重调整值来计算获得新的当前约束权重。
例如，当剂量限量范围为目标靶区之外的剂量限量环时，可通过如下公式4调整每个采样点的当前约束权重：
公式4：w′i＝wi+γ2·(-oi+ti)
其中，w′i表示调整后的当前约束权重，wi表示调整前的当前约束权重；γ2表示预设权重调整幅度，默认可设置γ2为500。
s370、依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。
需要说明的是，s360和s370可以择一执行，也可以同时执行。
本实施例的技术方案，通过确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果，作为采样点的器官偏差影响值；确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果，作为采样点的靶区偏差影响值；依据每个采样点的当前剂量目标值、预设剂量调整幅度、器官偏差影响值和靶区偏差影响值，调整相应采样点的当前剂量目标值；和/或，依据每个采样点的当前约束权重、预设权重调整幅度、器官偏差影响值和靶区偏差影响值，调整相应采样点的当前约束权重。实现了更加精确地调整当前约束权重和/或当前剂量目标值，从而进一步提高了放疗计划优化效率。
实施例四
本实施例提供一种放疗计划生成装置，配置在处理器中，参见图5，该装置具体包括：
初始放疗计划获取模块510，用于获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，其中，约束权重用于表征采样点对应的剂量目标值在目标函数中的比重，剂量目标值用于放疗计划优化的约束条件；
调整放疗计划生成模块520，用于依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；
放疗计划优化模块530，用于若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。
可选地，在上述装置的基础上，该装置还包括参考计划量化评估指标值调整模块，用于：
在依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划之后，若偏差大于预设偏差阈值，且当前迭代次数大于或等于预设次数上限，则调整参考计划量化评估指标值，以降低调整后的参考计划量化评估指标值对每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值的约束；
依据调整计划量化评估指标值和调整后的参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使调整计划量化评估指标值和调整后的参考计划量化评估指标值之间的偏差小于或等于预设偏差阈值。
进一步地，参考计划量化评估指标值调整模块具体用于：
降低调整计划量化评估指标值与调整后的参考计划量化评估指标值之间的偏差，以降低调整后的参考计划量化评估指标值对每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值的约束。
可选地，放疗计划优化模块530包括数值更新子模块，用于：
针对每个采样点，确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果，作为采样点的器官偏差影响值；
针对每个采样点，确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果，作为采样点的靶区偏差影响值；
依据每个采样点的当前剂量目标值、预设剂量调整幅度、器官偏差影响值和靶区偏差影响值，调整相应采样点的当前剂量目标值；和/或，
依据每个采样点的当前约束权重、预设权重调整幅度、器官偏差影响值和靶区偏差影响值，调整相应采样点的当前约束权重。
进一步地，数值更新子模块具体用于：
依据采样点与各危及器官之间的器官距离权重、各危及器官对应的计划量化指标偏差和各预设器官优先权重，确定各危及器官的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果；
确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果包括：
依据采样点与靶区之间的靶区距离权重、靶区对应的计划量化指标偏差和各预设靶区优先权重，确定各靶区的计划量化指标偏差作用于采样点时的综合作用结果。
其中，预设靶区优先权重大于预设器官优先权重。
可选地，初始放疗计划获取模块510具体用于：
以放疗处方对应的标准计划量化评估指标值为约束条件，基于感兴趣区域的计划优化算法，生成目标靶区对应的初始放疗计划。
可选地，剂量限量范围的数量和剂量限量范围的宽度由目标靶区、目标靶区与各危及器官之间的距离及各危及器官的预设器官优先权重中的至少一项来确定。
可选地，在上述装置的基础上，该装置还包括放疗计划继续优化模块，用于：
在依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值之后，将剂量限量范围设置在目标靶区内，且以最大剂量值为计划量化评估指标值，则参考计划量化评估指标值为剂量限量范围内优化后的调整放疗计划对应的最大剂量值，调整计划量化评估指标值为剂量限量范围内继续优化的调整放疗计划对应的最大剂量值；
确定剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，并依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，继续优化调整放疗计划；
若继续优化的调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值大于或等于参考计划量化评估指标值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，继续优化调整放疗计划，以使调整计划量化评估指标值小于参考计划量化评估指标值。
通过本发明实施例四的一种放疗计划生成装置，实现了根据调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差驱动调整剂量限量范围内各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，进而自动优化调整放疗计划，避免了放疗计划优化过程中物理师反复人工调整约束条件的过程，达到了一键制定放疗计划的效果，提高了放疗计划的优化效率。
本发明实施例所提供的放疗计划生成装置可执行本发明任意实施例所提供的放疗计划生成方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
值得注意的是，上述放疗计划生成装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
实施例五
本实施例提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种放疗计划生成方法，该方法包括：
获取目标靶区对应的初始放疗计划、初始放疗计划对应的参考计划量化评估指标值、以及目标靶区对应的剂量限量范围中各采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，其中，约束权重用于表征采样点对应的剂量目标值在目标函数中的比重，剂量目标值用于放疗计划优化的约束条件；
依据每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，优化初始放疗计划，生成调整放疗计划；
若调整放疗计划对应的调整计划量化评估指标值与参考计划量化评估指标值之间的偏差大于预设偏差阈值，则依据调整计划量化评估指标值和参考计划量化评估指标值更新每个采样点的当前约束权重和当前剂量目标值，以调整每个采样点的当前约束权重和/或当前剂量目标值，并依据每个采样点的更新后的当前约束权重和当前剂量目标值，优化调整放疗计划，以使偏差小于或等于预设偏差阈值。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的放疗计划生成方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所提供的放疗计划生成方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
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