一种剂量优化方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及放射治疗设备的优化，尤其涉及基于理想剂量体积直方图的优化。
【背景技术】
[0002] 放射治疗作为肿瘤的一种局部治疗手段，一直在不断寻求解决的一个基本问题 是，如何较好地处理肿瘤组织和周围正常组织的剂量关系，使肿瘤得到最大限度的局部控 制而周围正常组织和器官的放射损伤最小。临床经验证明，肿瘤的局部控制与正常组织的 放射损伤有一定的关系。多数情况下，肿瘤控制率与正常组织损伤成正比例，即提高肿瘤的 局部控制率必然造成对正常组织的更多的损伤。临床经验也证明，通过改进照射技术、选择 合理的时间剂量因子，在保持同等水平的肿瘤控制率的情况下，可减低正常组织的放射损 伤。治疗方案的优化是实现上述目的的途径之一。
[0003] 治疗方案优化就是治疗方案的个体化，优化的过程就是利用优化算法求解优化模 型获得最优化方案的过程。优化方法是通过建立目标函数与约束条件建立优化模型，利用 优化算法求解获得最优化方案的方法。在建立模型过程中，根据求解问题的需要，可以将约 束条件并入目标函数使用，以便将问题简化，形成减少约束条件或者无约束条件的优化模 型。因此，治疗方案优化是利用优化算法求解优化模型在约束条件下的趋近目标的过程。
[0004] 目前，放射治疗中采用的模式包括适形放射治疗（ConformalRadiation Therapy,CRT)、调强放射治疗（IntensityModulatedRadiationTherapy,IMRT)、旋转调 强放射治疗（IntensityModulatedArcRadiationTherapy,IMAT)、断层调强放射治疗 (Tomotherapy)、爆发式调强放射治疗（BurstModeRadiationTherapy)以及容积调强放 射治疗（VolumatricArcRadiationTherapy,VMAT)以及其混合模式。这些模式下一般包 括两种优化方法：通量图（FluenceMap，也称为注量图或强度图）优化方法、直接子野优化 方法。
[0005] 通量图优化（FluenceMapOptimization，FM0)方法，是根据医生给定的处方剂量 与器官约束（肿瘤靶区/正常器官/危及器官等），建立数学优化模型，并利用优化算法求 解该模型，获得各个射线束的强度分布的方法。由于各个射线束的强度分布，使用多叶准直 器无法直接执行，需要离散为多个多叶准直器形状（子野）的叠加。
[0006] 直接子野优化方法，除了考虑医生处方剂量与器官约束之外，引进了机器参数尤 其是用于执行计划的多叶准直器的叶片约束条件，建立数学优化模型，并利用优化算法求 解该模型，获得各个射线束下多个多叶准直器形状（子野）的方法。
[0007] 通量图优化方法速度很快，且在建立优化模型时，不需要考虑实际照射中的多叶 准直器的限制，因此，该优化结果是最理想的结果，所产生的剂量体积直方图是一种理想剂 量体积直方图。但是，该理想结果无法直接使用，现有技术将其优化获得的通量分布转换为 子野使用，但由于形成子野的多叶准直器的形状受到尺寸限制，将通量分布转换为子野使 用的过程中损失了精度。如图1的A曲线为通量图优化得到的理想剂量体积直方图，如果 能理想执行该强度分布，则被照射对象所受到的辐射剂量满足A曲线分布；但是，现有技术 是FMO的结果离散化后生成可用于放射治疗机器执行的多个子野，多个子野叠加后获得总 的强度，与理想强度相比将会出现较大的偏差。因此通量图优化方法的最主要缺点是不够 精准。现有技术的直接子野优化方法虽然所得到的解可以直接执行，但是与理想的效果仍 然有一定距离。
[0008] 另外，由于这两种优化方法最终得到的优化结果均是对应各自放射治疗模式的子 野的形状与强度分布，而不同放射治疗模式下，子野是不同的，因此对应的子野的剂量分布 也应是不同的，所以在现有技术中这两种优化方法最终得到的优化结果在不同放射治疗模 式下无法通用，需要重新优化。
【发明内容】
[0009] 为了解决现有技术中的理想剂量体积直方图无法直接被放射治疗设备执行、优化 结果精度较差、且在各治疗模式间通用性差的缺陷，本发明提供了一种剂量优化方法和系 统。
[0010] 本发明提供了一种剂量优化方法。所述方法包括以下步骤：
[0011] 获取第一剂量体积直方图，所述第一剂量体积直方图为通量图优化的结果；
[0012] 提供第二优化模型，以所述第一剂量体积直方图为优化目标优化所述第二优化模 型的参数，获得第二剂量体积直方图，其中若所述第二剂量体积直方图与所述第一剂量体 积直方图的比较结果小于一阈值，则优化结束；否则，继续优化。
[0013] 在一个实施例中，所述获取第一剂量体积直方图包括：通过求解通量图优化模型 获取所述第一剂量体积直方图。
[0014] 在一个实施例中，所述获取第一剂量体积直方图包括：从数据库中获取所述第一 剂量体积直方图。
[0015] 在一个实施例中，所述数据库中存储至少一个剂量体积直方图，所述剂量体积直 方图为通量图优化的结果。
[0016] 在一个实施例中，在提供所述第二优化模型之前，还包括以下步骤：
[0017] 选择治疗模式，所述治疗模式包括适形放射治疗模式、调强放射治疗模式、旋转调 强放射治疗模式、断层调强放射治疗模式、爆发式调强放射治疗模式以及容积调强放射治 疗模式中的至少一种。
[0018] 在一个实施例中，以所述第一剂量体积直方图为优化目标优化所述第二优化模型 的参数，获得第二剂量体积直方图的步骤包括：
[0019] 通过修改所述第二优化模型的参数来调整所述第二剂量体积直方图，从而使得所 述第二剂量体积直方图不断逼近所述第一剂量体积直方图，其中所述第二优化模型的参数 包括子野形状与子野权重。
[0020] 在一个实施例中，所述第二优化模型的参数还包括子野角度和/或子野个数。
[0021 ] 在一个实施例中，所述第二优化模型采用直接子野优化模型。
[0022] 本发明还提供了一种剂量优化系统，所述系统包括：
[0023] 获取单元，被配置成获取第一剂量体积直方图，所述第一剂量体积直方图为通量 图优化的结果；
[0024] 第二优化单元，被配置成提供第二优化模型，以所述第一剂量体积直方图为优化 目标优化第二优化模型的参数，获得第二剂量体积直方图，其中若所述第二剂量体积直方 图与所述第一剂量体积直方图的比较结果小于一阈值，则优化结束；否则，继续优化。
[0025] 在一个实施例中，所述获取单元包括通量图优化单元，被配置成提供通量图优化 模型以获取所述第一剂量体积直方图。
[0026] 在一个实施例中，所述获取单元被配置成从数据库中获取所述第一剂量体积直方 图。
[0027] 在一个实施例中，所述数据库中存储至少一个剂量体积直方图，所述剂量体积直 方图为通量图优化的结果。
[0028] 在一个实施例中，所述系统还包括：
[0029] 选择单元，被配置成用于选择治疗模式，所述治疗模式包括适形放射治疗模式、调 强放射治疗模式、旋转调强放射治疗模式、断层调强放射治疗模式、爆发式调强放射治疗模 式以及容积调强放射治疗模式中的至少一种。
[0030] 在一个实施例中，所述第二优化单元被配置成通过修改所述第二优化模型的参数 来调整所述第二剂量体积直方图，从而使得所述第二剂量体积直方图不断逼近所述第一剂 量体积直方图，其中所述第二优化模型的参数包括子野形状与子野权重。
[0031] 在一个实施例中，所述第二优化模型的参数还包括子野角度和/或子野个数。
[0032] 本发明还提供了又一种剂量优化方法，所述方法包括：
[0033] 采用通量图优化方法获得第一剂量体积直方图；
[0034] 以所述第一剂量体积直方图为目标采用直接子野优化方式获得第二剂量体积直 方图，若所述第二