[发明专利]预测剂量分布引导的调强放疗计划优化系统、介质及设备

权利要求书

1.一种基于预测剂量分布引导的调强放疗计划优化系统，包括：

剂量预测模块：用于将患者的感兴趣区域的几何结构特征输入到经训练的神经网络模型，获得危及器官的三维剂量分布预测；

模型建立模块：用于以所述三维剂量分布预测作为优化引导，以感兴趣区域内的体素作为优化约束，建立射野强度分布模型，其中，该射野强度分布模型的优化目标函数包括基于三维剂量分布预测的目标项和基于等效均匀剂量的目标项；

模型求解模块：用于基于所述优化目标函数求解该射野强度分布模型的优化问题，获得调强放疗计划；

其中，所述模型建立模块还用于：

运用剂量计算引擎生成剂量沉积矩阵W，以光子强度通量图x作为优化求解对象，得到d＝W·x，其中d表示计算剂量分布；

利用危及器官的三维剂量分布预测构建基于体素的优化目标函数；

在所述优化目标函数中，耦合危及器官的等效均匀剂量目标函数并设置剂量以及剂量-体积约束项，以及构造计划靶区周围指定距离内的组织结构对其给定跌落剂量分布目标；

将各目标函数加权构成总二次损失函数，并结合约束项来优化所述射野强度分布模型。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，获得危及器官的三维剂量分布预测包括：

收集有效的调强放疗计划数据形成病例数据库，其中，该病例数据库反映患者的解剖特征和剂量特征之间的关联性；

提取所述病例数据库中每个患者的解剖特征和对应的剂量特征；

搭建人工神经网络，输入患者的解剖特征和剂量特征，通过训练学习出解剖特征和剂量特征之间的映射关系，得到二者的关联模型，并使用所述关联模型预测新患者的三维剂量分布。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于三维剂量分布预测的目标项与已获得的三维剂量分布预测以及患者的个体化的体素信息相关。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于等效均匀剂量的目标项与患者的个体化的体素信息以及生物特性相关。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述射野强度分布模型的优化过程还考虑计划靶区以及其周围组织的剂量要求并构建跌落剂量分布作为计划靶区周围组织的优化目标。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总二次损失函数表示为：

S.t.C(d(x))≤0,x≥0

其中：

d、d_i表示计算剂量分布，Nv表示感兴趣区内体素的个数，d^pred.表示预测的剂量分布，r、X、d^low和d^high分别表示目标体素与靶区边缘的距离、最远距离、低剂量水平和高剂量水平，为处方剂量，w_i、w_i^gEUD、w_j和W^NT表示权重因子，C为剂量约束，N_OARs和N_PTVs分别表示计划涉及危及器官数目和靶区的数目，α为生物特性参数。