一种放射治疗计划质量的量化评价方法及装置

技术领域

本发明公开涉及医疗数据挖掘技术领域，具体地，涉及一种放射治疗计划质量的量化评价方法及装置。

背景技术

放射治疗，简称放疗，基本原理是利用电离辐射导致细胞中单链和双链DNA断裂，从而使肿瘤细胞丧失繁殖能力，是目前治疗恶性肿瘤的主要手段之一。放疗主要采用调强适形放射治疗技术(简称调强)，大致流程为：放疗医生勾画靶区和危及器官并给定处方剂量，再由物理师设置射野角度、剂量目标和剂量约束，之后交由治疗计划系统通过逆向计划设计方式获得较优的计划方案，最后医生和物理师以“提高靶区覆盖度，减少正常组织受照剂量”为主要原则对放疗计划进行评估。在计划评估环节，医生和物理师具体评估靶区剂量的覆盖度、均匀性、适形性，以及各个危及器官的受量等剂量指标是否满足临床要求，但缺乏对计划进行整体的评价；此外，靶区的剂量覆盖和危及器官的剂量规避是矛盾的，也就是，较好的靶区覆盖通常伴随着较差的危及器官保护，计划设计者和计划评估者评价计划质量时对二者的权衡是主观的，非量化的。总之，现有技术对放疗计划的评价是非整体的、主观的、且非量化的，难以为计划的进一步优化提供指导。

因此，本领域人员亟需寻找一种新的技术方案来解决上述的问题。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开提供一种放射治疗计划质量的量化评价方法及装置。

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种放射治疗计划质量的量化评价方法，所述方法包括：

确定目标放射治疗计划；

根据所述目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定所述目标放射治疗计划的目标评分；

根据所述目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对所述目标放射治疗计划进行评价，确定所述目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划。

可选的，所述方法还包括：

根据通过临床审核的历史放射治疗计划建立历史数据库；

根据每项历史放射治疗计划的结构复杂程度将所述历史数据库划分为若干个子数据库；

根据每个子数据库包含的历史放射治疗计划，确定历史放射治疗计划中每项放射剂量指标包含的若干个放射剂量指标值与评分值之间的映射关系。

可选的，所述根据每个子数据库包含的历史放射治疗计划，确定历史放射治疗计划中每项放射剂量指标包含的若干个放射剂量指标值与评分值之间的映射关系，包括：

通过Dicom文件在每个历史放射治疗计划中提取若干个放射剂量指标的放射剂量指标值，所述放射剂量指标值至少包括：靶区相关剂量指标值、危及器官相关剂量指标值和剂量分布相关剂量指标值；

将每个子数据库中的每种放射剂量指标的若干个来自不同病例的放射剂量指标值按照由劣到优进行排序，根据预设的映射关系确定公式，建立每个子数据库中不同放射剂量指标包含的每项放射剂量指标值与评分值之间的映射关系，其中，所述映射关系确定公式为：

S

可选的，所述根据所述目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定所述目标放射治疗计划的目标评分，包括：

根据所述目标放射治疗计划的结构复杂度指标，在若干个子数据库中确定目标子数据库并获取与所述目标子数据库对应的每项放射剂量指标下放射剂量指标值与评分值之间的映射关系；

通过Dicom文件提取所述目标放射治疗计划中的目标放射剂量指标值，并根据所述放射剂量指标值与评分值之间的映射关系，确定所述目标放射治疗计划中各项目标放射剂量指标值的评分值；

根据每项目标放射剂量指标值的评分值和预设权重值，确定所述目标放射治疗计划的目标评分。

可选的，所述根据每项放射剂量指标值的评分值和预设权重值，确定所述目标放射治疗计划的目标评分，包括：

确定每项放射剂量指标值的评分值p；

根据所述放射剂量指标值的评分值p和预设权重值w，通过

可选的，所述根据所述目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对所述目标放射治疗计划进行评价，确定所述目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划，包括：

确定所述目标子数据库中每项历史放射治疗计划的历史评分；

根据所述目标评分确定所述目标放射治疗计划在所述目标子数据库中的百分比排名Q；

若所述百分比排名Q高于预设阈值ε，则确定所述目标放射治疗计划为优质计划；

若所述百分比排名Q低于预设阈值ε，则确定所述目标放射治疗计划为劣质计划。

可选的，所述方法还包括：

将优质计划记录在对应的目标历史子数据库中。

可选的，所述结构复杂度指标为描述患者靶区与危及器官之间空间关系的指标。

根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种放射治疗计划质量的量化评价装置，所述装置包括：

目标计划确定模块，确定目标放射治疗计划；

目标计划质量量化模块，与所述目标计划确定模块相连，根据所述目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定所述目标放射治疗计划的目标评分；

计划评价模块，与所述目标计划质量量化模块相连，根据所述目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对所述目标放射治疗计划进行评价，确定所述目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划。

可选的，所述装置还包括：

历史数据库建立模块，根据通过临床审核的历史放射治疗计划建立历史数据库；

子数据库划分模块，与所述历史数据库建立模块相连，根据每项历史放射治疗计划的结构复杂程度将所述历史数据库划分为若干个子数据库；

映射关系确定模块，与所述子数据库划分模块相连，根据每个子数据库包含的历史放射治疗计划，确定历史放射治疗计划中每项放射剂量指标包含的若干个放射剂量指标值与评分值之间的映射关系。

综上所述，本发明公开涉及一种放射治疗计划质量的量化评价方法及装置，该方法包括：确定目标放射治疗计划；根据该目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定该目标放射治疗计划的目标评分；根据该目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对该目标放射治疗计划进行评价，确定该目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划。能够根据计划的结构复杂度将计划分为难易不同的类别，每种类别下，通过已有的通过临床审核的计划数据库建立客观的由若干个剂量指标构成的计划质量标准，基于计划质量标准和用户自定义的剂量指标权重计算待评估放疗计划的量化的质量分数。

上述方法可以对放疗计划进行整体的、客观的、且量化的评价，帮助计划设计者直观地了解计划质量，提示计划是否存在进一步改进的空间，从而实现放疗计划的质量控制。

本发明公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种放射治疗计划质量的量化评价方法的流程图；

图2是根据图1示出的一种数据库建立方法的流程图；

图3是根据图2示出的一种映射关系确定方法的流程图；

图4是根据图2示出的一种量化评分确定方法的流程图；

图5是根据图2示出的一种质量评价方法的流程图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种放射治疗计划质量的量化评价装置的结构框图；

图7是根据图6示出的另一种放射治疗计划质量的量化评价装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是根据一示例性实施例示出的一种放射治疗计划质量的量化评价方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

在步骤101中，确定目标放射治疗计划。

示例地，本发明公开实施例提供一种对肿瘤患者的放射治疗计划进行量化评估的方法，通过以往已经通过临床审核的放射治疗计划的历史数据对本次放射治疗计划进行量化评估，确定该放射治疗计划的评分，从而确定该放射治疗计划的优劣，是否能够用于患者的治疗，以及是否需要重新改进。可以理解的是，在实施本发明公开实施例之前，需要获取计划设计者本次为患者制定的放射治疗计划，将该放射治疗计划确定为目标放射治疗计划。

在步骤102中，根据该目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定该目标放射治疗计划的目标评分。

示例地，对目标放射治疗计划进行量化评价，需要提取目标放射治疗计划的相关性指标(本发明公开实施例中相关性指标为结构复杂度指标和放射剂量指标值)，并将该目标放射治疗计划中的相关性指标与历史放射治疗计划中的相关性指标进行对比，根据对比的结果通过预设的放射治疗计划评分策略获取该目标放射治疗计划各项相关性指标的综合评分值。

需要说明的是，该结构复杂度指标为描述患者靶区与危及器官之间空间关系的指标，该指标为靶区与危及器官之间空间关系的描述子，可以为用户自定义的指标。以乳腺癌患者为例，确定乳腺癌患者的目标放射治疗计划后，勾画乳腺癌患者每层CT图像中的PTV(planning target volume，计划靶区)，经过“C型”PTV的两端画切线(乳腺癌患者的PTV呈现“C”型)，以全部CT层面上切线与靶区之间的区域内的肺结构的体积之和作为结构复杂度指标。此外，还可以定义靶区体积和危及器官重叠体积等指标作为结构复杂度指标。放射剂量指标值为从靶区覆盖、危及器官的保护等方面反映计划质量的指标，包括但不限于靶区相关剂量指标、危及器官相关剂量指标和剂量分布相关剂量指标。

在步骤103中，根据该目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对该目标放射治疗计划进行评价，确定该目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划。

示例地，将目标放射治疗计划与历史放射治疗计划的各项相关性指标进行对比并对目标放射治疗计划进行评价获取目标评分后，再将该目标评分与历史放射治疗计划的历史评分进行对比，根据目标评分在历史评分中的排名情况，确定该目标放射治疗计划为优质计划或者劣质计划。可以理解的是，若该目标放射治疗计划被评为优质计划，说明该目标放射治疗计划质量较优，可考虑用于该患者的治疗中，若该目标放射治疗计划被评为劣质计划，说明该目标放射治疗计划存在较大的改进空间，需要计划设计者重新审视该放射治疗计划。

图2是根据图1示出的一种数据库建立方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

在步骤201中，根据通过临床审核的历史放射治疗计划建立历史数据库。

根据上述步骤102可知，对目标放射治疗计划进行评分时，需要与历史放射治疗计划进行对比，即需要获取足够数量支持的历史数据。本发明公开实施例中，根据以往已经通过临床审核的所有历史放射治疗计划建立历史数据库，并通过对历史数据库中数据的进一步挖掘和处理，建立放射治疗计划评分策略。

优选的，数据为Dicom格式，包括RTSTRUCT文件、RTDOSE文件和RTPLAN文件。

在步骤202中，根据每项历史放射治疗计划的结构复杂程度将该历史数据库划分为若干个子数据库。

示例地，可以理解的是，结构复杂程度即每项历史放射治疗计划的结构复杂度指标，根据结构复杂度指标值采用等分法将历史数据库划分为K个子数据库。如此，对目标放射治疗计划进行评估时，可以根据目标放射治疗计划的结构复杂程度指标在K个子数据库中确定结构复杂程度指标相同的目标子数据库，将结构复杂程度相同的历史数据用于该目标放射治疗计划的评估，极大地提高评价结果的准确性。

在步骤203中，根据每个子数据库包含的历史放射治疗计划，确定子数据库中每项放射剂量指标包含的若干个放射剂量指标值与评分值之间的映射关系。

示例地，获取子数据库中每例历史放射治疗计划的放射剂量指标值对应的评分值，可以理解的是，对于每项放射剂量指标，放射剂量指标值的评分标准为最优的指标值对应最高分值，最劣的指标值对应最低分值，基于每个放射剂量指标值建立与每个子数据库中不同放射剂量指标对应的放射剂量指标值-评分值的映射关系，该映射关系用于对目标放射治疗计划的放射剂量指标值进行评分。

具体的，图3是根据图2示出的一种映射关系确定方法的流程图，如图3所示，该步骤203包括：

在步骤2031中，通过Dicom文件在每个历史放射治疗计划中提取若干个放射剂量指标的放射剂量指标值。

该放射剂量指标值包括但不限于：靶区相关剂量指标值、危及器官相关剂量指标值和剂量分布相关剂量指标值。

示例地，通过Dicom文件提取数据库中每个计划的J个剂量指标对应的若干个放射剂量指标值，其中，在子数据库中每个剂量指标中包含I个指标数值。剂量指标从靶区覆盖、危及器官的保护等方面反映了计划质量，包括但不限于靶区相关剂量指标、危及器官相关剂量指标和剂量分布相关剂量指标。

示例地，仍以左侧乳腺癌患者为例进行解释说明，剂量指标包括但不限于计划最大剂量Dmax、PTV内大于或等于105％处方剂量所覆盖的百分体积V105％_PTV、V107％_PTV、PTV内剂量最高的99％体积所接受的最小剂量D99_PTV、D50_PTV、剂量分布一致性CI、剂量分布均匀性HI、患侧肺V5Gy_LungL、患侧肺V20Gy_LungL、患侧肺V30Gy_LungL、健侧肺平均剂量Dmean_LungR、心脏平均剂量Dmean_Heart、健侧乳腺平均剂量Dmean_Breast、甲状腺平均剂量Dmean_Thyroid、肱骨头平均剂量Dmean_Humerus、脊髓最大剂量Dmax_SpinalCord、食管平均剂量Dmean_Esophagus、气管平均剂量Dmean_Trachea和胃平均剂量Dmean_Stomach。

在步骤2032中，将每个子数据库中的每种放射剂量指标的若干个来自不同病例的指标值按照由劣到优进行排序，根据预设的映射关系确定公式，建立每个子数据库中不同放射剂量指标包含的每项放射剂量指标值与评分值之间的映射关系。

其中，该映射关系确定公式为：

S

需要说明的是，将每种放射剂量指标的若干个来自不同病例的放射剂量指标值按照由劣到优进行排序，不同的放射剂量指标中对优劣的定义不同。例如，当放射剂量指标为CI、D99_PTV等指标时，由劣到优对相应的指标值进行排序时为指标值的数值由小到大进行排序，而当放射剂量指标为V105％_PTV、V107％_PTV、D50_PTV等指标时，由劣到优对相应的指标值进行排序时为指标值的数值由大到小进行排序。

图4是根据图2示出的一种量化评分确定方法的流程图，如图4所示，该步骤102包括：

在步骤1021中，根据该目标放射治疗计划的结构复杂度指标，在若干个子数据库中确定目标子数据库并获取与该目标子数据库对应的每项放射剂量指标下放射剂量指标值与评分值之间的映射关系。

示例地，通过上述步骤201-203建立历史数据库以及每项放射剂量指标对应的放射剂量指标值和评分值之间的映射关系后，根据该历史数据库中的数据以及映射关系对目标放射治疗计划进行评分。具体的，确定目标放射治疗计划的结构复杂度指标，并在划分好的若干个子数据库中确定结构复杂度与目标放射治疗计划相当的目标子数据库，该目标子数据库中的映射关系可用于对目标放射治疗计划中的放射剂量指标值进行评分。

在步骤1022中，通过Dicom文件提取该目标放射治疗计划中的目标放射剂量指标值，并根据该放射剂量指标值与评分值之间的映射关系，确定该目标放射治疗计划中各项目标放射剂量指标值的评分值。

在步骤1023中，根据每项目标放射剂量指标值的评分值和预设权重值，确定该目标放射治疗计划的目标评分。

具体的，确定每项放射剂量指标值的评分值p；根据该放射剂量指标值的评分值p和预设权重值w，通过

示例地，根据目标子数据库中的映射关系，对目标放射治疗计划中的每项目标放射剂量指标值进行评分后，还需要将目标放射治疗计划中的各项放射剂量指标值评分进行综合汇总，得到综合评分，即目标放射治疗计划的目标评分。本发明公开实施例中，为每项放射剂量指标值的评分赋予一个预设的权重值，且针对于一项目标放射治疗计划来说，该计划内的所有放射剂量指标值的权重值总和为1。计算目标评分时，将每个放射剂量指标值的评分值乘以对应的权重之后，再对所有评分值乘以权重之后得到的乘积进行加和，获取目标放射治疗计划的目标评分。

图5是根据图2示出的一种质量量化评价方法的流程图，如图5所示，该步骤103包括：

在步骤1031中，确定该目标子数据库中每项历史放射治疗计划的历史评分。

示例地，可以理解的是，获取历史放射治疗计划的历史评分时，可以采用与上述步骤1021-1023中获取目标放射治疗计划的目标评分相同的方法，对每个历史放射治疗计划进行评价。同样可以理解的是，在获取以往通过临床审核的历史放射治疗计划数据时，每项历史放射治疗计划的评分值已经记录在数据库内，直接获取即可。

在步骤1032中，根据该目标评分确定该目标放射治疗计划在该目标子数据库中的百分比排名Q。

示例地，目标子数据库中包含多个历史放射治疗计划以及对应的历史评分，确定目标放射治疗计划的目标评分后，将该目标评分放置目标子数据库中进行排名，获取目标评分在目标子数据库中的排名百分比。

例如，目标子数据库中包含10项历史放射治疗计划，评分分别为90、91、92、93、94、95、96、97、98、99，该目标放射治疗计划的目标评分为98，在目标子数据库中的排名为第二位，百分比为90％。

在步骤1033中，若该百分比排名Q高于预设阈值ε，则确定该目标放射治疗计划为优质计划。

在步骤1034中，若该百分比排名Q低于预设阈值ε，则确定该目标放射治疗计划为劣质计划。

示例地，预设阈值为计划设计者根据以往经验设置的，当目标放射治疗计划的评分百分比高于预设阈值时，说明目标放射治疗计划相对于目标子数据库中的历史放射治疗计划，评分较高，为优质计划。当目标放射治疗计划的评分百分比低于预设阈值时，说明目标放射治疗计划的评分低于目标子数据库中大多数历史放射治疗计划的评分，此时需要重新对目标放射治疗计划进行调整。另外，对于优质计划，不仅可以将该放射治疗计划投入患者治疗的下一步研究当中，还可以将该目标放射治疗计划和目标评分加入到对应的目标子数据库中，成为该目标子数据库中的历史放射治疗计划，用于下一次放射治疗计划的评分。

图6是根据一示例性实施例示出的一种放射治疗计划质量的量化评价装置的结构框图，如图6所示，该装置600包括：

目标计划确定模块610，确定目标放射治疗计划；

目标计划质量量化模块620，与该目标计划确定模块610相连，根据该目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定该目标放射治疗计划的目标评分；

计划评价模块630，与该目标计划质量量化模块620相连，根据该目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对该目标放射治疗计划进行评价，确定该目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划。

图7是根据图6示出的另一种放射治疗计划质量的量化评价装置的结构框图，如图7所示，该装置700，包括：

历史数据库建立模块710，根据通过临床审核的历史放射治疗计划建立历史数据库；

子数据库划分模块720，与该历史数据库建立模块710相连，根据每项历史放射治疗计划的结构复杂程度将该历史数据库划分为若干个子数据库；

映射关系确定模块730，与该子数据库划分模块720相连，根据每个子数据库包含的历史放射治疗计划，确定历史放射治疗计划中每项放射剂量指标包含的若干个放射剂量指标值与评分值之间的映射关系。

综上所述，本发明公开涉及一种放射治疗计划质量的量化评价方法及装置，该方法包括：确定目标放射治疗计划；根据该目标放射治疗计划中的结构复杂度指标和放射剂量指标值，以及通过临床审核的历史放射治疗计划，通过预设的放射治疗计划评分策略确定该目标放射治疗计划的目标评分；根据该目标放射治疗计划的目标评分和历史放射治疗计划的历史评分对该目标放射治疗计划进行评价，确定该目标放射治疗计划为优质计划或劣质计划。能够根据计划的结构复杂度将计划分为难易不同的类别，每种类别下，通过已有的通过临床审核的计划数据库建立客观的由若干个剂量指标构成的计划质量标准，基于计划质量标准和用户自定义的剂量指标权重计算待评估放疗计划的量化的质量分数。

上述方法可以对放疗计划进行整体的、客观的、且量化的评价，帮助计划设计者直观地了解计划质量，提示计划是否存在进一步改进的空间，从而实现放疗计划的质量控制。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。