本發明屬醫療，涉及一種硼中子俘獲治療計劃生成方法，特別是涉及一種硼中子俘獲治療計劃生成方法及裝置、存儲介質與終端。

背景技術：

1、硼中子俘獲治療(boron?neutron?capture?therapy,bnct)是一種二元靶向腫瘤放射治療手段，治療中主要利用超熱中子束和親腫瘤的含硼藥物共同作用。圖1示出了硼中子俘獲治療的示意圖，參考圖1所示，其基本原理為：將含硼的化合物引入患者體內，由于這些化合物可被腫瘤細胞吸收，因此一旦進入體內即會迅速聚集在腫瘤細胞內，而在其他正常組織中分布很少；之后，使用中子束照射腫瘤部位，使中子與聚集在腫瘤細胞內的b發生硼中子俘獲反應10b(n,α)7li，當b俘獲中子后，它會分裂成重粒子7li和α粒子，這些粒子會照射并摧毀腫瘤細胞，而且7li和α粒子的行程可以最大限度地減少對周圍健康組織的損傷。因此硼中子俘獲治療具有對正常細胞損傷小、治療腫瘤病癥范圍廣、療程短且具有靈活性并且治療費用相對較低等優點。

2、現有技術中，bnct(硼中子俘獲治療)放療計劃系統(tps)通常采用pet圖像提供的硼濃度信息和ct圖像提供的組織的空間結構制定治療計劃，計劃參數的設置包括多照射射野、射野方向和照射時間，但使用這種方式制定的治療計劃僅能滿足基本治療要求，而難以實現最佳的治療效果，例如，如果保障了最短治療時間就難以保障在整體治療效果上達到最優；此外，諸如設置雙射野或合理分配照射時間等策略在制訂過程中缺乏針對治療效果的約束優化，無法生成具有實際成效的治療方案。同時，現有技術的方法缺少對不同病人特定需求的關注，例如，靶區面積較大的患者可能更適合朝著提高靶區最低劑量的方向進行優化，而對于靶區形狀不規則的患者，則可能更傾向于靶區劑量均勻度方向優化。

3、因此，現有技術中無法滿足硼中子俘獲治療多樣化的實際治療需求。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種硼中子俘獲治療計劃生成方法及裝置、存儲介質與終端，用于解決現有技術中無法滿足硼中子俘獲治療多樣化的實際治療需求的技術問題。

2、第一方面，本發明提供一種硼中子俘獲治療計劃生成方法，包括：

3、獲取靶區生物效應劑量目標函數、健康組織生物效應劑量目標函數、劑量均勻度目標函數、治療時間目標函數和靶區與健康組織生物效應劑量比目標函數，以作為目標函數集合；

4、獲取治療時間參數、治療角度參數和靶區硼濃度參數，以作為優化參數集合；

5、基于所述目標函數集合和優化參數集合，使用預設多目標優化算法進行迭代優化，以獲取對應的帕累托前沿作為治療計劃；

6、其中，所述帕累托前沿中的每一個解均代表一個治療計劃。

7、于本發明的一實施例中，所述靶區與健康組織生物效應劑量比目標函數為：靶區組織硼濃度與正常組織生物效應劑量的比值。

8、于本發明的一實施例中，所述預設多目標優化算法的綜合目標函數為所有所述目標函數的加權和，每個所述目標函數的權重在迭代中動態更新，所有所述目標函數的權重的和恒定為1。

9、于本發明的一實施例中，每次更新包括：

10、根據每個目標函數當前值與理想值的比值對所有權重進行調整，以使所述綜合目標函數中所有權重滿足預設條件，所述預設條件為權重大小與預設指標大小成正比；

11、其中，所述預設指標為目標函數當前值和理想值的比值減去1所得差值的絕對值。

12、于本發明的一實施例中，每個權重的動態更新方式為：

13、

14、其中，表示預設權重，表示上一代的預設權重值，表示目標函數理想值，表示目標函數當前值，γ表示預設調節因子。

15、于本發明的一實施例中，所述靶區生物效應劑量目標函數的初始權重為靶區內劑量變異系數的倒數；

16、所述健康組織生物效應劑量目標函數的初始權重為健康組織的實際生物效應劑量與健康組織的安全劑量限制的比值；

17、所述劑量均勻度目標函數的初始權重為靶區的表面積與靶區的體積的比值；

18、所述治療時間目標函數的初始權重為當前治療計劃的預計時間與患者或設備允許的最大治療時間的比值；

19、所述靶區與健康組織生物效應劑量比目標函數的初始權重為靶區生物效應劑量與健康組織生物效應劑量差值的倒數。

20、于本發明的一實施例中，所述預設多目標優化算法包括nsga-ii算法和moea/d算法。

21、第二方面，本發明還提供一種硼中子俘獲治療計劃生成裝置，其特征在于，包括：

22、目標函數建立模塊，用于獲取靶區生物效應劑量目標函數、健康組織生物效應劑量目標函數、劑量均勻度目標函數、治療時間目標函數和靶區與健康組織生物效應劑量比目標函數，以作為目標函數集合；

23、優化參數獲取模塊，用于獲取治療時間參數、治療角度參數和靶區硼濃度參數，以作為優化參數集合；

24、多目標優化模塊，用于基于所述目標函數集合和優化參數集合，使用預設多目標優化算法進行迭代優化，以獲取對應的帕累托前沿作為治療計劃；

25、其中，所述帕累托前沿中的每一個解均代表一個治療計劃。

26、第三方面，本發明還提供一種存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時實現如上所述的硼中子俘獲治療計劃生成方法。

27、第四方面，本發明還提供一種終端，包括處理器以及存儲器，所述存儲器與所述處理器之間通信連接；

28、所述存儲器用于存儲計算機程序，所述處理器用于執行所述存儲器存儲的計算機程序，以使所述終端執行如上所述的硼中子俘獲治療計劃生成方法。

29、如上所述，本發明所述的硼中子俘獲治療計劃生成方法及裝置、存儲介質與終端，具有以下有益效果：

30、本發明通過建構目標函數集合與優化參數集合，基于預設多目標優化算法生成帕累托圖前沿，提供了多個不同優化參數配置下的最優治療計劃，兼具多樣化的優化參數與治療計劃的均衡性，有利于滿足不同患者的多樣化治療需求，同時顯著提高了生成硼中子俘獲治療治療計劃的效率。

技術特征：

1.一種硼中子俘獲治療計劃生成方法，包括：

2.根據權利要求1的硼中子俘獲治療計劃生成方法，其特征在于，

3.根據權利要求1的硼中子俘獲治療計劃生成方法，其特征在于，所述預設多目標優化算法的綜合目標函數為所有所述目標函數的加權和，每個所述目標函數的權重在迭代中動態更新，所有所述目標函數的權重的和恒定為1。

4.根據權利要求3所述的硼中子俘獲治療計劃生成方法，其特征在于，每次更新包括：

5.根據權利要求4的硼中子俘獲治療計劃生成方法，其特征在于，

6.根據權利要求1的硼中子俘獲治療計劃生成方法，其特征在于，

7.根據權利要求1的硼中子俘獲治療計劃生成方法，其特征在于，

8.一種硼中子俘獲治療計劃生成裝置，其特征在于，包括：

9.一種存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執行時實現權利要求1至7中任一項所述的硼中子俘獲治療計劃生成方法。

10.一種終端，其特征在于，包括處理器以及存儲器，所述存儲器與所述處理器之間通信連接；所述存儲器用于存儲計算機程序，所述處理器用于執行所述存儲器存儲的計算機程序，以使所述終端執行如權利要求1至7中任一項所述的硼中子俘獲治療計劃生成方法。

技術總結
本發明提供一種硼中子俘獲治療計劃生成方法及裝置、存儲介質與終端，其中方法包括獲取靶區生物效應劑量目標函數、健康組織生物效應劑量目標函數、劑量均勻度目標函數、治療時間目標函數和靶區與健康組織生物效應劑量比目標函數，以作為目標函數集合；獲取治療時間參數、治療角度參數和靶區硼濃度參數，以作為優化參數集合；基于目標函數集合和優化參數集合，使用預設多目標優化算法進行迭代優化，以獲取對應的帕累托前沿作為治療計劃。本發明可以生成多個不同硼中子俘獲治療優化參數配置下的最優治療計劃，有利于滿足不同患者的多樣化治療需求。

技術研發人員：呂昌勛,曹學香,陳中師,加瀬究
受保護的技術使用者：華硼中子科技（杭州）有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24