CN110060765A - 一种标准化云放疗计划方法、存储介质和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于放疗和云计算技术领域，涉及一种标准化云放疗计划方法、存储介质和系统。该方法包括如下步骤：(1)向主控云服务器上传患者数据，其中所述的患者数据包括患者影像、医嘱数据；(2)根据患者影像进行靶区勾画；(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划；(4)根据标准放疗计划生成与特定放疗设备匹配的放疗计划。通过本发明提供的方法可以避免因为医院内某类型放疗设备发生故障而其他放疗设备空闲的情况下耽误患者的治疗时间以及治疗资源的闲置；还能平衡不同医院或地区的医生的治疗水平的差异，也能降低肿瘤医生与物理师的工作负担。

Description

一种标准化云放疗计划方法、存储介质和系统
技术领域
本发明属于放疗和云计算技术领域，涉及一种标准化云放疗计划方法、存储介质和系统。
背景技术
根据统计，目前我国癌症发病和死亡人数已居世界第一位。2015年，国内癌症新发病例430万，死亡病例280万。放疗与外科手术治疗、化学药物治疗并列为肿瘤治疗的三大方法。而中国目前的物理师人才缺口为1万名，医疗资源极度紧缺。
一方面，三级医院的品牌效应吸引了大批患者蜂拥进入三级医院治疗，尤其大型三甲医院更是人满为患，病床使用率长期处于饱和状态。而基层医疗机构的病床使用率仅有60％左右，部分医疗资源被浪费，没有发挥出应有的效益。大量患者集中在三甲医院进行诊疗，势必造成医护人员负担过重，无法满足所有患者的需求。医疗资源过度集中在三级医院，也导致了医疗服务效率下降。另一方面，部分医院中的放疗设备的类型不尽相同，可能包括若干品牌多个型号的放疗设备，如过事先根据一台放疗设备制定完成放疗计划后，而该设备意外故障又没有相同型号的替换设备时，势必造成之前放疗计划的浪费或搁置，延误病人的治疗时间。因此，如何提高三级医院中各放疗设备的有效利用率、将三级医院的患者分流到基层医疗机构并维持放射治疗水平是现有技术急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于为克服上述现有技术的缺陷而提供一种标准化云放疗计划方法、存储介质和系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种标准化云放疗计划方法，包括如下步骤：
(1)向主控云服务器上传患者数据，其中所述的患者数据包括患者影像、医嘱数据；
(2)根据患者影像进行靶区勾画；
(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划；
(4)主控云服务器或受控计算机根据标准放疗计划，转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划。
所述的患者影像包括CT影像、核磁影像或PET影像中的一种或者组合。
所述的医嘱数据包括目标放疗剂量、DVH曲线、各器官放疗剂量约束值中的一种或组合。
所述的勾画为自动勾画、半自动勾画或者手动勾画。
所述的步骤(4)包括：
(4a)、比较标准放疗设备与待匹配设备的参数吻合度，如果参数吻合度符合预设的阈值要求，将标准放疗计划直接作为最终放疗计划，否则进入步骤(4b)；
(4b)、导入标准放疗计划，并将标准放疗计划中的剂量体积直方图、等剂量线作为约束条件，在标准放疗计划的射野参数基础上，重新计算最终放疗计划；
(4c)、根据系统预存的放疗设备参数，调整指定的放疗设备的执行步骤。
步骤(4a)中，所述的参数包括源参数、多叶准直器参数；其中，所述的源参数通过比较源在均匀或者非均匀介质中的剂量测量特性数据获得；所述的多叶准直器参数包括叶片大小和对数、最大开野大小、是否允许交错；所述的剂量测量特性数据通过三维剂量曲线获得。
步骤(4b)中，所述的重新计算包括剂量计算或者逆向优化中的一种或者组合；其中，所述的逆向优化包括采用直接子野优化或者通量图优化方法中的一种或者组合。
步骤(4c)后还包括质量保证(QA)步骤，病人在治疗前通过QA验证所转换的计划是否正确；
步骤(3)与步骤(4)之间，还包括根据放疗设备的使用拥堵情况，选择待转换放疗设备的步骤：优先将标准放疗计划转换为当前空闲的放疗设备或待执行任务数量较少的放疗设备或用户自定义选择待转换的放疗设备型号。
生成标准放疗计划时或转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划时根据计算资源实行进程排队转换或用户自定义设定计算任务的优先次序。
本发明还提供一种标准化云放疗计划系统，包括：主控云服务器，网络通信模块，客户端以及受控计算机，其中：
所述主控云服务器、受控计算机、客户端通过网络通讯模块通信连接；
所述主控云服务器用来定义计算模体、靶区勾画以及定义计算参数，优化分配调度任务，并监控受控计算机执行；
所述受控计算机用来接收主控云服务器发出的运行指令、判断任务执行、执行计算任务、反馈计算进度与计算结果；
所述的客户端用来将病人影像、病人数据或临床剂量上传到主控云服务器，并查看放疗计划结果。
本发明还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述的一个或多个程序包括指令，所述指令适于由存储器加载并执行上述标准化云放疗计划方法。
本发明具有以下有益效果：
通过本发明提供的方法，可以避免因为医院内某类型机器发生故障而其他机器可用的情况下耽误患者的治疗时间以及治疗资源的闲置；也可以大大节省放射治疗计划的制定时间和患者的等待时间。另外，通过自动勾画及自动TPS制定，还能平衡不同医院或地区的医生的治疗水平的差异，也能减轻肿瘤医生与物理师的工作负担。
附图说明
图1为本发明一个优选的实施例中标准化云放疗计划系统的结构示意图。
图2为本发明一个优选的实施例中标准化云放疗计划方法的流程图。
图3为本发明另一个优选的实施例中标准化云放疗计划方法的流程图。
图4为本发明又一个优选的实施例中标准化云放疗计划方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1
图1为本发明一个示出性实施例中的放疗计划系统结构示意图。该云放疗计划系统，包括：主控云服务器，网络通信模块，客户端以及受控计算机，其中：
主控云服务器、受控计算机及客户端通过网络通信模块通信连接；主控云服务器用来定义计算模体、靶区勾画以及定义计算参数，优化分配调度任务，并监控受控计算机执行；受控计算机用来接收主控云服务器发出的运行指令、判断任务执行、执行计算任务、反馈计算进度与计算结果；客户端用来将病人影像、病人数据或临床剂量上传到主控云服务器，并查看放疗计划结果。
主控云服务器定义计算参数，优化分配调度任务，并监控受控计算机执行；其中，优化分配调度任务是通过建立优化模型确定的，其中优化模型包括优化目标与约束条件；优化目标包括最小完成时间、最多完成任务数或最低费用中的一个或者多个组合；约束条件包括确定当前任务数量、可使用的网络分布、可使用的受控计算机分布或受控计算机的任务完成率分布；其中，优化调度任务包括如下步骤：
a)优化模型参数初始化：包括定义目标与确定约束条件相关参数初始化；
b)利用优化算法迭代求解：使用无约束优化算法、约束优化算法或者智能优化算法迭代求解；
c)结果输出：优化结果包括分配任务的优先级、所使用的网络资源以及计算机资源。
主控云服务器通过多用户定义计算模体、靶区勾画以及定义计算参数；或者主控云服务器根据目前用户的计算要求分配与调度计算任务，其中分配与调度计算任务包括对受控计算机发送计算任务、关闭计算任务、转移计算任务、开关机管理、任务优先次序管理或任务安全管理中的一种或多种。
主控云服务器对受控计算机进行监控，当发现任意一台受控计算机失去联系，则将该受控计算机的任务重新分配给另外一台受控计算机。监控方法包括：主动发送或者被动接收心跳包、主动请求或者被动接收计算进度、主动请求或者被动接收计算结果相关信息。
受控计算机用于放疗计划系统的算法计算；其中，算法计算包括剂量计算或逆向优化；受控计算机执行计算任务包括分解成子任务、执行子任务；受控计算机将任务分解为以下子任务中的一种或多种：GPU并行任务、CPU并行任务或CPU-GPU混合并行任务。
实施例2
图2为本发明一个示例性实施例中标准化云放疗计划方法的流程图。一种标准化云放疗计划方法，包括如下步骤：
(1)向主控云服务器上传患者数据210，其中患者数据包括患者影像、医嘱数据；患者影像包括CT影像、核磁影像或PET影像中的一种或者组合；医嘱数据包括目标放疗剂量、DVH曲线、各器官放疗剂量约束值中的一种或组合；
(2)根据患者影像进行靶区勾画220；勾画为自动勾画或者手动勾画；
(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划230；
(4)主控云服务器或受控计算机根据标准放疗计划，转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划240，包括：
(4a)、比较标准放疗设备与待匹配设备的参数吻合度是否在阈值范围241，如果参数吻合度符合预设的阈值要求，将标准放疗计划直接作为最终放疗计划242，否则进入步骤(4b)；参数包括源参数、多叶准直器参数；其中，源参数通过比较源在均匀或者非均匀介质中的剂量测量的特性数据(三维剂量曲线)获得；多叶准直器参数包括叶片大小和对数、最大开野大小、是否允许交错；
(4b)、导入标准放疗计划，并将标准放疗计划中的剂量体积直方图，等剂量线作为约束条件，在标准放疗计划的射野参数基础上，重新计算最终放疗计划243；重新计算包括剂量计算或者逆向优化中的一种或者组合；其中，逆向优化包括采用直接子野优化或者通量图优化方法中的一种或者组合；
(4c)、根据系统预存的放疗设备参数，调整指定的放疗设备的执行步骤244。
实施例3
本实施例中，在实施例1的基础上，步骤(4c)后还包括质量保证QA步骤，病人在治疗前通过QA验证所转换的计划是否正确。
如图3所示，一种标准化云放疗计划方法，包括如下步骤：
(1)向主控云服务器上传患者数据310，其中患者数据包括患者影像、医嘱数据；患者影像包括CT影像、核磁影像或PET影像中的一种或者组合；医嘱数据包括目标放疗剂量、DVH曲线、各器官放疗剂量约束值中的一种或组合；
(2)根据患者影像进行靶区勾画320；勾画为自动勾画或者手动勾画；
(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划330；
(4)主控云服务器或受控计算机根据标准放疗计划，转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划340，包括：
(4a)、比较标准放疗设备与待匹配设备的参数吻合度是否在阈值范围341，如果参数吻合度符合预设的阈值要求，将标准放疗计划直接作为最终放疗计划342，否则进入步骤(4b)；参数包括源参数、多叶准直器参数；其中，源参数通过比较源在均匀或者非均匀介质中的剂量测量的特性数据获得(三维剂量曲线)；多叶准直器参数包括叶片大小和对数、最大开野大小、是否允许交错；
(4b)、导入标准放疗计划，并将标准放疗计划中的剂量体积直方图，等剂量线作为约束条件，在标准放疗计划的射野参数基础上，重新计算最终放疗计划343；重新计算包括剂量计算或者逆向优化中的一种或者组合；其中，逆向优化包括采用直接子野优化或者通量图优化方法中的一种或者组合；
(4c)、根据系统预存的放疗设备参数，调整指定的放疗设备的执行步骤344；
(5)、质量保证QA350，病人在治疗前通过QA验证所转换的计划是否正确。
实施例4
本实施例中，在放疗计划的制定过程中，还包括按照放疗设备的使用情况选择所要转换的放疗设备型号的步骤，优先选用空闲或执行任务较少的设备或根据用户自定义选择。如图4所示，一种标准化云放疗计划方法，包括如下步骤：
(1)向主控云服务器上传患者数据410，其中患者数据包括患者影像、医嘱数据；患者影像包括CT影像、核磁影像或PET影像中的一种或者组合；医嘱数据包括目标放疗剂量、DVH曲线、各器官放疗剂量约束值中的一种或组合；
(2)根据患者影像进行靶区勾画420；勾画为自动勾画或者手动勾画；
(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划430；
(4)根据放疗设备的使用拥堵情况，选择待转换放疗设备型号440，优先将标准放疗计划转换为当前空闲的放疗设备或待执行任务数量较少的放疗设备或用户自定义选择待转换的放疗设备型号；
(5)主控云服务器或受控计算机根据标准放疗计划，转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划450，包括：
(5a)、比较标准放疗设备与待匹配设备的参数吻合度是否在阈值范围451，如果参数吻合度符合预设的阈值要求，将标准放疗计划直接作为最终放疗计划452，否则进入步骤(4b)；参数包括源参数、多叶准直器参数；其中，源参数通过比较源在均匀或者非均匀介质中的剂量测量的特性数据获得；多叶准直器参数包括叶片大小和对数、最大开野大小、是否允许交错；
(5b)、导入标准放疗计划，并将标准放疗计划中的剂量体积直方图，等剂量线作为约束条件，在标准放疗计划的射野参数基础上，重新计算最终放疗计划453；重新计算包括剂量计算或者逆向优化中的一种或者组合；其中，逆向优化包括采用直接子野优化或者通量图优化方法中的一种或者组合；
(5c)、根据系统预存的放疗设备参数，调整指定的放疗设备的执行步骤454；
(6)、质量保证QA步骤460，病人在治疗前通过QA验证所转换的计划是否正确。
本发明进一步优选地，生成标准放疗计划时或转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划时需根据计算资源进程排队转换或用户自定义设定计算任务的优先次序。
实施例5
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令适于由存储器加载并执行上述标准化云放疗计划方法，该方法包括步骤：
(1)向主控云服务器上传患者数据，其中患者数据包括患者影像、医嘱数据；
(2)根据患者影像进行靶区勾画；
(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划；
(4)主控云服务器或受控计算机根据主控云服务器的分配将标准放疗计划转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划。
通过本发明上述实施例提供的标准化云放疗计划方法，可以避免因为医院内某类型机器发生故障而其他机器可用的情况下耽误患者的治疗时间以及治疗资源的闲置；也可以大大节省放射治疗计划的制定时间和患者的等待时间。另外，通过自动勾画及自动TPS制定，还能平衡不同医院或地区的医生的治疗水平的差异，也能减轻肿瘤医生与物理师的工作负担。
应当理解，这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被该机器执行时，该机器变成实践本发明的设备。
以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种标准化云放疗计划方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)向主控云服务器上传患者数据，其中所述的患者数据包括患者影像、医嘱数据；
(2)根据患者影像进行靶区勾画；
(3)主控云服务器将计算任务分配给受控计算机，受控计算机用标准放疗设备模式计算患者的放疗计划，生成标准放疗计划；
(4)主控云服务器或受控计算机根据标准放疗计划，转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划。
2.根据权利要求1所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：所述的患者影像包括CT影像、核磁影像或PET影像中的一种或者组合。
3.根据权利要求1所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：所述的医嘱数据包括目标放疗剂量、DVH曲线、各器官放疗剂量约束值中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：所述的勾画为自动勾画、半自动勾画或者手动勾画。
5.根据权利要求1所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：所述的步骤(4)包括：
(4a)、比较标准放疗设备与待匹配设备的参数吻合度，如果参数吻合度符合预设的阈值要求，将标准放疗计划直接作为最终放疗计划，否则进入步骤(4b)；
(4b)、导入标准放疗计划，并将标准放疗计划中的剂量体积直方图、等剂量线作为约束条件，在标准放疗计划的射野参数基础上，重新计算获得最终放疗计划；
(4c)、根据系统预存的放疗设备参数，调整指定的放疗设备的执行步骤。
6.根据权利要求5所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：步骤(4a)中，所述的参数包括源参数、多叶准直器参数；
其中，所述的源参数通过比较源在均匀或者非均匀介质中的剂量测量特性数据获得；所述的剂量测量特性数据通过三维剂量曲线获得；所述的多叶准直器参数包括叶片大小和对数、最大开野大小、是否允许交错；
或步骤(4b)中，所述的重新计算包括剂量计算或者逆向优化中的一种或者组合；其中，所述的逆向优化包括采用直接子野优化或者通量图优化方法中的一种或者组合。
7.根据权利要求1所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：步骤(4c)后还包括质量保证步骤，病人在治疗前通过质量保证步骤验证所转换的计划是否正确；
或步骤(3)与步骤(4)之间，还包括根据放疗设备的使用拥堵情况，选择待转换放疗设备的步骤：优先将标准放疗计划转换为当前空闲的放疗设备或待执行任务数量较少的放疗设备或用户自定义选择待转换的放疗设备型号。
8.根据权利要求1所述的标准化云放疗计划方法，其特征在于：生成标准放疗计划时或转换生成与特定放疗设备匹配的放疗计划时根据计算资源实行进程排队转换或用户自定义设定计算任务的优先次序。
9.一种标准化云放疗计划系统，其特征在于：包括主控云服务器，网络通信模块，客户端以及受控计算机，其中：
所述主控云服务器、受控计算机及客户端通过网络通信模块通信连接；
所述主控云服务器用来定义计算模体、靶区勾画以及定义计算参数，优化分配调度任务，并监控受控计算机执行；
所述受控计算机用来接收主控云服务器发出的运行指令、判断任务执行、执行计算任务、反馈计算进度与计算结果；
所述的客户端用来将病人影像、病人数据或临床剂量上传到主控云服务器，并查看放疗计划结果。
10.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述的一个或多个程序包括指令，所述指令适于由存储器加载并执行上述权利要求1-8中任一所述的标准化云放疗计划方法。
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