用于离子弧的放射疗法治疗计划的制作方法

本发明涉及基于离子的放射治疗的计划，特别是涉及离子弧的治疗的计划。

背景技术：

1、在基于粒子的放射疗法治疗中，利用诸如质子、氦或碳离子的带电粒子照射患者。粒子被控制，使得粒子将其大部分能量沉积在患者的特定深度处，从而整个目标将被覆盖。能够通过调节粒子的动能来控制患者体内的布拉格峰的深度。布拉格峰的横向位置能够使用电磁体控制以使聚焦波束偏转。这允许在患者体内的良好控制的位置处递送高度局部化的剂量。波束的动能和横向偏转的某种组合被称为光斑。输送到光斑的粒子的相对数量通常被称为光斑权重。在三维空间中的许多不同位置中使用光斑实现利用期望的剂量分布完全覆盖靶体积。该过程称为主动扫描离子束治疗，也称为笔束扫描。

2、光斑的动能通常但不必须分布在多个离散能量上。具有相同动能但不同横向偏转的一组光斑通常被称为能量层。因此，一个能量层内的所有光斑具有相同的能级。为了覆盖患者的期望体积，定义具有不同能级的不同能量层，使得特定能量层的粒子将其能量沉积在患者中的某个（水等效）深度处。能量层被选择使得布拉格峰将被分布在待治疗体积上。

3、通过优化在治疗计划系统中确定每个能量层的光斑权重，并且迭代地改变光斑权重以实现与剂量水平或其他相关量相关的期望目标或约束。允许光斑权重在波束上自由变化的情况被称为强度调制离子治疗。在质子的常见情况下，其被称为强度调制质子治疗（impt）。

4、离子弧治疗涉及大量主辐射方向的序列中的辐射，例如10个或更多个、50个或更多个或100个或更多个辐射方向，每个辐射方向具有多个能量层，例如多达20个能量层。每个能量层之间以及每个照射方向之间的调整花费时间。通常，每个方向仅递送一个能量层。弧能够通过连续移动弧递送，其中辐射在移动期间被递送，或者由描述轨迹的一系列静态波束控制，其中轨迹在波束被打开的地方停止。弧由控制点限定，每对控制点限定照射的初始和最终能级以及开始和停止角。两个相邻的控制点可以在照射角度、能级或两者上变化。开始和停止角通常彼此接近，以确保照射大致从主照射方向传递。选择控制点以实现短的递送时间，同时仍维持将确保患者的有效治疗的高质量计划。

技术实现思路

1、本公开旨在提供离子弧治疗计划，其在确保合适的剂量分布的同时将允许向患者进行时间高效的递送。

2、因此，本公开的一个方面涉及一种创建用于治疗患者的基于离子的放射疗法治疗计划的计算机实现的方法，该方法包括光斑权重优化过程，其被布置为创建计划，使得其涉及具有作为第一子弧的第一部分的弧，所述子弧由第一控制点集合定义，该第一控制点集合限定分布在第一轨迹上的第一能级集合，该第一轨迹涉及在第一方向上移动波束的不同照射角度，并且使得计划还涉及第二部分，该第二部分涉及与第一控制点集合不同的第二控制点集合，该第二控制点集合限定第二能级集合，其中

3、• 第二部分是静态波束，并且第二控制点集合限定来自一个照射角度的若干能级，或者

4、• 第二部分是第二子弧，并且第二控制点集合限定沿不同于第一方向的第二方向的第二轨迹，或者

5、• 第二部分包括在第一方向上移动的第二子弧，并且机架与患者之间在弧上的相对移动描述围绕患者的多于整圈，或者

6、• 第二部分包括与第一子弧至少部分地重叠的第二子弧，以及

7、其中，该方法包括一起选择第一能级集合和第二能级集合。

8、通过将辐射布置成具有第一部分和第二部分的弧，其中至少第一部分是子弧，能够确保合适的剂量分布，同时可以设置计划，使得通过能量层的合适布置来减少递送时间。针对整个计划一起选择能级，使得它们能够跨治疗区域彼此互补。这实现以将在递送期间能级改变所需的时间最小化的方式将能级分组到第一集合和第二集合中。第一部分和第二部分可以以任何合适的顺序递送，即，第二部分可以在第一部分之前递送。在第一部分和第二部分涉及在相同方向上移动的子弧的情况下，第一子弧或第二子弧中的至少一个可以描述一整圈，并且另一子弧可以描述围绕患者的一整圈或部分圈。替代地，两个子弧可以描述部分圈，其一起描述多于一整圈。

9、在一些实施例中，第二部分涉及包含从相同方向照射的至少两个不同能级的静态波束。与子弧中包括的能量层相比，静态波束能够实现从一个照射角度递送的更高数量的能级，其中通常一个能级用于每个主照射方向。

10、在其他实施例中，第二部分涉及在与第一子弧不同的方向上的第二子弧，并且第二能级集合分布在第二轨迹上。第二子弧的方向可以自由选择。在一些情况下，该方向可以与第一方向相反。在机架在两个方向上移动期间使波束打开将在机架来回移动的情况下节省时间。独立地选择第一方向和第二方向将是可行的，例如，在组合平移和旋转的情况下，用于目标的最佳覆盖。

11、在又一些实施例中，第二部分涉及与第一子弧轨迹至少部分地重叠的第二子弧，第二方向与第一方向相同。例如，如果机架和患者之间的相对运动描述了围绕患者的一整圈，则这是可行的。在这种情况下，第一子弧和第二子弧中的每一个可以描述一整圈或一圈的一部分。此外，在使用机架改变照射角度的实施例中，患者可以在治疗期间在与照射装置的移动不同的方向上移动。这能够通过移动患者所在的支撑件来实现。这可能涉及升高或降低椅子，或者通过水平移动沙发。在这种情况下，第一和/或第二子弧将描述围绕患者的螺旋而不是圆。在相同方向上重叠的子弧也可以通过来回移动机架来实现，使得机架能够在相同方向上移动多于一次。

12、如果第二子弧和第一子弧具有重叠部分，则在相同或相反的方向上，子弧的照射角度可以相同，或者可以被选择为彼此互补。例如，第二子弧的照射角度能够被移位，以便在第二子弧中实现与在第一子弧中不同的主照射方向。附加地，第二子弧中的能级可以相对于第一子弧镜像。这意味着涉及第一子弧的高能级的照射角度将在第二弧中具有低能级，反之亦然。

13、如将理解的，该方法不限于仅第一和第二部分；可以组合相同或不同类型的任何数量的部分。例如，第一子弧可以与不同类型的若干第二部分组合，例如，第一子弧之后是静态波束和第二子弧，或者静态波束之后是第一子弧，之后是另一静态波束和/或第二子弧。

14、该方法可以包括将每个部分的能量层分组为至少第一扇区和第二扇区，其中每个扇区内的能级被布置以便减少递送时间。这通常涉及将能量层分组到扇区中，使得能级在每个扇区内降低，以减少子弧中的能级增加的数量，因为许多系统中的增加比减少花费更长的时间。在镜像的情况下，来自第一弧的扇区也可以用于第二弧，并且能级在每个扇区内被镜像。

15、同时为所有子弧和静态波束选择能量层。在一些实施例中，一起选择第一能量层集合和第二能量层集合以及可能地其他能量层集合的步骤包括预选择步骤，其中能量层在光斑权重优化过程之前被选择。能够执行能量层的预选择，以便在第一子弧和第二子弧中使用相同的扇区。第一和第二子弧中的扇区也能够相对于彼此移位，以便在保持短的递送时间的同时在优化中实现大的灵活性。可以通过将第一子弧和第二子弧视为单个弧来执行预选择。替代地，能级选择作为根据基于剂量的优化目标的光斑权重优化过程的一部分来执行。

16、预选择可以基于任何合适的标准，例如以下之一：

17、• 最大化覆盖目标体积

18、• 最小化覆盖目标体积的重叠

19、• 最大化覆盖目标体积的优度度量。

20、根据本公开的方法可以与用于改进产生的计划的其他技术组合。例如，可以应用稳健优化。特别有利的添加是将能级降低技术一起应用于第一能级集合和第二能级集合，以进一步降低能级的总数。例如，同一申请人在ep18165472.4中讨论了能级降低技术的示例。

21、本公开的各方面还涉及一种包括计算机可读代码装置的计算机程序产品，该计算机可读代码装置当在计算机中执行时，将使计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。计算机程序产品可以以任何合适的方式存储，但是优选地存储在非暂时性存储介质上。本公开的各方面还涉及具有处理器和程序存储器的计算机，其中程序存储器包括这样的计算机程序产品，该计算机程序产品以能够在处理器中执行的方式被存储。

22、根据本公开的方法通过最小化对耗时的能量层变化的需要而不牺牲确保合适的剂量分布所需的灵活性来实现时间高效的治疗计划的创建。通常当改变到较高能量时，已知这样的改变是耗时的，在一定程度上，每次照射方向使用一个能量层扫描患者可以比从相同或接近方向多次改变能量层更快。该方法还将允许与稳健优化组合，使得所生成的计划对于例如患者设置、患者解剖结构和患者的不同体素中的密度的解释中的不确定性将是稳健的。这是任何粒子治疗计划的重要特征。