用于放射治疗计划的系统和方法与流程

本发明的实施例涉及用于实施放射治疗的治疗计划的系统和方法。更具体地，本发明的实施例涉及用于放射治疗计划的计算机实现的方法、以及被配置为执行用于放射治疗计划的方法的数据处理装置、计算机程序和非瞬态计算机可读存储介质。

背景技术：

1、放射治疗或放射疗法是使用电离辐射(例如x射线或带电粒子)来损伤或破坏人体或动物体中的不健康细胞。在治疗期间，电离辐射形成为束并被引导至身体中的不健康细胞，例如肿瘤。待治疗的细胞可能深入体内或接近表面，例如在皮肤中。

2、递送剂量分布取决于治疗参数，例如束方向、每束剂量、束数量、子束权重和暴露时间。放射治疗计划是确定治疗参数值集合的过程，治疗参数值将以对周围健康组织的最小损伤提供所需的治疗。治疗计划可以使用例如的治疗计划系统来执行。

3、虽然“理想的”剂量分布是将至少最小所需剂量递送至不健康细胞而将零剂量递送至健康细胞，但实际上一些剂量递送至周围健康组织是不可避免的。因此，治疗计划的目的是优化递送剂量分布，使得不健康细胞接收至少最小所需剂量，并且健康细胞接收尽可能少的剂量，特别是任何敏感或危及的解剖部分。执行优化过程以确定将递送合适剂量的最优参数集。优化过程可以服从临床和剂量测定目标和约束。例如，目标和约束可以指定针对身体的不同区域的最大、最小和/或平均辐射剂量。约束是必须满足的条件，例如对包括肿瘤的区域的最小剂量。这些目标是要实现的目标。例如，目标可以是递送到包括健康组织的特定区域的剂量不超过最大辐射剂量，也称为参考剂量。目标和约束也可以涉及任何其他治疗参数，例如子束权重、辐射子束的数量、放射治疗设备的移动范围等。

4、在治疗计划期间，使用患者的三维图像(例如计算机断层摄影(computedtomography，ct)图像)对患者的解剖区域进行建模。执行图像分割以定义图像内的不同区域，称为段。可以为不同的段定义不同的目标和约束。用于描绘段的特性可以例如包括影响剂量要求的任何特性，例如组织类型、细胞健康、对辐射的敏感性、解剖结构和器官功能。被识别为需要治疗的区域(例如包括肿瘤的区域)被称为临床靶体积(clinical targetvolume，ctv)。治疗将要被实施到的区域被称为计划靶体积(planning target volume，ptv)，并且通常是ctv加上某一被添加以帮助确保ctv被有效治疗的余量。其中不期望治疗剂量的区域被称为危及器官(organ at risk，oar)。

5、优化问题的目的是确定尽可能满足约束和目标的放射治疗计划。

6、治疗计划是耗时且复杂的过程。因此，需要用于生成治疗计划的改进的方法和系统。

技术实现思路

1、可以通过最小化成本函数来优化治疗计划，成本函数提供对由治疗计划实现的剂量分布满足目标的程度的测量。例如，剂量过量成本函数提供了对由治疗计划实现的剂量(例如解剖区域中的剂量)与参考剂量(例如该区域中的最大可接受剂量)之间的差的测量。针对身体的特定区域，例如包括ptv或oar的区域，计算成本函数。优化过程通过调整服从相关目标和/或约束的治疗计划来寻求使成本函数最小化。

2、然而，这种优化方法可能出现问题。当由治疗计划实现的剂量等于或小于参考剂量时，成本函数为零。此时，成本函数不能通过优化而进一步减少，因此成本函数变得空闲。然而，在许多情况下，在治疗计划被完全优化之前，成本函数就变得空闲。换言之，尽管递送到oar的剂量等于或小于参考剂量，但是仍然可以通过进一步调整治疗计划来减少剂量。在这些情况下，可能错过进一步改进治疗计划的机会。

3、本发明的实施例寻求通过提供一种用于放射治疗计划的计算机实现的方法来解决这个问题，其中，当优化过程提供具有低于阈值的剂量超量值的治疗计划(或剂量分布)时，参考剂量值被减小。因此，该方法防止成本函数变得空闲并且使得治疗计划能够被进一步优化。

4、根据第一方面，提供了一种用于放射治疗计划的计算机实现的方法。该方法包括接收参考剂量值，其中，参考剂量值是在患者体内用于放射治疗的第一区域内定义的最大放射剂量。该方法还包括将优化过程应用于用于患者的放射治疗的治疗计划。优化过程寻求最小化表示高于参考剂量值的剂量超量值的成本函数。该方法还包括响应于确定剂量超量值低于阈值：减小参考剂量值；以及将优化过程重新应用于治疗计划。该优化过程寻求基于减小的参考剂量值来最小化成本函数。

5、根据第二方面，提供了一种数据处理装置，包括存储计算机可执行指令的存储器和处理器。处理器(或控制器电路)被配置为执行指令以执行第一方面的方法。

6、根据第三方面，提供了一种包括指令的计算机程序，当程序由计算机执行时，指令使计算机执行第一方面的方法。

7、根据第四方面，提供了一种包括指令的非瞬态计算机可读存储介质，指令在由计算机执行时使计算机执行第一方面的方法。

8、因此，本发明提供了一种用于放射治疗计划的改进方法。所公开的方法提供了与现有方法相比递送减少的剂量至oar的治疗计划。这些益处以不需要用户交互的自动方式实现。有利地，技术可以应用于各种各样的患者和解剖结构，并且允许针对各个个体患者确定改进的治疗计划。

9、本发明的实施例可以在数字电子电路中实现，或者在计算机硬件、固件、软件或其组合中实现。本发明的实施例可以被实现为计算机程序或计算机程序产品，即，有形地具体实施在非瞬态信息载体中(例如在机器可读存储设备中或在传播信号中)以便由一个或多个硬件模块执行或控制一个或多个硬件模块的操作的计算机程序。计算机程序可以是独立程序、计算机程序部分或多于一个计算机程序的形式，并且可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写，并且其可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适于在数据处理环境中使用的其他单元。

10、本发明在本文中根据特定实施例来阐述。这里没有明确描述的其它实施例仍然可以落入权利要求的范围内。除非明确地或隐含地另外指定，否则根据本发明的实施例的方法的步骤可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。

技术特征：

1.一种用于放射治疗计划的计算机实现的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述停止标准包括所述优化过程不能减小所述成本函数，使得所述剂量超量值低于所述阈值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述停止标准包括在定义的优化迭代次数或定义的时间量之后所述优化过程不能减小所述成本函数，使得所述剂量超量值低于所述阈值。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述优化参数集定义用于所述治疗计划的积分通量图。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化过程迭代地调整所述治疗计划以使所述成本函数最小化。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考剂量值以固定值减小。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述固定值在0.3gy至0.7gy之间。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考剂量值基于以下内容中的一者或多者的量减小：所述参考剂量值、所述阈值以及所述参考剂量值与所述阈值之间的差。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剂量超量值包括均方根剂量超量值。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成本函数是二次剂量过量成本函数。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成本函数与下式成比例：

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述优化过程的参考目标包括所述参考剂量值和最大剂量超量。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化过程还减小服从一个或多个约束的所述成本函数。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化过程还关于一个或多个可优化参数减小所述成本函数。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述一个或多个可优化参数包括以下参数中的一者或多者：所述剂量超量值、一个或多个子束权重、一个或多个束角、剂量直方图体积信息、辐射束的数量和每束剂量。

20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一区域包括用于所述放射治疗的靶区域和/或危及器官oar。

21.一种数据处理装置，包括：

22.一种非瞬态计算机可读存储介质，包括指令，所述指令在由计算机执行时使所述计算机：

技术总结公开了一种用于放射治疗计划的计算机实现的方法，该方法包括：接收参考剂量值，其中，参考剂量值是在患者体内用于放射治疗的第一区域内定义的最大放射剂量；将优化过程应用于用于患者的放射治疗的治疗计划，其中，优化过程寻求使表示高于参考剂量值的剂量超量值的成本函数最小化；以及响应于确定剂量超量值低于阈值：减小参考剂量值；以及将优化过程重新应用于治疗计划，其中，优化过程寻求基于减小的参考剂量值来使成本函数最小化。技术研发人员：彼得·沃伊特,门春华,兰迪·拉森,斯宾塞·马歇尔受保护的技术使用者：伊利克塔股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14