用于放射疗法治疗计划的系统和方法技术方案

自动放射疗法治疗计划，用于使用具有可变准直器角度的准直器来生成要从至少一个光束角度传送的计划。为多个可能的准直器角度确定传送时间，并定义优化问题，以便在选择要在传送辐射时使用的准直器角度时考虑传送时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于放射疗法治疗计划的系统和方法
本专利技术涉及一种用于放射疗法治疗计划的系统和方法，特别是一种用于强度调制放射疗法治疗计划的系统和方法。
技术介绍
本专利技术涉及放射疗法治疗，其中将光子束朝向患者的治疗区域发送以治疗该区域。重要的是使光束整形，以使要治疗的区域接收所需的剂量，同时将剂量限制到周围组织。特别是，应尽可能保护被称为危险器官的敏感器官。为此，通常使用可围绕患者旋转的机架以提供来自不同角度光束的辐射，以使所有光束都能到达目标，而周围组织的每个部分仅从一个或多个光束接收剂量。机架可能能够围绕患者完全旋转，或沿着圆周的一部分部分旋转。当机架在患者周围移动时，机架可以提供连续线的辐射，或者停止以一定角度传送静态光束。治疗部分可以由多个弧或静态光束或其组合组成。为了改变相对于患者的辐射方向，患者的床还可以在弧传送期间或在静态光束传送之间旋转。还有其他改变光束方向的手段，例如，辐射源可以安装在可移动的机械臂上，但出于本讨论的目的，将机架用作说明性示例。通常，在光子治疗中，放置在光束平面内(即垂直于光束中心轴)的准直器用于对光束进行整形，以使所沉积的剂量尽可能精确地匹配规定剂量。多叶准直器(MLC)包括具有矩形开口的框架和沿开口的相对侧彼此相邻放置的多对叶片。一对叶片中的两个叶片彼此相对放置，并且可以移动使得它们即可以完全关闭开口的一部分，也可以露出开口的该部分的全部或一部分。每对叶片定义了MLC的线性部分。存在用于在光束传送期间计算MLC的移动模式的各种技术。例如，在滑动窗口传送中，叶片在田野上单向移动，选择相对叶片之间的距离以使得辐射在应暴露于辐射的区域中通过，其持续时间由通量图确定，同时被其他区域阻挡。可以在不关闭辐照的情况下顺次传送多个滑动窗口叶片滑动，从而产生移动模式，在该移动模式下，叶片在处理区域上来回移动。MLC可以绕光束中心轴旋转到不同角度，以根据患者的几何形状以最合适的方式限制光束。MLC相对于光束中心轴的给定旋转称为准直器角度。将MLC旋转到不同机架角度的不同准直器角度也是可行的，因为患者的几何形状将根据光束方向而变化。MLC也可以在静态光束的传送期间旋转，即，准直器角度可以是光束的传送时间或者累积监视单位(MU)的函数。在当今的常规操作中，可以手动选择准直器角度，并在整个弧或静态光束上保持恒定。使用动态准直器角度进行的治疗对于治疗具有复杂几何形状的目标或者避免在某些光束方向上处于光路中的危险器官特别有用。对于连续弧传送，这涉及根据辐射方向以及传送时间或者累积MU确定准直器角度的轨迹。已经提出了根据患者的解剖结构来调整准直器角度。例如，Zhang等人的论文：体积调制弧疗法中准直器轨迹的优化：椎旁SBRT的开发和评估，国际放射肿瘤生物物理学期刊，Vol.77,No.2,pp.591-599,2010，提出了一种准直器轨迹优化，其中始终根据脊髓确定准直器角度，使得叶片的移动方向平行于脊髓的主要方向。这样可以最佳地保护脊髓免受辐射。基于相同类型的考虑，Yang等人的论文：在体积调制弧疗法中编排床和准直器，国际放射肿瘤生物物理学期刊，Vol.80,No.4,pp.1238-1247,2011，提出了一种准直器轨迹优化，其中始终确定准直器角度，使得叶片的移动方向平行于目标和处于危险的器官之间重叠的主要方向。因此，以上引用的两篇文章都集中在准直器的方向上，以使叶片可以尽可能完全地遮挡处于危险的器官。MacDonald等的论文：用于多处转移动态共形弧治疗计划的动态准直器轨迹算法，Med.Phys.45(1)，2018年1月，公开了一种算法，该算法基于确定非目标区域的数量，其打开以暴露于每个可能的准直器角度的辐射光束，并使该暴露的非目标组织最小化。在某些特定情况下，例如由以上Yang等人、Zhang等人和MacDonald等人处理的情况，基于患者的几何形状确定准直器角度可能很有用。然而，这种推理不适用于一般情况。患者的几何形状并不总是能够识别出特别合适的准直器角度。
技术实现思路
本专利技术的目的是使得能够在放射治疗计划中优化准直器角度轨迹。本专利技术涉及一种用于生成放射疗法的治疗计划的治疗计划方法，其中使用准直器来对辐射光束进行整形，其中计划从至少一个光束方向传送辐射。方法包括以下步骤：获得至少一个光束方向或每个光束方向的第一通量图，对于每个第一通量图，为第一和第二可能的准直器角度分别确定通量图的传送参数的第一和第二值，该传送参数基于光束方向和准直器角度的相应组合的通量图的传送时间和监视单位，获得包括取决于传送参数的目标函数的优化问题，关于优化问题进行优化，该优化包括基于传送参数的第一和第二值为每个光束方向选择至少一个可能的准直器角度，从优化的输出是准直器角度轨迹，以及使用优化结果来生成将遵循准直器角度轨迹的治疗计划。可以以任何合适的顺序执行前三个步骤。传送参数可以基于使用相应准直器角度的通量图的传送时间，并且优化包括以最小化传送时间的方式选择准直器角度。可替代地或另外地，传送参数可以基于使用相应准直器角度的通量图的MU，并且优化包括以最小化MU的方式选择准直器角度。因为传送时间和MU的数量是直接相加的量，所以基于这些量的最小化选择准直器角度的优势在于，它可以为每个通量图分别选择准直器角度，从而可以将优化问题划分为多个单独的、更简单的问题，可以添加这些问题以产生最终结果。除了传送时间和/或监视单位外，在优化过程中还应考虑在不同通量图之间旋转准直器所需的任何时间，但是该算法仍将仅涉及时间贡献的线性相加。该方法特别适合于考虑通量的治疗计划优化，但也可用于其他治疗计划方法。如果应该选择最佳的静态准直器角度，则角度轨迹可以由单个点组成。以基于所有选择的准直器角度的参数值来优化值的方式执行优化。在最简单的情况下，这可能涉及优化所有所选择的准直器角度的参数值的总和或加权总和。使用优化结果来生成治疗计划的步骤通常包括将所选择的准直器角度的通量图映射到控制点的步骤。在优选实施例中，使用优化的结果来生成治疗计划的步骤还包括将准直器角度轨迹转换为平滑函数以使准直器移动更平滑的步骤。可以立即确定针对特定光束方向要考虑的所有准直器角度，并且随后可以确定对应的传送参数值。可替代地，可以首先确定第一组一个或多个试验准直器角度及其对应的传送参数，然后可以选择一个或多个第二试验准直器角度并且确定其对应的传送参数值。可以基于第一组的试验值和传送参数来选择第二试验准直器角度或者角度。在一个迭代过程中，可以根据需要将其重复多次，以针对每个光束方向选择可能的最佳准直器角度，以用于优化。一个或多个准直器角度可用于每个光束方向的剂量传送。如果每个光束方向可以使用一个以上的准直器角度，则该方法还包括获得每个光束方向的第二通量图，为该第二通量图的第一和第二可能的准直器角度分别确定传送参数的第一和第二值，并且根据每个光束方向的第一和第二通量图的传送参数值优化目标函数。在优选实施例中，优化问题包括限制准直器旋转的幅度和速度中的至少一个的约束。通常，这意味着目标函数取决于准直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种治疗计划方法，所述治疗计划方法用于生成放射疗法的治疗计划，其中使用准直器来对辐射光束进行整形，其中，计划从至少一个光束方向传送所述辐射，/n所述方法包括：/n·获得每个光束方向的第一通量图，/n·对于每个第一通量图，为第一可能的准直器角度和第二可能的准直器角度分别确定所述通量图的传送参数的第一值和第二值，所述传送参数基于光束方向和准直器角度的相应组合的所述通量图的传送时间或者监视单位，/n·获得包括取决于所述传送参数的目标函数的优化问题，/n·执行关于所述优化问题的优化，所述优化包括基于所述传送参数的所述第一值和第二值，为每个光束方向选择至少一个所述可能的准直器角度，从所述优化的输出是准直器角度轨迹，/n·使用所述优化的结果生成将遵循所述准直器角度轨迹的治疗计划。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180530 EP 18175106.61.一种治疗计划方法，所述治疗计划方法用于生成放射疗法的治疗计划，其中使用准直器来对辐射光束进行整形，其中，计划从至少一个光束方向传送所述辐射，
所述方法包括：
·获得每个光束方向的第一通量图，
·对于每个第一通量图，为第一可能的准直器角度和第二可能的准直器角度分别确定所述通量图的传送参数的第一值和第二值，所述传送参数基于光束方向和准直器角度的相应组合的所述通量图的传送时间或者监视单位，
·获得包括取决于所述传送参数的目标函数的优化问题，
·执行关于所述优化问题的优化，所述优化包括基于所述传送参数的所述第一值和第二值，为每个光束方向选择至少一个所述可能的准直器角度，从所述优化的输出是准直器角度轨迹，
·使用所述优化的结果生成将遵循所述准直器角度轨迹的治疗计划。


2.根据权利要求1所述的治疗计划方法，其中，所述传送参数基于使用相应准直器角度的所述通量图的所述传送时间，并且所述优化包括以最小化所述传送时间的方式选择准直器角度。


3.根据权利要求1或2所述的治疗计划方法，其中，所述传送参数基于使用相应准直器角度的所述通量图的所述监视单位的数量，并且所述优化包括以最小化所述监视单位的数量的方式选择准直器角度。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，其中，以对所有选择的准直器角度的参数值之和进行优化的方式执行所述优化。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，其中，使用所述优化的所述结果来生成治疗计划的步骤包括以下步骤：将所述所选择的准直器角度的通量图转换为控制点。


6.根据权利要求5所述的治疗计划方法，其中，使用所述优化的所述结果来生成治疗计划的步骤还包括以下步骤：将所述准直器角度轨迹转换为平滑函数。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的治疗计划方法，其中，为第一可能的准直器角度和第二可能的准直器角度分别确定所述通...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯穆斯·博克兰茨，
申请(专利权)人：光线搜索实验室公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE