使用分层多分辨匹配的多叶准直器(MLC)开口的快速生成制造技术

一种用于优化放射治疗计划的设备(30)，放射治疗计划用于使用治疗放射源(16)向患者递送治疗放射，治疗放射源(16)同时由多叶准直器(MLC)(14)调制，设备包括连接到放射治疗设备(12)的至少一个电子处理器(25)。一种非瞬态计算机可读介质(26)存储由至少一个电子处理器可读取和执行的指令，以执行放射治疗计划优化方法(102)，包括：关于目标函数优化MLC的MLC设置，其中MLC设置定义在多个控制点(CP)处针对多行MLC叶片对的MLC叶片尖端位置。在两次或更多次迭代中执行优化，并且在连续的迭代中MLC设置的分辨率增加。设置的分辨率增加。设置的分辨率增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用分层多分辨匹配的多叶准直器(MLC)开口的快速生成


[0001]下文总体上涉及放射治疗技术、放射治疗计划优化技术、由波束参数定义的放射治疗计划到诸如多叶准直器设置之类的物理可实现参数的转换、以及相关的技术。

技术介绍

[0002]对于外部光子束放射治疗(RT)，由MLC限定的开口的创建是处理计划系统(TPS)中的中心部件。不同的MLC开口配置被应用于一些变体，用于不同的治疗模型以及优化类型，例如：对于体积调制弧线疗法(VMAT)；直接机器参数优化(DMPO)；叶片测序；等等。MLC设置对于每个单独的患者被优化以最佳地递送放射到目标(通常是恶性肿瘤)，当限制不需要的放射被暴露在任意邻近的恶性器官(也被称作有风险的器官或OARs)时。在传统RT中，放射源在患者周围以步进的方式被移动，以及MLC设置在每个位置被优化，使得时间积分放射暴露满足被医学专家设计的各种对象(例如，药剂师和肿瘤学家的协作)。在连续性弧线RT方法例如VMAT，放射源被连续移动超过最高360
°
的弧线。为了执行连续的弧线RT计划优化，连续弧线被离散化到多个控制点(CP)，这些控制点可以继而被类似地处理到传统RT计划的步进位置。例如，一些放射治疗计划系统产生医学数字成像和通信(DICOM)格式中的计划。DICOM标准仅允许以离散的方式在波束位置的序列定义MLC的叶片的位置，以及也被用于计划系统自身。可以理解的是，为了达成足够的分辨率，CP的数目可以是相当大的。更高数目的CP包括更细粒度的角采样率，这增长了参数的数目，这些参数可以被调整以提高RT计划特性。在剂量计算期间，更细粒度的角采样减少从连续的递送近似到离散造影架位置的误差。
[0003]典型的MLC包括多行叶片对(以及可选地具有一些更大的阻挡元件)。叶片尖端的位置可以被单独地控制。叶片尖端的位置被一些被数据性或动态地(例如，基于MLC的特性，造影架机理，以及治疗模态)定义的范围约束管理。当执行MLC优化时，在每个CP的每个MLC的叶片尖端的位置是一个参数，使得将被优化的参数的总数是很大的。在某些两步优化方法中，在每个CP的波束形状通过一系列被优化的虚拟射束被定义使得被递送到患者的时间积分放射剂量分布满足不同的临床目标(例如，有关于被递送到靶的最小化剂量对象以及有关于被递送到关键器官的最大化剂量的对象)；继而，MLC设置被优化以实现期望的子波束。在例如DMPO的单程方法中，MLC设置直接被优化到各自的临床目标。具有大数目变量的RT计划可以被分别优化到临床目标上。具有大量变量的RT计划可以使用列生成方法被优化，该方法在影响图优化(FMO)以及基于影响程度的段开口(重新)生成之间迭代。
[0004]对于VMAT，尤其是开口生成的准确性以及计算速度在治疗计划过程中是基本的，因为非常大数目的控制点要考虑。在VMAT中，MLC叶片的运动沿着每个治疗弧线被建模作为离散控制点的结果。每个控制点和特别的MLC开口相关联。控制点的序列沿着每个弧线按照预定义的角分辨率，典型的是在4
°
或2
°
这种给定设置，将在涉及多弧线的场景中优化的开口的数目大约为几百。
[0005]通常来说，用于创建控制点的开口的任务，在治疗递送场景典型地构成给定一些
边界条件，计算对理想目标的通量近似拟合的问题。这种近似拟合(例如，在最小均方误差)可以在几种方法中被实施，这些方法取决于用于叶片顶端的建模类型以及用于在其间相应的开放场。基于系统的需求以在一定的精度定义叶片位置，包括用于MLC叶片的模型的实用性方法是离散空间网格，这种网格定义可行的叶片顶端位置。对于这种网格模型，最佳MLC拟合问题的解空间是潜在地非常大的可行MLC开口(例如，依靠网格尺寸)的离散序列。最佳的MLC开口被找到，通过在被假设的叶片对开口形成的光子通量与理想的目标通量之间进行模式匹配。在两步优化中，理想的目标通量通常被在MLC开口优化步骤之前的FMO获得，以及FMO可能考虑来自治疗计划的当前状态中的其他控制点的通量。在DMPO方法中，MLC开口直接被优化以实现目标通量。
[0006]对于在典型MLC系统中的开口创建，多行开口对2
‑
D目标通量图的优化拟合将被获得；这涉及按照网格模型计算对于所有可行的叶片对开口在单个行处的匹配分数。为了获得最终的全体拟合标准，单独的匹配分数在每个MLC的行中必须被适当的结合。此外，更多的数目，例如，涉及相邻叶片行(以控制以及调整被打开的叶片对的行组成的开口轮廓)也可以有助于总体的拟合标准。按照这种标准，全局优化方法，例如基于最短路径图查询算法是在大量集的可行的MLC开口中确定最佳拟合开口的有效的方法。
[0007]在当今的高通量半自动RT治疗计划的医学治疗计划中(依然通常需要治疗计划职工的一些手动交互)，最终计划的快速评估结果是需要的。因此，用于治疗计划优化(通常包括多步骤MLC开口创建)的非常快速的计算方法的可用性是对于TPS的实际使用必不可少的。
[0008]下面公开了新的以及改进的系统以及方法以克服这些问题。

技术实现思路

[0009]在一个公开的方面，一种用于优化放射治疗计划的设备，包括至少一个连接到放射治疗设备的电处理器，用于当被MLC调制的同时使用治疗放射源向患者递送治疗放射源。非瞬态计算机可读介质存储可读指令以及执行优化方法包括：优化MLC分别对目标函数的MLC设置，其中MLC设置定义多个CP处用于MLC叶片对的多行的MLC叶片尖端位置。优化被执行在两个或多个迭代中，伴随在后续迭代中MLC设置的分辨率的增加。
[0010]在本公开的另一个方面，非瞬态计算机可读介质存储由至少一个电子处理器可执行以执行放射治疗计划优化方法的指令。该方法包括：关于目标函数优化放射治疗设备的MLC的MLC设置，其中MLC设置定义在沿着弧线的多个CP处的针对多行MLC叶片的MLC叶片尖端位置。优化被执行在一个或多个迭代中，并且在连续的迭代中MLC设置的分辨率。优化包括在连续的迭代中增加叶片尖端位置的分辨率以及在连续的迭代中增加MLC叶片对的行的数目。
[0011]在另一个公开方面，放射治疗计划优化方法包括：关于目标函数优化放射治疗设备的MLC的MLC设置，其中MLC设置定义在沿着弧线的多个CP处的针对多行MLC叶片的MLC叶片尖端位置；以及使用放射治疗设备的治疗放射源贯穿弧线来递送治疗放射到患者，同时治疗放射源由MLC按照放射治疗计划被调制。优化在两个或多个迭代中被执行，并且在连续的迭代中MLC设置的分辨率增加。
[0012]一种优点在于生成具有准确的剂量递送的RT计划。
[0013]另一种优点在于利用良好的MLC网格以优化MLC叶片的位置。
[0014]另一种优点在于快速生产具有优化的MLC叶片的位置的优化RT计划。
[0015]另一种优点在于，通过利用高分辨率MLC网格(以及用于VMAT的角度网格)生成精确的MLC叶片的位置，同时仍然维持在多行开口创建过程中的快速计算速度。
[0016本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于优化放射治疗计划(30)的设备，所述放射治疗计划(30)用于使用治疗放射源向患者递送治疗放射，所述治疗放射源同时被多叶准直器(MLC)(14)调制，所述设备包括：至少一个电子处理器(25)，所述至少一个电子处理器(25)连接到放射治疗设备(12)；以及存储指令的非瞬态计算机可读介质，所述指令由所述至少一个电子处理器存储可读并且可执行以用于执行放射治疗计划优化方法(102)，所述方法包括：关于目标函数优化所述MLC的MLC设置，其中所述MLC设置定义在多个控制点(CP)处的针对多行MLC叶片对的MLC叶片尖端位置，其中所述优化在两次或多次迭代中被执行，并且在连续的迭代中所述MLC设置的分辨率增加。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述优化包括在连续的迭代中增加所述叶片尖端位置的分辨率。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述优化包括：在第一迭代中，在粗粒度网格上优化所述MLC叶片尖端位置；以及在后续迭代中，在比上次迭代更细粒度的网格上优化所述MLC叶片尖端位置，直到达到所述MLC叶片尖端的机械分辨率。4.根据权利要求2至3中任一项所述的设备，其中所述优化还包括在连续的迭代中减少对所述叶片尖端位置的范围约束。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述优化包括在连续的迭代中增加MLC叶片对的行的数目。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述优化包括：在第一迭代中，通过组合邻近的叶片行，来相比所述MLC中MLC叶片对的行的物理数目减小所述MLC叶片对的行的数目，使得所述MLC设置在组粒度网格上在横向于所述行的方向被优化；以及在后续迭代中，使用更细粒度的网格来组合所述叶片行，直到达到所述MLC中所述MLC叶片对的行的物理数目。7.根据权利要求5所述的设备，其中所述优化包括：在第一迭代中，通过选择所述叶片行的子集以及在所述子集的所选择行之间内插未被选择的行，来相比在所述MLC中所述MLC叶片对的行的物理数目减小所述MLC叶片对的行的数目，使得所述MLC设置在横向于所述行的方向在粗粒度网格上被优化；以及在后续迭代中，增加所选择的所述子集中的所述行的数目，直到所述MLC中所述MLC叶片对的所述行的物理数目被选择。8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述优化包括控制沿着轨迹的所述CP的多个角位置，所述轨迹包括弧线。9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述放射治疗计划优化方法(102)还包括：关于所述放射治疗计划(30)的临床目标，通过优化沿着包括的弧线的轨迹的所述CP处的射束，来优化通量图；
其中所述目标函数由经优化的所述通量图定义。10.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述目标函数包括所述放射治疗计划(30)的临床目标，所述临床目标包括开口中的叶片(18)对的最小数目，最小开口面积、开口的平滑度、和/或开口形状的其他特性。11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，还包括放射治疗设备(12)，所述放射治疗设备(12)被配置为使用所述放射治疗设备的所述治疗放射源(16)向所述患者递送...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：