用于放射疗法计划的方法、计算机程序产品和计算机系统以及放射疗法递送系统技术方案

一种用于实现FLASH放射疗法治疗计划的放射疗法治疗计划方法，该方法涉及使用优化问题来优化计划，所述优化问题旨在使放射中的将在FLASH条件下特别是向危险器官递送的部分最大化，以最小化对所述危险器官的伤害。以最小化对所述危险器官的伤害。以最小化对所述危险器官的伤害。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于放射疗法计划的方法、计算机程序产品和计算机系统以及放射疗法递送系统


[0001]本专利技术涉及放射疗法计划，并且具体地涉及用于产生涉及在FLASH条件下放射的治疗计划的放射疗法治疗计划的方法、用于执行这种计划的计算机程序和计算机系统以及用于将这种治疗递送给患者的放射疗法递送系统。

技术介绍

[0002]放射疗法治疗总是涉及将剂量递送到靶区之外的健康组织或递送到危险器官，因此总是存在健康器官或组织被放射伤害的风险。一种似乎涉及较少不良伤害的新兴治疗方法是FLASH疗法，它涉及以比常规疗法高得多的剂量率，例如70Gy/s进行治疗。在与FLASH相关的文献中，建议了剂量率的各种下限，诸如至少40Gy/s或50Gy/s。例如，如果要以70Gy/s的剂量率递送20Gy的剂量，则整个剂量将在0.29s内递送。相比之下，常规放射疗法治疗以低得多的剂量率进行递送，常规放射疗法治疗的典型剂量率是每分钟几个Gy。已经发现，使用FLASH疗法，特定剂量对健康组织造成的伤害低于常规疗法，而对靶区的效应，即肿瘤组织响应，保持不变，尽管其背后的机制尚未完全得到理解。
[0003]Vozenin等人：在小的猪和猫癌症患者中证实了FLASH放射疗法的优势，HALID：hal
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01812514，https://hal
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univ
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rennes1.archives
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ouvertes.fr/hal
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01812514v2证实了正常组织和接受FLASH疗法的肿瘤之间的差异效应，这种差异效应之前已在小鼠身上得到证实，也可以在猪和猫身上看到。
[0004]在FLASH条件下向危险器官递送的剂量造成系数可能约为30％的较小的伤害。因此，对危险器官的等效有害剂量高于物理剂量，在本例中为物理剂量的1/0.7倍。
[0005]已公布的美国专利申请No.2019/0022411也涉及FLASH疗法，据说该疗法在相同剂量下可减少副作用。提到了40Gy/s或更高的剂量率，最高超过500Gy/s，允许在几分之一秒内递送剂量分数。放射可以通过多个来自不同角度的射束来递送。讨论了在靶区附近重叠射束的问题，导致存在重叠区域的剂量高于所需的剂量。计划方法的重点是通过考虑患者和靶区的几何形状以及射束角度，使靶区外射束之间的重叠最小化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供通过减少对健康组织的伤害同时维持靶区中的反应以最佳可能方式利用该疗法形式的积极效果的FLASH疗法。
[0007]本专利技术涉及一种为患者创建放射疗法治疗计划的基于计算机的方法，所述计划涉及作为至少第一射束被提供以使得放射中的一部分将作为FLASH放射被递送的FLASH疗法，所述方法包括定义期望的剂量分布，该期望的剂量分布包括靶区剂量处方，并且使用优化问题来优化计划，该优化问题被设计为使至至少一个危险器官的剂量最小化，同时使到至少一个危险器官的剂量的FLASH部分最大化，同时遵守靶区剂量处方。
[0008]如下文将解释的，当向患者递送FLASH疗法时，由于剂量递送的性质，放射剂量中
的一部分将以较低的非FLASH剂量率被递送至每个体素。总有效剂量(TED)被定义为FLASH部分和非FLASH部分的等有效剂量之和。如上所述，FLASH剂量涉及比常规疗法高得多的剂量率，例如，40Gy/s或50Gy/s甚至高达500Gy/s以上。这意味着可以比常规疗法快得多地为患者递送典型剂量。由于对相同剂量而言在FLASH条件下递送的放射对组织的伤害比常规的非FLASH放射对组织的伤害更低，因此本专利技术旨在使放射中的在FLASH条件下递送到至少一个危险器官的那部分最大化。假设剂量保持不变，这将最大限度地减轻对危险器官的伤害。同时，优化还必须确保靶区接受规定的剂量。
[0009]剂量计划的一个关键因素是如何在患者体内实现与所需剂量分布最匹配的期望的剂量分布。与仅考虑患者几何形状和射束几何形状以避免射束之间的重叠相比，基于剂量分布的优化通常实现更优化的剂量分布。因此，根据本专利技术的方法将产生比现有技术中已知的方法更好的治疗计划。
[0010]如下文将要讨论的，剂量递送的剂量率和时间结构两者对于实现FLASH疗法的效果都很重要。
[0011]在采用质子放射的优选实施例中，优化问题被定义为针对相对生物有效性RBE剂量进行优化。RBE是特定剂量相对于参考剂量所造成的伤害的量度，对于不同类型的放射，以及对于FLASH和非FLASH而言，RBE是不同的。对于非FLASH条件下的光子，RBE为1。对于非FLASH质子疗法，目前的临床实践对我们来说是因子1.1，这意味着作为非FLASH质子放射递送的70Gy对应于作为非FLASH光子放射递送的77Gy。
[0012]在一些实施例中，优化问题包括被设计为最大化计划的FLASH部分的目标函数。或者，优化问题包括旨在使计划的非FLASH部分最小化的目标函数。如将理解的，这只是表达相同目标的两种不同方式，因为总剂量将是FLASH部分和非FLASH部分的总和。
[0013]优化问题可以，视情况而定被设计为通过优化或选择以下一项或多项最大化FLASH部分或最小化非FLASH部分：
[0014]·
斑点尺寸
[0015]·
斑点形状
[0016]·
斑点布置
[0017]·
斑点重量
[0018]·
针对能量、射束的数量和/或射束的方向的射束布置
[0019]替代地或另外地，优化问题可以被定义为通过优化或选择通过优化或选择扫描斑点的顺序来最大化FLASH部分或最小化非FLASH部分。
[0020]可以优化具有至少第一射束和第二射束的计划，这两个射束都包括FLASH部分。这些可以通过可旋转机架或通过彼此以一定角度定位的两个放射源来递送。在后一种情况下，可以将两个射束以非常短的间隔在它们之间加以递送，以增强FLASH效果。
[0021]还可以优化包括至少第一射束和第二射束的计划，其中第一射束包括FLASH部分，而第二射束仅包括常规的非FLASH放射。在这种情况下，优化问题优选地被布置为最小化来自至少一个危险器官中的第一射束和第二射束的FLASH疗法部分和常规疗法部分两者的总有效剂量。
[0022]本专利技术还涉及一种包括计算机可读代码的计算机程序产品，当该计算机可读代码在计算机的处理器中运行时，该计算机可读代码将使处理器执行根据上述任一实施例的方
法。计算机程序产品可以包括具有存储在其上的代码的非暂时性存储装置。本专利技术还涉及一种包括处理器、至少一个数据存储器和程序存储器的计算机系统，其中程序存储器包括这种计算机程序产品。
[0023]本专利技术还涉及一种用于对患者递送放射疗法治疗的系统，该系统包括放射源。放射源可以以任何合适的方式布置，例如在机架中或通过固定的射束线来实现，其中放射源被布置成以足够高的剂量率提供放射以向患者提供FLASH治疗，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】1.一种为患者(81)创建放射疗法治疗计划的基于计算机的方法，所述计划涉及作为至少第一射束被提供以使得放射中的一部分将作为具有比40Gy/s更高剂量的FLASH放射被递送的FLASH疗法，所述方法包括定义包括靶区剂量处方的期望剂量分布，其特征在于使用优化问题来优化所述计划的步骤，所述优化问题被设计为在遵守所述靶区剂量处方的同时使到至少一个危险器官的FLASH部分最大化。2.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述优化问题被定义为针对相对生物有效性RBE剂量进行优化。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述优化问题包括被设计为使所述计划的FLASH部分最大化的目标函数。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述优化问题包括被设计为使所述计划的非FLASH部分最小化的目标函数。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述优化问题被定义为通过优化或选择斑点尺寸、斑点形状和/或斑点布置来使所述FLASH部分最大化或使所述非FLASH部分最小化。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述优化问题被定义为通过优化或选择以下各项中的至少一项来使所述FLASH部分最大化或使所述非FLASH部分最小化：
·
所述斑点重量和/或
·
针对能量、射束的数量和/或射束的方向的射束布置。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述优化问题被...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克，
申请(专利权)人：光线搜索实验室公司，
类型：发明
国别省市：