针对辐射治疗计划的剂量拖尾效应模型制造技术

一种制定辐射治疗计划的计算机实现的方法，该辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，该方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括：确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点；以及计算针对多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子数目相关联。此外，方法包括基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，并且在辐照治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由辐射递送机器递送的过渡剂量。器递送的过渡剂量。器递送的过渡剂量。

【技术实现步骤摘要】
针对辐射治疗计划的剂量拖尾效应模型


[0001]本描述整体涉及辐射疗法领域，并且更具体地涉及对辐射疗法治疗计划在辐射疗法治疗系统上的执行进行精确建模。

技术介绍

[0002]使用辐射疗法治疗癌症是众所周知的。通常，辐射疗法包括将高能质子、光子、离子或电子辐射束引导到不健康组织(例如，肿瘤或病变)的治疗目标中的目标体积中。
[0003]辐射疗法治疗计划的制定通常采用医学成像，诸如X射线、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等。通常，一系列二维患者图像(每个图像表示患者解剖结构的二维截面“切片”)被用于根据患者解剖结构重建感兴趣体积(VOI)或感兴趣结构的三维表示。
[0004]VOI通常包括一个或多个感兴趣的器官，通常包括计划目标体积(PTV)，诸如恶性生长或包括用于辐射疗法的恶性组织的器官；处于辐射疗法暴露风险的恶性生长附近的相对健康的有风险器官(OAR)；或者包括一个或多个PTV与一个或多个OAR的组合的患者解剖结构的较大部分。辐射疗法治疗计划制定的目标通常是在尽可能接近处方剂量的情况下辐照尽可能多的PTV，同时尝试减少对附近OAR的辐照。
[0005]在医疗过程期间使用由此产生的辐射疗法治疗计划，以将身体的精确区域(诸如恶性肿瘤)选择性地暴露于特定剂量的辐射，以便破坏不期望的组织。在制定患者特定的辐射疗法治疗计划期间，信息通常从三维模型中提取来确定参数，诸如一个或多个PTV以及一个或多个OAR的形状、体积、位置和取向。
[0006]质子疗法是一种外部射束辐射疗法，其特征在于使用质子束来辐照病变组织。通常，辐射疗法包括将高能质子、光子或电子辐射束(“治疗性辐射”)引导到目标体积(例如，肿瘤或病变)中。质子疗法相对于其他常规疗法(诸如X射线或中子辐射疗法)的主要优点是质子辐射可以受到深度的限制，并且因此可以避免暴露于无意辐射或至少受到深度超过目标计算区域的非目标细胞的限制。换言之，质子束到达组织中的深度取决于射束的能量，并且在该深度处释放其大部分能量(递送其大部分剂量)。深度
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剂量曲线中释放大部分能量的区域被称为射束的布拉格峰。
[0007]在患者接受辐射治疗之前，应制定特定于该患者的治疗计划。计划使用可能基于过去经验的仿真和优化来限定辐射疗法的各个方面。例如，平面可以指定适当的射束类型和适当的射束能量。计划的其他部分可以指定例如射束相对于患者的角度、射束形状、推注件和屏蔽件的放置等。一般来说，治疗计划的目的是向不健康组织递送足够的辐射，同时使周围健康组织对该辐射的暴露最小化。在点扫描中对剂量分布进行准确建模对于治疗计划人员来说至关重要的。
[0008]一种辐射疗法技术被称为点扫描，也被称为笔形射束扫描。在点扫描中，按照治疗计划的规定，射束被引导到治疗目标中的点。对于射束的每个能量层，所规定的点位置通常以固定(光栅)模式布置，并且射束在能量层内的固定扫描路径上递送。通过在相邻点处叠加多个不同能量的射束，射束的布拉格峰重叠，以将规定的剂量穿过治疗目标递送到目标
的边缘，边缘之外的剂量急剧下降到零。
[0009]精确计算点的数目及其位置(位置和分布)非常重要。目标是确定符合治疗目标轮廓的点位置，以改进侧半影，并且避免治疗目标外的健康组织暴露于超过治疗不健康组织所需的辐射；以及在治疗目标内是均匀的，以避免治疗目标内的剂量变化(剂量不均匀性)，使得所规定的剂量被递送到目标的所有部分。当生成治疗计划时，初始点图案或网格针对整个治疗目标指定并且计划通过调整图案中点的权重来优化。
[0010]治疗计划人员必须应对的挑战之一是对笔形射束从一个点过渡到另一点所产生的剂量拖尾累积效应进行建模。在笔形射束扫描中，质子束使用一对偏转磁体移动穿过目标体积(VOI)。在大多数情况下，治疗计划系统通过将剂量离散化为一个接一个递送的点来对VOI上的剂量递送进行建模。然而，在机器水平上，如果两个连续点之间的距离小于某个极限，则剂量被分成两个分量：并且他们是：1)实际点位置的辐照；以及2)射束从一个点移动到下一点的过渡期间的辐照。由于与递送点剂量所需的时间相比，将射束从一个点移动到另一点的时间通常很短，因此可商购的常规治疗计划系统将治疗计划的累积剂量建模为在每个单独点处递送的剂量的总和。然而，这样的建模并不理想，因为它没有考虑剂量拖尾效应，并且可能导致所计划的剂量分布和实际递送的剂量分布之间的不利差异。这在与超高剂量率(FLASH辐射疗法)相关联的计划中尤为明显。

技术实现思路

[0011]根据本专利技术的实施例提供了计算机实现的方法，计算机实现的方法通过考虑在点扫描期间，在射束从一个点移动到下一点时的过渡时段期间递送的辐射来对更准确的治疗计划进行建模。通过考虑累积剂量拖尾效应，治疗计划人员能够制定更准确的剂量分布计划。以此方式，本专利技术的实施例能够减少所计划的剂量分布和实际递送的剂量分布之间的差异。
[0012]在一个实施例中，公开了制定辐射治疗计划的计算机实现的方法，辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描。方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点；以及计算多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。此外，方法包括：基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，以及在辐照治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由辐射递送机器递送的过渡剂量。
[0013]在另一实施例中，公开了一种计算机系统，该计算机系统包括与总线耦合的处理器以及与所述总线耦合的存储器，其中所述存储器被编程有指令，当指令在被执行时，使得所述计算机系统实现制定辐射治疗计划的方法，辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描。方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点。方法还包括计算多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。此外，方法包括基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，以及计算在多个点中的每个点处递送的剂量。最后，方法包括确定由辐射递送机器递送的多个过渡剂量，其中多个过渡剂包括在辐照治疗目标时，从一个点到另一点的每个过渡期间递送的辐射。
[0014]在一个实施例中，公开了具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，
计算机可执行指令用于使得计算机系统执行制定辐射治疗计划的方法，辐射治疗计划包括治疗目标的点扫描。方法包括访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息。方法还包括确定与治疗目标相关联的区域，其中区域包括多个点，以及计算多个点中的每个点的权重，其中权重与在相应点处递送的质子的数目相关联。此外，方法包括基于从辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数，以及在辐照治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由辐射递送机器递送的过渡剂量。
[0015]本专利技术的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。本专利技术的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制定辐射治疗计划的计算机实现的方法，所述辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，所述方法包括：访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息；确定与所述治疗目标相关联的区域，其中所述区域包括多个点；计算针对所述多个点中的每个点的权重，其中所述权重与在相应点处递送的质子的数目相关联；基于从所述辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数；以及当在所述治疗计划下辐照所述治疗目标时，确定在从一个点到另一点的过渡期间，由所述辐射递送机器递送的过渡剂量。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定针对所述多个点中的每个点的点剂量；以及通过累积针对所述多个点中的每个点所确定的点剂量以及针对在所述治疗计划下的辐照期间从一个点到另一点的每个过渡所确定的过渡剂量，计算针对所述辐射治疗计划的总剂量分布。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述过渡剂量包括：通过将与从所述一个点到所述另一点的所述过渡相关联的线建模为一系列有限点来确定传送剂量矩阵。4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述过渡剂量包括：通过将与从所述一个点到所述另一点的过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和来确定传送剂量矩阵。5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述过渡剂量包括：将与从所述一个点到所述另一点的所述过渡相关联的线建模为一系列无限点的总和；以及执行统计计算来确定与所述过渡剂量相关联的过渡剂量矩阵。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述统计计算是蒙特卡洛计算。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定针对所述多个点中的每个点的点剂量；以及通过累积针对所述多个点中的每个点所确定的点剂量以及针对在辐照期间从一个点到另一点的每个过渡所确定的过渡剂量，计算针对所述辐射治疗计划的总剂量分布，其中所述总剂量分布取决于在所述辐照期间由所述辐射递送机器遵循的模式。8.一种计算机系统，包括与总线耦合的处理器以及与所述总线耦合的存储器，其中所述存储器被编程有指令，所述指令在被执行时使得所述计算机系统实现制定辐射治疗计划的方法，所述辐射治疗计划包括对治疗目标进行点扫描，其中所述方法包括：访问与患者相关联的信息以及与辐射递送机器有关的信息；确定与所述治疗目标相关联的区域，其中所述区域包括多个点；计算针对所述多个点中的每个点的权重，其中所述权重与在相应点处递送的质子的数目相关联；基于从所述辐射递送机器检索的信息来计算定时相关参数；计算在所述多个点中的每个点处递送的剂量；以及确定由所述辐射递送机器递送的多个过渡剂量，其中所述多个过渡剂量包括当在所述治疗计划下辐照所述治疗目标时，在从一个点到另一点的每个过渡期间递送的辐射。
9.根据权利要求8所述的系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：西门子医疗国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：