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关于放射治疗计划优化的方法和设备

阅读：1019发布：2020-12-03

IPRDB可以提供关于放射治疗计划优化的方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且可以通过使用部分剂量目标和至少一个其他的不同剂量目标来优化包括多个剂量递送部分的放射治疗计划。部分剂量目标的这种使用可以包括累积在先前剂量递送部分中递送的剂量。所述其他的不同剂量目标可以包括剩余总剂量目标、预测剂量目标或所选择的某种其他剂量目标。具有对应所得质量并且至少部分地由至少一个递送参数限定的现有放射治疗计划可以通过以下方式来重新优化：至少部分地根据所述所得质量指定关于所述递送参数的至少一个约束，然后在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述约束。，下面是关于放射治疗计划优化的方法和设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种促进优化由多个剂量递送部分组成的放射治疗计划的方法，所述方法包括：通过控制电路：

使用部分剂量目标和至少一个其他的不同剂量目标来优化所述放射治疗计划。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用部分剂量目标至少部分地包括累积在先前剂量递送部分中递送的剂量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中累积在先前剂量递送部分中递送的剂量至少部分地包括：产生从部分几何形状到参考几何形状的映射；以及使用所述映射来累积所述参考几何形状中的剂量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中产生所述映射包括确定患者图像与参考患者图像之间的可变形图像配准。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述部分剂量目标至少部分地包括剂量-体积直方图(DVH)目标。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述其他的不同剂量目标至少部分地包括剩余总剂量目标。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述其他的不同剂量目标至少部分地包括预测剂量目标。

8.一种促进优化由多个剂量递送部分组成的放射治疗计划的设备，所述设备包括：控制电路，其被配置来使用部分剂量目标和至少一个其他的不同剂量目标来优化所述放射治疗计划。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述控制电路被配置来至少部分地通过累积在先前剂量递送部分中递送的剂量来使用部分剂量目标。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述控制电路被配置来至少部分地通过以下方式来累积在先前剂量递送部分中递送的剂量：产生从部分几何形状到参考几何形状的映射；以及使用所述映射来累积所述参考几何形状中的剂量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制电路被配置来通过确定患者图像与参考患者图像之间的可变形图像配准来产生所述映射。

12.根据权利要求8所述的设备，其中所述部分剂量目标至少部分地包括剂量-体积直方图(DVH)目标。

13.根据权利要求8所述的设备，其中所述其他的不同剂量目标至少部分地包括剩余总剂量目标。

14.根据权利要求8所述的设备，其中所述其他的不同剂量目标至少部分地包括预测剂量目标。

15.一种促进重新优化现有放射治疗计划的方法，所述现有放射治疗计划具有对应所得质量并且至少部分地由至少一个递送参数限定，所述方法包括：通过控制电路：

至少部分地根据所述所得质量来指定关于所述至少一个递送参数的至少一个约束；

在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述至少一个约束，以便由此促进在改变所述现有放射治疗计划的同时仍然至少基本上保持所述所得质量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个递送参数与注量有关。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个递送参数与放射递送设备的机械设置有关。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述机械设置包括由以下各项组成的组中的至少一个：准直器角度；

准直器位置；

患者支撑件；

剂量施用速率。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述机械设置包括多叶准直器的叶位置设置。

20.根据权利要求15所述的方法，其中指定关于所述至少一个递送参数的至少一个约束至少部分地包括：将所述至少一个约束设置为对应于构成所述现有放射治疗计划的一部分的至少一个设置。

21.根据权利要求15所述的方法，其中在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述至少一个约束包括：在重新优化所述现有放射治疗计划时使用所述至少一个约束来限制搜索空间。

22.根据权利要求15所述的方法，其中在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述至少一个约束包括：使用所述至少一个约束来评估所述现有放射治疗计划与至少一个候选重新优化放射治疗计划之间的距离。

23.一种促进重新优化现有放射治疗计划的设备，所述现有放射治疗计划具有对应所得质量并且至少部分地由至少一个递送参数限定，所述设备包括：控制电路，其被配置来：

至少部分地根据所述所得质量指定关于所述至少一个递送参数的至少一个约束；以及在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述至少一个约束，以便由此促进在改变所述现有放射治疗计划的同时仍然至少基本上保持所述所得质量。

24.根据权利要求23所述的设备，其中所述至少一个递送参数与注量有关。

25.根据权利要求23所述的设备，其中所述至少一个递送参数与放射递送设备的机械设置有关。

26.根据权利要求25所述的设备，其中所述机械设置包括由以下各项组成的组中的至少一个：准直器角度；

准直器位置；

患者支撑件；

剂量施用速率。

27.根据权利要求25所述的设备，其中所述机械设置包括多叶准直器的叶位置设置。

28.根据权利要求23所述的设备，其中所述控制电路被配置来通过以下方式来指定关于所述至少一个递送参数的至少一个约束：至少部分地将所述至少一个约束设置为对应于构成所述现有放射治疗计划的一部分的至少一个设置。

29.根据权利要求23所述的设备，其中所述控制电路被配置来通过以下方式在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述至少一个约束：在重新优化所述现有放射治疗计划时使用所述至少一个约束来限制搜索空间。

30.根据权利要求23所述的设备，其中所述控制电路被配置来通过以下方式在重新优化所述现有放射治疗计划时应用所述至少一个约束：使用所述至少一个约束来评估所述现有放射治疗计划与至少一个候选重新优化放射治疗计划之间的距离。

说明书全文

关于放射治疗计划优化的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明大体涉及放射疗法治疗计划的优化。

背景技术

[0002] 使用放射来治疗医学病状包括已知的现有技术努力领域。例如，放射疗法构成用于减小或消除有害肿瘤的许多治疗计划的重要组成部分。遗憾的是，所应用的放射并不固有地区分开不希望的材料和对于患者的继续生存来说所需的或甚至关键的相邻组织、器官等。因此，通常以小心施用的方式施加放射，以至少试图将放射局限于给定目标体积。

[0003] 治疗计划通常用来指定与相对于给定患者施用这种治疗相关的任意数量的操作参数。例如，许多治疗计划包括一系列递送部分，其允许使目标体积暴露于来自若干不同方向的可能不同剂量的放射。弧形疗法(例如)构成一个所述方法。

[0004] 所述治疗计划通常在使用之前优化。(如本文所使用，“优化”将理解为指改进候选治疗计划，而不必确保优化的结果实际上是唯一的最佳方案。)虽然对于治疗计划的使用很重要，但典型的优化过程是计算密集型的。这进而会需要使用昂贵的处理平台和/或相当大量的处理时间。然而，此类负担会导致服务提供者和/或患者的不希望的成本和/或延迟。

[0005] 在这些方面中，现有方法虽然有用但不一定最适合于所有潜在的应用设置。

附图说明

[0006] 通过提供与以下详细描述中描述的放射治疗计划优化有关的方法和设备，特别是当结合附图进行研究时，至少部分地满足了上述需求，其中：

[0007] 图1包括如根据本发明的各种实施方案配置的流程图；

[0008] 图2包括如根据本发明的各种实施方案配置的流程图；

[0009] 图3包括如根据本发明的各种实施方案配置的透视示意图；以及

[0010] 图4包括如根据本发明的各种实施方案配置的框图。

[0011] 附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且未必按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸和/或相对位置相对于其它元件来说可能被夸大来帮助改进对本发明的不同实施方案的理解。而且，在商业可行实施方案中有用或必要的通用但容易理解的元件通常不进行描绘，以便于帮助减少对本发明的这些不同实施方案的理解障碍。某些动作和/或步骤可以特定的发生顺序来描述或描绘，而本领域技术人员将理解实际上并不要求相对于顺序来说的这种特定性。本文使用的术语和表达具有普通的技术含义，就像上文阐述由本技术领域技术人员赋予此类术语和表达的含义一样，除非本文另外阐述了不同的具体意义。

具体实施方式

[0012] 一般来说，按照这些实施方案中的各个实施方案，包括多个剂量递送部分的放射治疗计划被优化，至少部分地通过使用部分剂量目标和至少一个其他的不同剂量目标来优化该计划。通过一种方法，部分剂量目标的这种使用可以至少部分地包括累积在先前剂量递送部分中递送的剂量。通过一种方法，这种累积可以包括产生从部分几何形状到参考几何形状的映射，然后使用该映射累积参考几何形状中的剂量。通过另一种方法，上述部分剂量目标可以至少部分地包括剂量-体积直方图目标。例如，其他的不同剂量目标可以包括剩余总剂量目标、预测剂量目标或所选择的某种其他剂量目标。

[0013] 此外，按照这些实施方案中的各个实施方案，具有对应所得质量并且至少部分地由至少一个递送参数限定的现有放射治疗计划可以通过以下方式来重新优化：至少部分地根据该所得质量指定关于该递送参数的至少一个约束，然后在重新优化现有放射治疗计划时应用该约束。使用这种方法尽管允许对现有放射治疗计划的改变但可以用于至少基本上保持重新优化的计划的所得质量。

[0014] 在这种情况下，并且作为在这些方面的一个实例，上述递送参数可以与注量有关。通过另一种方法，代替前述或与其组合，上述递送参数可以与对应放射递送设备的一个或多个机械设置有关。例如，这可以包括关于多叶准直器的叶位置设置的机械设置。其他实例包括但不限于准直器角度和/或位置、患者支撑位置/移动和剂量施用速率。

[0015] 在这样配置下，放射治疗优化计划可以形成和/或重新优化，其方式至少在一些操作环境下与这些方面的其他方法相比，可以产生需要较少处理时间和/或计算能力的优异结果和/或有用结果。这些教导容易与现有放射治疗平台结合应用并且可用于利用这些平台的持续效用。这些方法也是高度可扩展的，并且可以用于广泛多种应用设置的良好目的并且用于任何数量的不同放射治疗模式和方法。

[0016] 在对以下详细描述进行彻底的审阅和研究之后，这些和其他益处可以变得更加清楚。现在参考附图，并且特别参考图1，现在将呈现与这些教导中的许多教导兼容的说明性过程100。可以通过如下所述的适当配置的控制电路来执行此过程100。

[0017] 在优化由多个剂量递送部分组成的放射治疗计划时，可以应用此过程100。许多放射治疗被解析为若干治疗部分以适应以下事实：例如，患者的几何形状可能在治疗过程中改变(例如，放射源相对于患者的位置在治疗环节期间和/或治疗环节之间发生改变)。举例来说，待治疗的肿瘤或附近的关键器官的尺寸、形状或位置可以改变。

[0018] 剂量递送部分包括在给定治疗环节的部分期间利用的治疗参数设置。实例包括但不限于关于患者的位置、放射源相对于患者的位置、剂量强度和/持续时间、准直器位置、定向和配置等的设置。

[0019] 此过程100部分地提供步骤101，即使用部分剂量目标以及至少一个其他的不同剂量目标来优化这种放射治疗计划。

[0020] 例如，这可以包括将每个器官/结构的剂量分布限制在单个部分到不超过某个最大量内。举例来说，这可以包括指定患者的脊柱在任何部分中不应接收超过指定量的放射，而不管在另一个递送部分中接收多少放射。这种基于部分的限制可以反映出以下担忧：即使总治疗剂量小于某个其他最大值，给定器官/结构也可能无法从过多的部分剂量中令人满意地恢复。

[0021] 作为另一个说明性实例，这可以包括在任何给定的递送部分期间确保至少最小剂量，以便更好地确保期望的生物响应。

[0022] 至于部分剂量目标的使用，此过程100将适应在这些方面中的各种实践。例如，通过一种方法，这可以包括累积在先前剂量递送部分中递送的剂量。作为举例并且在这些方面不旨在任何限制，这可以包括产生从部分几何形状到参考几何形状的映射，然后使用该映射累积参考几何形状中的剂量。例如，此参考几何形状可以指患者的治疗前计算机断层摄影(CT)图像。一般而言，参考几何形状可以指代清楚地表示感兴趣的器官/体积的任何患者图像(或多个图像)。与这种参考图像相比，在治疗期间获取的图像可能提供更少的覆盖或清晰度，但是在某些情况下可能足以支持对比如治疗部分的特定子集的放射剂量分布进行建模。如果期望的话，则产生此映射可以包括例如确定患者图像与参考患者图像之间的可变形图像配准。

[0023] 作为另一个示意性实例，部分剂量目标可以至少部分地包括剂量-体积直方图(DVH)目标。DVH典型地以图形二维格式表示三维剂量分布(例如，在基于X射线计算机断层摄影扫描和研究的三维重建的计算机化放射治疗计划系统中创建三维剂量分布。例如，DVH分析中引用的“体积”可以是放射治疗目标、位于这种目标附近的健康器官、任意结构等。

[0024] DVH通常通过以下两种方式之一来可视化：作为差分DVH或作为累积DVH。在差分DVH下，给定剂量仓位的柱高度对应于接收该剂量的结构的体积。仓位剂量通常沿水平轴线延伸，而结构体积(百分比体积或绝对体积)沿垂直轴线延伸。

[0025] 累积DVH通常用沿水平轴线的仓位剂量来绘制，但具有第一仓位的柱高度，其表示接收大于或等于该剂量的结构的体积。然后，第二仓位的柱高度表示接收大于或等于该剂量的结构的体积，等等。在高粒度下，累积DVH通常表现为平滑线图。对于许多应用设置，累积DVH优于差分DVH，但是此过程100可以适应任一种方法。

[0026] 如上所指出的，此步骤101提供了使用部分剂量目标以及至少一个其他的不同剂量目标来优化放射治疗计划。此其他的不同剂量目标可以随着给定应用设置的需要而变化。作为这些方面的一个有用实例，此其他的不同剂量目标可以包括剩余总剂量目标。对于构成优化的给定放射治疗计划的一部分的给定递送部分，这包括某个目标性总剂量目的或限制减去由较早递送部分所施用的累积剂量。这可以表示为：

[0027] TDR(n)＝TDG-(FD(1)+...+FD(n-1))

[0028] 其中TDR(n)是指考虑第n次部分剂量时剩余的总剂量，TDG是指总剂量目的，并且FD是指每个部分剂量(其中FD(1)表示与第一次部分递送相关联的部分剂量，并且FD(n-1)表示与刚好在第n次部分剂量之前的部分递送相关联的部分剂量。

[0029] 作为这些方面的另一个有用实例，此其他的不同剂量目标可以至少部分地包括预测剂量目标。此目标表示对一个或多个单独递送部分和/或一个或多个此类递送部分的聚集的预测。作为这些方面的另一个有用实例，此其他的不同剂量目标可以至少部分地包括预测剂量目标。此目标表示对一个或多个单独递送部分和/或一个或多个此类递送部分的聚集的预测。举例来说，患者脊髓的总剂量限制可以是40Gy，并且在二十部分治疗的前十个部分期间，患者脊髓可能已经接收30Gy。可以使用这些数字来计算出患者在每个部分内接受3Gy。在此速率下，患者脊髓在整个治疗环节期间将接收预计的总共60Gy，并且这将超过40Gy的限制。在这种情况下，此过程可以通过最小化脊髓的进一步定量给药(例如，通过将未来部分限制为不超过1Gy)来进行响应。

[0030] 现参照图2，现将提出与这些教导中的很多教导相容的另一个示意性过程200。此过程200涉及促进具有对应所得质量并至少部分地由至少一个递送参数限定的现有放射治疗计划的重新优化。此现有放射治疗计划可以是使用上述过程100的结果，或者可以是所需的任何数量的其他治疗计划开发方法的结果。也可以通过如下所述的适当配置的控制电路来执行此过程200。

[0031] 在步骤201处，此过程200提供了至少部分地根据上述所得质量指定关于至少一个递送参数的至少一个约束。例如，此指定活动可以包括将所述至少一个约束设置为对应于构成该现有放射治疗计划的一部分的至少一个设置。实际上，这可以包括寻求确保所递送的剂量可接受地接近所计算的剂量。后者可能是重要的，因为在计划阶段中计算的剂量用于评估整体治疗质量。在此类比较中使用的质量度量的一个实例被称为伽马评估，其中验收标准通常为：95％的点位于剂量水平的3％以内以及3.0毫米的距离内。

[0032] 前述的递送参数可以随着倾向于表征给定应用设置的需求和/或机会而变化。例如，通过一种方法，递送参数可以与注量有关。当然，注量表示随时间积分的放射通量并且包括剂量测定法中的基本度量(即，测量和计算物质和组织中的电离放射的吸收剂量)。在这种情况下，关于递送参数的约束可以包括将施加到目标、相邻组织、特定器官等的最大或最小注量。

[0033] 通过另一种方法，代替前述或与其组合，递送参数可以与放射递送设备的一些或所有机械设置有关。图3示出这些方面中的一些非限制性实例。感兴趣的一个或多个机械设置可以例如与患者支撑平台301(诸如沙发)有关。在这种情况下，例如，机械设置可以包括：在放射治疗环节期间的不同时间(例如在一个或多个递送部分期间)的患者支撑平台301的垂直定位302、患者支撑平台301的水平定位303、患者支撑平台301的纵向定位304和/或患者支撑平台301的旋转定位304。可以适应以及期望其他患者支撑平台位置，诸如患者支撑平台301的部分或全部的倾斜角度。

[0034] 其他机械设置可以与构成放射递送设备300的一部分的一个或多个准直器有关。单个多叶准直器306在这些方面中用作示意性实例，但应当理解的是，在这些相同的方面中可以容易地适应其他类型和/或数量的准直器。在这种情况下，一个或多个机械设置可以包括准直器位置(诸如边对边位置307或者向内或向外位置308)、准直器角度309和/或一个或多个多叶准直器的叶位置设置。(多叶准直器由多个单独部分(称为“叶”)组成，所述单独部分由高原子数材料(诸如钨)形成，可以独立地移动进出放射疗法射束的路径以便选择性地阻挡射束(并因此使其成形)。假定使用这种准直器的放射治疗计划将通常考虑到每个这种叶的位置。)

[0035] 并且作为这些方面的又另一个示意性实例，机械设置可以与一个或多个放射源310的指定位置/定向和/或剂量施用速率311有关。例如，剂量施用速率311可以包括随时间推移设备300对患者施用的能量的量。

[0036] 再次参考图2，在步骤202处，此过程200提供了在重新优化现有放射治疗计划时应用至少一个约束以便由此促进在改变现有放射治疗计划的同时仍然至少基本上保持所得质量。例如，通过一种方法，此步骤202可以包括在重新优化现有放射治疗计划时使用该约束来限制搜索空间。例如，这可能包括限制注量或多叶准直器的叶移动的允许改变量。作为可以影响机架角度、准直器角度或沙发旋转角度的优化的另一个实例，这可以包括限制对那些旋转角度的改变。

[0037] 通过另一种方法，代替前述或与其组合，此步骤202可以包括使用约束来评估现有放射治疗计划与至少一个候选重新优化的放射治疗计划之间的距离。例如，当该距离超过指定的约束时(完全或以所需的某种适当连续和持久的方式)，候选重新优化的放射治疗计划可以被丢弃，即使该重新优化的计划在某种其他方式或观点中看起来比现有计划更好。

[0038] 上述过程100和200很容易地使用多种可用和/或容易配置的平台中的任一种来实现，所述平台包括本领域已知的部分或全部可编程的平台或某些应用可能需要的专用平台。现参照图4，现将提供针对此平台的示意性方法。

[0039] 在此图示中，设备400包括控制电路401。这种控制电路401可以包括固定目的硬连线平台或可以包括部分或全部可编程的平台。所有这些架构选项在本领域中是众所周知和理解的，并且在此不需要进一步描述。此控制电路401被配置(例如通过使用本领域技术人员将很好理解的相应编程)来执行本文描述的一个或多个步骤、动作和/或功能。

[0040] 此控制电路401可以可操作地联接到可选的存储器402，所述可选的存储器402可以与控制电路401成一体式或可以根据需要物理上与控制电路401(整体或部分)分离。例如，此存储器402可以用于非暂时性地存储计算机指令，所述计算机指令在由控制电路401执行时致使控制电路401如本文所述地表现。(如本文所使用，对“非暂时性地”的所述引用将理解为指所存储内容的非短暂状态(并且因此排除所存储内容仅构成信号或波的情况)，而不是存储介质自身的易失性，并且因此包括非易失性存储器(如只读存储器(ROM)以及易失性存储器(如可擦除可编程只读存储器(EPROM)。)

[0041] 取决于应用设置，此控制电路401还可以可操作地联接到可选的用户接口403和/或可选的网络接口404。用户接口403可以包括允许用户输入数据、选择、指令等和/或向用户提供信息的各种机制中的任何一种。这些方面的实例包括但不限于键盘和小键盘、真实和虚拟按钮和开关、光标控制装置、各种显示器(包括触摸屏显示器)、语音识别组件、打印机、文本/语音转换组件，等等。网络接口404进而可以包括各种无线和非无线接口中的任何一种，以允许控制电路401通过一个或多个介入通信网络访问其他资源。这些教导对这些方面做出的任何特定选择都不是特别敏感；因此，为简洁起见，这里将不再提供这些方面的进一步阐述。

[0042] 在这样配置下，放射治疗计划可以被优化和/或重新优化，其方式在至少一些应用设置中实现优异结果和/或使用更少的时间和/或计算资源来实现令人满意的结果。这些教导可用于包括许多现有方法的各种放射治疗方式。

[0043] 本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以相对于上述实施方案作出各种各样的修改、替代以及组合，并且此类修改、替代以及组合应视为属于本发明概念的范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
放射治疗仪-专利编号CN104771839A	2020-05-12	517
放射治疗仪-专利编号CN101842133B	2020-05-12	269
放射治疗仪-专利编号CN101472649A	2020-05-12	718
放射治疗仪-专利编号CN104771839B	2020-05-13	462
放射治疗仪-专利编号CN102728005B	2020-05-11	986
放射治疗仪-专利编号CN101472649B	2020-05-13	395
基于生物等效剂量的放射治疗计划设计方法和设计系统-专利编号CN104225806A	2020-05-13	779
放射治疗仪-专利编号CN102728005A	2020-05-11	446
放射治疗仪-专利编号CN101842133A	2020-05-11	95
一种放射治疗定位装置-专利编号CN210078637U	2020-05-11	1016

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