至少基于内部器官期望的移动和/或预期的变形的强度调制质子治疗(IMPT)计划优化制造技术

一种方法包括基于图像和临床目标来生成标称剂量分布。所述方法还包括基于范围和设置不确定性来生成设置误差剂量分布。所述方法还包括生成针对内部器官参数的剂量分布。所述方法还包括通过最小化包括标称剂量分布、设置误差剂量分布剂量分布和针对内部器官的剂量分布的总目标值来优化强度调制质子治疗计划的规划的剂量分布。所述方法还包括基于经优化的规划的剂量分布的射束参数来针对强度调制质子治疗计划生成最终剂量分布。所述方法还包括控制质子治疗装置，所述质子治疗装置被配置为基于具有经优化的规划的剂量分布的强度调制质子治疗计划来递送质子治疗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】至少基于内部器官期望的移动和/或预期的变形的强度调制质子治疗(IMPT)计划优化
以下总体涉及强度调制质子治疗(IMPT)，并且更具体地涉及至少基于内部器官期望的移动和/或预期的变形来优化IMPT计划。
技术介绍
强度调制质子治疗(IMPT)使用质子束来照射患病组织，例如在癌症的处置中。如果不考虑IMPT计划中的误差(如范围和设置不确定性)，则可能导致剂量分布的递送量质量差于规划的剂量分布。范围不确定性对应于布拉格峰相对于解剖结构(即，患者中质子束的范围)的位置的不确定性。这种不确定性可能来自CT亨氏单位的不确定性以及到停止功率的转换，CT图像中的伪影以及患者的几何变化。设置不确定性是由于患者的位置偏移，这可能导致来自不同波束方向的剂量贡献的未对齐和密度不均匀性的未对齐。稳健性优化(RO)是一种优化IMPT计划的技术。己经使用RO通过考虑设置误差来优化IMPT计划。设置不确定性可以通过模拟一组独立的不确定性情况来建模，这些情况模拟患者在六个方向上的全身运动(正负坐标的三个对)。对于范围和设置误差，RO最小化包括临床目标分量(标称计划OBV)和患者设置误差分量(设置误差OBV)的总目标值(ROOBV)。公式1提供了这样的优化的一个示例。公式1：RO(设置误差)OBV＝标称计划OBV+设置误差OBV，其中，设置误差OBV＝(+X误差OB)+(-X误差OBV)+(+Y误差OBV)+(-Y误差OBV)+(+Z误差OBV)+(-Z误差OBV)+(范围下冲误差OBV)+(范围过冲误差OBV)。每个目标值表示相应的不确定性场景。例如，+X误差OBV是当患者在正X方向上移动用户指定的因子时，根据剂量统计中获得的目标值。确定误差和IMPT计划的非限制性示例在Goitein在Med.Phys.12，608–612(1985)中的“Calculationofuncertaintyinthedosedeliveredduringradiationtherapy”，Unkelbach等人在Phys.Med.Biol.52(2007)2755–2773(2007)中的“Accountingforrangeuncertaintytiesintheoptimizationofintensitymodulatedprotontherapy”，以及Unkelbach等人在AmericanAssociationofPhysicistsinMedicine(2009)中的“ReducingthesensitivityofIMPTtreatmentplanstosetuperrorsandrangeuncertaintiesviaprobabilistictreatmentplanning”中进行了描述。公式1非常适合设置误差，例如全身患者移动，例如3毫米(3mm)，利用现代固定设备。然而，公式1没有考虑内部器官称动和/或变形，例如在膀胱或直肠的情况下，其相对于设置误差倾向于具有较大的幅值，并且针对该误差的发生概率倾向于随着时间推移而增加。遗憾的是，由于位置相对于射束的变化，这种移动和/或变形可能导致错误的剂量。
技术实现思路
本文中描述的各方面解决以上提及的问题和/或其他问题。在一个方面中，一种方法包括基于图像和临床目标来生成标称剂量分布。所述方法还包括基于范围和设置不确定性来生成设置误差剂量分布。所述方法还包括生成针对内部器官参数的剂量分布。所述方法还包括通过最小化包括标称剂量分布、设置误差剂量分布剂量分布和针对内部器官的剂量分布的总目标值来优化强度调制质子治疗计划的规划的剂量分布。所述方法还包括基于经优化的规划的剂量分布的射束参数来针对强度调制质子治疗计划生成最终剂量分布。所述方法还包括控制质子治疗装置，所述质子治疗装置被配置为基于具有经优化的规划的剂量分布的强度调制质子治疗计划来递送质子治疗。在另一方面中，一种系统包括质子治疗装置和控制器，所述质子治疗装置被配置为递送质子治疗，所述控制器被配置为控制所述质子治疗装置。所述系统还包括处置规划器，所述处置规划器被配置为基于输入图像、标称剂量分布、设置误差剂量分布和针对内部器官移动或内部器官变形中的至少一个的剂量分布来生成经优化的强度调制质子治疗计划。所述系统还包括控制台(122)，所述控制台被配置为指示控制器基于所述经优化的强度调制质子治疗计划来控制所述质子治疗装置发射质子束。在另一方面中，一种编码有计算机可读指令的非瞬态计算机可读介质，所述计算机可读指令在由处理器运行时，令所述处理器：接收图像，接收指示针对所述图像和临床目标的标称剂量分布的第一输入，接收指示针对范围和设置不确定性的全身剂量分布的第二输入，接收指示内部器官的期望的移动的第三输入，接收指示内部器官的预期的变形的第四输入，基于所述期望的移动和所述预期的变形来对所述图像进行翘曲，生成经翘曲的图像，计算针对所述经翘曲的图像的剂量分布，基于所述标称剂量分布、全身移动分布和针对期望的移动和预期的变形的剂量分布来优化强度调制质子治疗的规划的剂量分布，将根据优化获得的射束参数导出到接收的图像，并且基于所述射束参数来生成针对强度的最终剂量分布的质子治疗计划。附图说明本专利技术可以采取各种部件和各部件的布置以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1示意性示出了被配置用于强度调制质子治疗(IMPT)的示例治疗系统；图2示意性地示出了治疗系统的处置规划器的示例；图3示意性地图示了用于以三维输入期望的器官移动的GUI；图4示意性地图示了用于以三维输入预期的器官变形的GUI；图5示意性地图示了针对邻域密度翘曲的简单弹性伸缩模式，其中，当ROI扩大时邻近的区域收缩；图6示意性地图示了当的简单弹性伸缩模式，其中，当ROI收缩时邻近的区域扩大；图7图示了考虑内部器官移动和/或变形的用于优化IMPT计划的示例方法；图8图示了仅使用MR图像的MR治疗的示例方法；并且图9图示了使用CT和MR图像的MR治疗的示例方法。具体实施方式图1示意性地图示了治疗系统100，其被配置用于强度调制质子治疗(IMPT)。固定机架102可旋转地支撑旋转机架104，旋转机架104相对于旋转轴线关于处置区域106旋转。嘴状体110容纳光束调整部件并递送质子束。鼻部112支撑孔径和补偿器。支撑件114支撑处置区域106中的对象的一部分。质子源，例如70MeV质子加速器，产生质子束。操作者控制台122包括：人类可读输出设备，例如显示器或监视器；以及输入设备，例如键盘和/或鼠标。可由控制台122的处理器访问并且执行的软件允许操作者控制治疗系统100的操作。控制器124被配置为控制旋转机架104和对象支撑件116的旋转并且在处置期间通过质子源递送处置质子。处置规划器126创建IMPT处置计划。如下面更详细描述的，在一个实例中，处置计划器126被配置为至少基于内部器官移动和/或变形来优化IMPT处置计划。例如，在一个实例中，处置规划器126被配置为基于设置误差和内部器官移动和/或变形来优化IMPT处置计划。在其他实施例中，处置规划器126被配置为基于更多或更少、额外的或不同的等特征来优化IMPT处置计划。应该理解，处置规划器126本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：基于图像和临床目标来生成标称剂量分布；基于范围和设置不确定性来生成设置误差剂量分布；生成针对内部器官的参数的剂量分布；通过最小化包括所述标称剂量分布、所述设置误差剂量分布和针对所述内部器官的所述剂量分布的总目标值来优化强度调制质子治疗计划的规划的剂量分布；并且基于经优化的规划的剂量分布的射束参数来生成针对所述强度调制质子治疗计划的最终剂量分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 US 62/270,6161.一种方法，包括：基于图像和临床目标来生成标称剂量分布；基于范围和设置不确定性来生成设置误差剂量分布；生成针对内部器官的参数的剂量分布；通过最小化包括所述标称剂量分布、所述设置误差剂量分布和针对所述内部器官的所述剂量分布的总目标值来优化强度调制质子治疗计划的规划的剂量分布；并且基于经优化的规划的剂量分布的射束参数来生成针对所述强度调制质子治疗计划的最终剂量分布。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数包括期望的内部器官移动。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述期望的内部器官移动包括三维移动。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述参数包括预期的内部器官变形。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预期的内部器官变形包括三维变形。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，还包括：验证系统，其被配置为基于所述强度调制质子治疗计划利用所述经优化的规划的剂量分布来控制质子治疗装置以控制质子治疗递送。7.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，生成针对内部器官参数的所述剂量分布包括：基于参数来对所述图像进行翘曲，产生经翘曲的图像；并且利用所述经翘曲的图像来计算针对所述参数的所述剂量分布。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述翘曲包括：确定针对所述参数的变形矢量场；并且将所述变形矢量场应用于所述图像。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述翘曲包括仅对所述内部器官的感兴趣子区域进行翘曲。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述矢量场被应用到所述内部器官的所述感兴趣子区域的外部轮廓。11.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其中，所述矢量场被应用到所述内部器官的所述感兴趣子区域中包含的区域。12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，所述矢量场被应用到关于所述内部器官的所述感兴趣子区域的预定区域。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述翘曲基于弹性伸缩模型，在所述弹性伸缩模型中，所述预定区域响应于所述子区域收缩而扩张，并且所述预定区域响应于所述子区域扩张而收缩。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述模型来自包括以下项的组：简单的弹簧扩张模型，其中，位移被等同地共享；以及阻尼弹簧扩张模型，其中，位移是不相等的。15.一种系统，包括：处置规划器(126)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·乔安托，V·兰加纳坦，A·库马尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL